Forskare från Institute of Theoretical Physics (ITP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) och Shanghai Jiao Tong University (SJTU) har funnit att granulärt material (som sand) och vissa svarta hålsmodeller uppvisar liknande olinjära effekter. Bron mellan de två är den holografiska dualiteten.

Studien publicerades i Science Advances den 1 juni.

Holografisk dualitet gör det möjligt för en att kartlägga olösta fysiska problem till hanteringsbara högredimensionella gravitationsmotsvarigheter och vice versa. Kartläggningen mellan olika dimensioner liknar den optiska holografiska projektionstekniken, därav namnet.

Även om den holografiska dualiteten härstammar från strängteorin och var en del av strävan efter en konsekvent teori om kvantgravitation, har den också tillämpats i stor utsträckning på kvantkromodynamik, kondenserad materiens fysik och kvantinformation.

I detta arbete utvidgas idén om holografisk dualitet till en konkret typ av atermiska, oordnade fasta ämnen - granulära material. Eftersom granuler tenderar att ha en makroskopisk storlek, kan termiska fluktuationer och kvanteffekter ignoreras.

Dessutom är den traditionella elasticitetsteorin för ordnade kristaller inte längre tillämplig, på grund av den oordnade naturen hos granulära material (dvs. det finns ingen periodisk gitterstruktur för den rumsliga fördelningen av korn). Att förstå de fysikaliska egenskaperna hos granulärt material, såsom de komplexa mekaniska svaren, är fortfarande en teoretisk utmaning.

Granulära material kan motstå deformationer i viss utsträckning och bibehålla sin strukturella integritet. Ändå, när deformationen överstiger en viss tröskel, går materialet sönder, ett fenomen som kallas eftergivenhet. I vissa fall kan skjuvning leda till härdning av det granulära systemet (dvs en ökning av skjuvmodulen), vilket uppträder som ett olinjärt svar på den yttre deformationen.

Denna studie förutsäger inneboende samband mellan den icke-linjära elasticiteten, skörden och entropin av granulär materia, baserat på den holografiska dualitetsprincipen och effektiva fältteoretiska tekniker. Datorsimuleringar av granulära modeller verifierar de teoretiska förutsägelserna.

Denna forskning utökar inte bara tillämpningsområdet för den holografiska dualiteten, utan avslöjar också det potentiella förhållandet mellan svarta håls fysik och amorfa material, vilket ger en ny väg för studier och förståelse av komplexa system. + Utforska vidare

Vad finns i ett svart hål? Fysiker använder kvantberäkning, maskininlärning för att ta reda på det