Korespondensi anti-de Sitter/teori medan konformal
Dalam fisika teoretis, korespondensi anti-de Sitter/teori medan konformal, kadang-kadang disebut Dualitas Maldacena atau Dualitas gauge/gravitasi, adalah sebuah hubungan spekulatif antara dua jenis teori fisika. Di satu sisi adalah ruang anti-de Sitter (AdS) yang digunakan dalam teori gravitasi kuantum, dirumuskan dalam bentuk teori dawai atau
teori-M. Disisi lain dari korespondensi adalah teori medan konformal (CFT) yang merupakan teori medan kuantum, termasuk teori yang mirip dengan teori Yang-Mills yang menjabarkan partikel dasar.
Dualitas merupakan kemajuan besar dalam pemahaman kita tentang teori dawai dan gravitasi kuantum. Hal ini karena ia menyediakan rumusan teori dawai non-perturbatif dengan kondisi batas tertentu dan karena ini merupakan realisasi prinsip holografik yang paling sukses, sebuah gagasan dalam gravitasi kuantum yang awalnya diajukan oleh Gerard 't Hooft dan dipopulerkan oleh Leonard Susskind.
Ini juga menyediakan perangkat yang kuat untuk mempelajari teori medan kuantum kopel kuat. Sebagian besar kegunaan dualitas berasal dari kenyataan bahwa ini adalah dualitas kuat-lemah: ketika bidang teori medan kuantum berinteraksi dengan kuat, teori gravitasi berinteraksi dengan lemah dan karenanya lebih bersifat matematis. Fakta ini telah digunakan
untuk mempelajari banyak aspek nuklir dan fisika benda terkondensasi dengan menerjemahkan masalah pada subjek tersebut menjadi masalah yang lebih bersifat matematis dalam teori dawai.
Korespondensi AdS/CFT pertama kali dikemukakan oleh Juan Maldacena pada akhir 1997. Aspek penting dalam korespondensi ini diuraikan dalam artikel karya Steven Gubser, Igor Klebanov, dan Alexander Markovich Polyakov, dan oleh Edward Witten. Pada tahun 2015, artikel yang dibuat Maldacena telah dikutip dalam lebih dari 10000 kutipan, menjadi artikel yang paling banyak dikutip dalam bidang fisika energi tinggi.
Pemahaman terkini mengenai gravitasi didasarkan pada teori relativitas umum Albert Einstein. Dirumuskan pada tahun 1915, relativitas umum menjelaskan gravitasi dalam kaitanya dengan geometri ruang dan waktu, atau ruangwaktu. Gravitasi pertama-tama dirumuskan dalam bahasa fisika klasik dikembangkan oleh ahli fisika seperti Isaac Newton dan James Clerk Maxwell. Gaya nongravitasi lainnya dijelaskan
dalam kerangka mekanika kuantum. Dikembangkan pada paruh pertama abad ke-20 oleh sejumlah fisikawan yang berbeda, mekanika kuantum memberikan cara yang sangat berbeda untuk menggambarkan fenomena fisik berdasarkan probabilitas.
Gravitasi kuantum adalah cabang fisika yang berusaha menggambarkan gravitasi dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika kuantum. Saat ini, pendekatan yang paling populer untuk gravitasi kuantum adalah teori dawai, yang memodelkan partikel elementer bukan sebagai titik berdimensi nol tetapi sebagai objek berdimensi satu yang disebut dawai. Dalam korespondensi
AdS/CFT, seseorang biasanya mengacu kepada teori gravitasi kuantum yang berasal dari teori dawai atau perpanjangan modernnya, teori-M.
Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat tiga dimensi ruang yang umum dikenal (atas/bawah,/, dan depan/belakang), dan satu dimensi waktu. Dengan demikian, dalam bahasa fisika modern, bisa dikatakan bahwa ruangwaktu terdiri dari empat dimensi. Salah satu ciri khas dari teori dawai dan teori-M adalah bahwa teori-teori ini membutuhkan
dimensi ekstra ruangwaktu untuk konsistensi matematis mereka: dalam teori dawai ruangwaktu adalah sepuluh dimensi, sedangkan dalam teori M ruangwaktu adalah sebelas dimensi. Teori gravitasi kuantum yang muncul dalam korespondensi AdS/CFT biasanya diperoleh dari teori dawai dan teori-M dengan proses yang dikenal sebagai pemadatan. Ini menghasilkan
sebuah teori dimana ruangwaktu secara efektif memiliki jumlah dimensi yang lebih rendah dan dimensi ekstra "meringkuk" ke dalam lingkaran.
