Iga järjekindel seos klassikalise gravitatsiooni ja kvantaine vahel on põhimõtteliselt pöördumatu

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Thomas D. Galley¹, Flaminia Giacomini²ja John H. Selby³

¹Austria Teaduste Akadeemia kvantoptika ja kvantinformatsiooni instituut, Boltzmanngasse 3, 1090 Viin, Austria
²Teoreetilise Füüsika Instituut, ETH Zürich, 8093 Zürich, Šveits
³ICTQT, Gdański Ülikool, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Poola

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Kui gravitatsiooniallikaks on kvantsüsteem, tekib pinge selle rolli vahel fundamentaalse interaktsiooni vahendajana, mis eeldatavasti omandab mitteklassikalisi jooni, ja selle rolli vahel aegruumi omaduste määramisel, mis on oma olemuselt klassikaline. Põhimõtteliselt peaks selle pinge tulemuseks olema kvantteooria või üldrelatiivsusteooria ühe alusprintsiibi murdmine, kuid tavaliselt on raske hinnata, kumba ilma konkreetset mudelit kasutamata. Siin vastame sellele küsimusele teooriast sõltumatul viisil, kasutades üldtõenäosusteooriaid (GPT). Vaatleme gravitatsioonivälja vastasmõjusid ühe ainesüsteemiga ja tuletame no-go teoreemi, mis näitab, et kui gravitatsioon on klassikaline, tuleb rikkuda vähemalt ühte järgmistest eeldustest: (i) Aine vabadusastmeid kirjeldatakse täielikult mitteklassikalised vabadusastmed; (ii) vastastikmõjud aine vabadusastmete ja gravitatsioonivälja vahel on pöörduvad; (iii) Aine vabadusastmed reageerivad gravitatsiooniväljale tagasi. Me väidame, et see tähendab, et klassikalise gravitatsiooni ja kvantaine teooriad peavad olema põhimõtteliselt pöördumatud, nagu see on Oppenheimi jt hiljutise mudeli puhul. Ja vastupidi, kui me nõuame, et kvantaine ja gravitatsioonivälja vaheline interaktsioon oleks pöörduv, siis peab gravitatsiooniväli olema mitteklassikaline.

Populaarne kokkuvõte

Kaasaegse füüsika keskne küsimus on, kuidas ühendada kvantteooria ja üldrelatiivsusteooria. Ajalooliselt on esitatud palju argumente, mis väidavad, et kahe teooria ühendamine on saavutatav ainult gravitatsioonivälja kvantifitseerimise teel, ja tõepoolest püütakse seda teha enamik lähenemisviise ühendamisele. Selles artiklis näitame, et olemasolevad argumendid gravitatsioonivälja kvantimise kohta teevad olulisi eeldusi, nagu interaktsioonide pöörduvus ja kvantsuperpositsiooni olekute ettevalmistamise võimalus. Tõestame teoreemi, mis ei sõltu gravitatsiooni ja mateeria teoreetilisest kirjeldusest, näidates, et mis tahes järjepidev seos klassikalise gravitatsiooni ja täiskvantaine vahel peab olema pöördumatu. See näitab, et järjepidevuse nõuded üksi ei nõua, et gravitatsiooni tuleb kvantifitseerida, ja pealegi peavad kõik klassikalise gravitatsiooni ja täielikult kvantaine ühendamise katsed tingimata sisaldama pöördumatut vastasmõju aine ja gravitatsioonivälja vahel.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{Galley2023anyconsistent, doi = {10.22331/q-2023-10-16-1142}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-10-16-1142}, pealkiri = {Iga järjepidev klassikalise gravitatsiooni ja kvantaine vaheline seos on põhimõtteliselt pöördumatu}, autor = {Galley, Thomas D. ja Giacomini, Flaminia ja Selby, John H.}, ajakiri = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {1142}, kuu = okt, aasta = {2023} }

► Viited

[1] M Bahrami, A Bassi, S McMillen, M Paternostro ja H Ulbricht. "Kas gravitatsioon on kvant?" (2015). arXiv:1507.05733.
arXiv: 1507.05733

[2] Charis Anastopoulos ja Bei-Lok Hu. "Gravitatsioonilise kassi oleku uurimine". Klass. Kvant. Grav. 32, 165022 (2015).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/32/16/165022

