Cualquier acoplamiento consistente entre la gravedad clásica y la materia cuántica es fundamentalmente irreversible

Cualquier acoplamiento consistente entre la gravedad clásica y la materia cuántica es fundamentalmente irreversible

Marca de tiempo: 16 de octubre de 2023 10:14 a. M.
Nodo de origen: 2940726

Thomas D. Galera1Flaminia Giacomini2y John H. Selby3

1Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica, Academia de Ciencias de Austria, Boltzmanngasse 3, 1090 Viena, Austria
2Instituto de Física Teórica, ETH Zürich, 8093 Zürich, Suiza
3ICTQT, Universidad de Gdańsk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Polonia

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Resumen

Cuando la gravedad proviene de un sistema cuántico, existe tensión entre su papel como mediador de una interacción fundamental, que se espera que adquiera características no clásicas, y su papel en la determinación de las propiedades del espacio-tiempo, que es inherentemente clásico. Fundamentalmente, esta tensión debería dar lugar a la ruptura de uno de los principios fundamentales de la teoría cuántica o de la relatividad general, pero suele ser difícil evaluar cuál sin recurrir a un modelo específico. Aquí, respondemos a esta pregunta de una manera independiente de la teoría utilizando Teorías Probabilísticas Generales (GPT). Consideramos las interacciones del campo gravitacional con un solo sistema de materia y derivamos un teorema de no-go que muestra que cuando la gravedad es clásica se debe violar al menos uno de los siguientes supuestos: (i) Los grados de libertad de la materia se describen completamente grados de libertad no clásicos; (ii) Las interacciones entre los grados de libertad de la materia y el campo gravitacional son reversibles; (iii) Los grados de libertad de la materia reaccionan a la inversa en el campo gravitacional. Sostenemos que esto implica que las teorías de la gravedad clásica y la materia cuántica deben ser fundamentalmente irreversibles, como es el caso del modelo reciente de Oppenheim et al. Por el contrario, si requerimos que la interacción entre la materia cuántica y el campo gravitacional sea reversible, entonces el campo gravitacional debe ser no clásico.

Resumen popular

Una cuestión central en la física moderna es cómo unificar la teoría cuántica y la relatividad general. Históricamente se han presentado muchos argumentos que afirman que la unificación de las dos teorías sólo puede obtenerse cuantificando el campo gravitacional y, de hecho, la mayoría de los enfoques hacia la unificación intentan hacerlo. En este artículo mostramos que los argumentos existentes para cuantificar el campo gravitacional parten de importantes suposiciones subyacentes, como la reversibilidad de las interacciones y la posibilidad de preparar estados de superposición cuántica. Probamos un teorema, que no depende de ninguna descripción teórica de la gravedad y la materia, y demuestra que cualquier acoplamiento consistente entre la gravedad clásica y la materia totalmente cuántica debe ser irreversible. Esto muestra que los requisitos de coherencia por sí solos no dictan que la gravedad deba cuantificarse y, además, cualquier intento de unificar la gravedad clásica y la materia completamente cuántica debe necesariamente incluir interacciones irreversibles entre la materia y el campo gravitacional.

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