Sebuah analogi standar untuk pemadatan adalah dengan mempertimbangkan benda multidimensi seperti selang taman. Jika selang dilihat dari jarak yang cukup jauh, akan tampak hanya memiliki satu dimensi, yaitu panjangnya, tetapi saat mendekati selang, seseorang akan menemukan bahwa selang itu mengandung dimensi kedua, yaitu kelilingnya. Dengan demikian, semut yang merangkak di dalam selang akan bergerak dalam dua dimensi.
Penerapan mekanika kuantum ke objek fisika seperti medan elektromagnetik yang memanjang dalam ruang dan waktu, dikenal sebagai teori medan kuantum. dalam fisika partikel, teori medan kuantum merupakan dasar bagi pemahaman kita tentang partikel dasar, yang dimodelkan sebagai eksitasi di bidang fundamental. Teori medan kuantum juga digunakan di seluruh fisika benda terkondensasi untuk memodelkan benda mirip partikel yang disebut kuasipartikel.
Dalam korespondensi AdS/CFT, seseorang mempertimbangkan, sebagai tambahan gravitasi kuantum, teori bidang kuantum tertentu yang disebut teori medan konformal. Ini adalah teori medan kuantum yang sangat simetris dan matematis. Teori semacam itu sering dipelajari dalam konteks teori dawai, dimana keduanya dikaitkan dengan permukaan disapu oleh sebuah dawai yang menyebar melalui ruangwaktu, dan pada mekanika statistik, dimana mereka memodelkan sistem pada titik kritis termodinamika.
Dalam korespondensi AdS/CFT, seseorang mempertimbangkan teori dawai atau teori-M pada latar belakang anti-de Sitter. Ini berarti bahwa geometri ruangwaktu dijelaskan dalam "term" solusi vakum persamaan Einstein yang disebut ruang anti-de Sitter.
Dalam pengertian yang sangat mendasar, ruang anti-de Sitter adalah model matematis ruangwaktu dimana pengartian jarak antara titik-titik (tensor metrik) berbeda dari pengartian jarak pada geometri Euklidian biasa. Hal ini terkait erat dengan ruang hiperbolik, yang dapat dipandang sebagai model cakram Poincaré seperti diilustrasikan di sebelah. Gambar ini menunjukkan teselasi cakram oleh segitiga dan persegi. Seseorang
dapat menentukan jarak antara titik-titik cakram ini sedemikian rupa sehingga semua segitiga dan persegi berukuran sama dan batas luar melingkar jauh tak hingga dari setiap titik di bagian dalam.
Sekarang bayangkan tumpukan cakram hiperbolik dimana setiap cakram mewakili keadaan alam semesta pada waktu tertentu. Benda geometris yang dihasilkan adalah ruang anti-de Sitter tiga dimensi. Itu akan tampak seperti silinder padat dimana setiap persilangan adalah salinan dari cakram hiperbolik. Waktu berjalan di sepanjang arah vertikal dalam gambar ini. Permukaan silinder ini
memegang peranan penting dalam korespondensi AdS/CFT. Seperti halnya bidang hiperbolik, ruang anti-de Sitter merupakan lengkungan sedemikian rupa sehingga setiap titik di bagian dalam sebenarnya jauh tak hingga dari permukaan batas ini.
Konstruksi ini menggambarkan alam semesta hipotetis dengan hanya dua dimensi ruang dan satu waktu, namun dapat digeneralisasikan ke sejumlah dimensi. Memang, ruang hiperbolik dapat memiliki lebih dari dua dimensi dan satu dimensi dapat "menumpuk" salinan ruang hiperbolik untuk mendapatkan model ruang anti-de Sitter yang lebih tinggi.
Fitur penting dari ruang anti-de Sitter adalah batasnya (yang terlihat seperti silinder dalam kasus ruang anti-de Sitter tiga dimensi). Salah satu properti dari batas ini adalah bahwa, secara lokal di sekitar titik manapun, akan terlihat seperti ruang Minkowski, yaitu model ruangwaktu yang digunakan dalam fisika nongravitasi.
Oleh karena itu, seseorang dapat mempertimbangkan teori pelengkap dimana "ruangwaktu" diberikan oleh batas ruang anti-de Sitter. Pengamatan ini adalah titik awal untuk korespondensi AdS/CFT, yang menyatakan bahwa batas ruang anti-de Sitter dapat dianggap sebagai "ruangwaktu" untuk teori medan konformal. Klaimnya adalah bahwa teori medan konformal