[3] Sougato Bose, Anupam Mazumdar, Gavin W Morley, Hendrik Ulbricht, Marko Toroš, Mauro Paternostro, Andrew A Geraci, Peter F Barker, MS Kim ja Gerard Milburn. "Kvantgravitatsiooni keerlemispõimumise tunnistaja". Phys. Rev. Lett. 119, 240401 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.240401

[4] Chiara Marletto ja Vlatko Vedral. "Gravitatsiooniga indutseeritud takerdumine kahe massiivse osakese vahel on piisav tõend gravitatsiooni kvantmõjude kohta." Phys. Rev. Lett. 119, 240402 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.240402

[5] Chiara Marletto ja Vlatko Vedral. "Miks me peame kvantiseerima kõike, sealhulgas gravitatsiooni." npj Quantum Information 3, 1–5 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0028-0

[6] Matteo Carlesso, Mauro Paternostro, Hendrik Ulbricht ja Angelo Bassi. "Kui Cavendish kohtub Feynmaniga: kvanttorsioonbilanss gravitatsiooni kvantiteedi testimiseks" (2017). arXiv:1710.08695.
arXiv: 1710.08695

[7] Michael JW Hall ja Marcel Reginatto. "Kahe hiljutise ettepaneku kohta mitteklassikalise gravitatsiooni tunnistamiseks". J. Phys. A 51 085303 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/aaa734

[8] Chiara Marletto ja Vlatko Vedral. "Millal võib gravitatsioonitee põimida kaks ruumiliselt üksteise peal asetsevat massi?" Phys. Rev. D 98, 046001 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.98.046001

[9] Alessio Belenchia, Robert M Wald, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz, Časlav Brukner ja Markus Aspelmeyer. "Massiivsete objektide kvantsuperpositsioon ja gravitatsiooni kvantimine". Phys. Rev. D 98, 126009 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.98.126009

[10] Alessio Belenchia, Robert M Wald, Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz, Časlav Brukner ja Markus Aspelmeyer. "Kvant-superpositsiooni gravitatsioonivälja teabesisu". Int. J. Mod. Phys. D 28, 1943001 (2019).
https:///doi.org/10.1142/S0218271819430016

[11] Marios Christodoulou ja Carlo Rovelli. "Geomeetriate kvantsuperpositsiooni laboratoorsete tõendite võimaluse kohta". Phys. Lett. B 792, 64–68 (2019).
https:///doi.org/10.1016/j.physletb.2019.03.015

[12] Charis Anastopoulos ja Bei-Lok Hu. "Kahe gravitatsioonilise kassi oleku kvantsuperpositsioon". Klass. Kvant. Grav. 37, 235012 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/abbe6f

[13] Richard Howl, Vlatko Vedral, Devang Naik, Marios Christodoulou, Carlo Rovelli ja Aditya Iyer. "Mitte-gaussus kui gravitatsiooni kvantteooria signatuur". PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010325

[14] Ryan J Marshman, Anupam Mazumdar ja Sougato Bose. "Lineariseeritud gravitatsiooni kvantloomuse paikapidavus ja takerdumine lauapealsetes katsetes". Phys. Rev. A 101, 052110 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.052110

[15] Hadrien Chevalier, AJ Paige ja MS Kim. "Nägime gravitatsiooni mitteklassikalist olemust tundmatute interaktsioonide juuresolekul." Phys. Rev. A 102, 022428 (2020). arXiv:2005.13922.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.022428
arXiv: 2005.13922

[16] Tanjung Krisnanda, Guo Yao Tham, Mauro Paternostro ja Tomasz Paterek. "Jälgitav kvantpõimumine gravitatsiooni tõttu". npj Quantum Information 6, 1–6 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41534-020-0243-y

[17] Chiara Marletto ja Vlatko Vedral. "Mitteklassikalisuse tunnistamine väljaspool kvantteooriat". Phys. Rev. D 102, 086012 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.102.086012

[18] Thomas D. Galley, Flaminia Giacomini ja John H. Selby. "Keelatud teoreem gravitatsioonivälja olemuse kohta väljaspool kvantteooriat". Quantum 6, 779 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-08-17-779

[19] Soham Pal, Priya Batra, Tanjung Krisnanda, Tomasz Paterek ja TS Mahesh. "Kvantpõimumise eksperimentaalne lokaliseerimine jälgitava klassikalise vahendaja kaudu". Quantum 5, 478 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-06-17-478

[20] Daniel Carney, Holger Müller ja Jacob M. Taylor. "Aatomiinterferomeetri kasutamine gravitatsioonilise takerdumise tekke järeldamiseks". PRX Quantum 2, 030330 (2021). arXiv:2101.11629.
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030330
arXiv: 2101.11629

[21] Kirill Streltsov, Julen Simon Pedernales ja Martin Bodo Plenio. "Interferomeetriliste taaselustuste tähtsusest gravitatsiooni fundamentaalses kirjeldamises". Universum 8 (2022).
https:///doi.org/10.3390/universe8020058

[22] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran ja Robert M. Wald. "Gravitatsiooniliselt vahendatud takerdumine: Newtoni väli versus gravitonid". Phys. Rev. D 105, 086001 (2022). arXiv:2112.10798.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.105.086001
arXiv: 2112.10798

[23] Adrian Kent ja Damián Pitalúa-García. "Ajaruumi mitteklassikalisuse testimine: mida saame Bell-Bose'i jt-Marletto-Vedrali katsetest õppida?". Phys. Rev. D 104, 126030 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.104.126030

[24] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Markus Aspelmeyer, Časlav Brukner, Carlo Rovelli ja Richard Howl. "Lokaalselt vahendatud takerdumine lineariseeritud kvantgravitatsioonis". Phys. Rev. Lett. 130, 100202 (2023). arXiv:2202.03368.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.100202
arXiv: 2202.03368

[25] Nick Huggett, Niels Linnemann ja Mike Schneider. "Kvantgravitatsioon laboris?" (2022). arXiv:2205.09013.
arXiv: 2205.09013

[26] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Richard Howl ja Carlo Rovelli. "Gravitatsiooni põimumine, kvantide referentssüsteemid, vabadusastmed" (2022). arXiv:2207.03138.
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/acb0aa
arXiv: 2207.03138

[27] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran ja Robert M. Wald. "Mustad augud dekoherivad kvantsuperpositsioone" (2022). arXiv:2205.06279.
https:///doi.org/10.1142/S0218271822410036
arXiv: 2205.06279

[28] Lin-Qing Chen, Flaminia Giacomini ja Carlo Rovelli. "Kvantjaotatud allikate väljade kvantolekud". Quantum 7, 958 (2023). arXiv:2207.10592.
https://doi.org/10.22331/q-2023-03-20-958
arXiv: 2207.10592

[29] Eduardo Martín-Martínez ja T. Rick Perche. "Milline gravitatsiooni vahendatud takerdumine võib meile kvantgravitatsiooni kohta tõesti rääkida" (2022). arXiv:2208.09489.
arXiv: 2208.09489

[30] Chris Overstreet, Joseph Curti, Minjeong Kim, Peter Asenbaum, Mark A. Kasevich ja Flaminia Giacomini. "Järeldus gravitatsioonivälja superpositsiooni kohta kvantmõõtmistest" (2022). arXiv:2209.02214.
arXiv: 2209.02214

[31] Markus Aspelmeyer. "Kui Zeh kohtub Feynmaniga: kuidas vältida gravitatsioonikatsetes klassikalise maailma ilmumist". Fundam. Theor. Phys. 204, 85–95 (2022). arXiv:2203.05587.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-88781-0_5
arXiv: 2203.05587

[32] John S Bell. "Einstein Podolsky Roseni paradoksist". Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Lucien Hardy. “Kvantteooria viiest mõistlikust aksioomist” (2001). arXiv:quant-ph/0101012.
arXiv:quant-ph/0101012

[34] Jonathan Barrett. “Teabetöötlus üldistatud tõenäosusteooriates”. Physical Review A 75, 032304 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.032304

[35] L. Diosi ja JJ Halliwell. Klassikaliste ja kvantmuutujate sidumine pideva kvantmõõtmise teooria abil. Physical Review Letters 81, 2846–2849 (1998).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.2846

[36] J. Caro ja LL Salcedo. "Klassikalise ja kvantdünaamika segamise takistused". Physical Review A 60, 842–852 (1999).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.60.842

[37] Lajos Diósi, Nicolas Gisin ja Walter T. Strunz. "Kvantkäsitlus klassikalise ja kvantdünaamika ühendamiseks". Physical Review A 61, 022108 (2000).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.61.022108

[38] Daniel R. Terno. "Kvantklassikalise dünaamika vastuolu ja selle sisu". Füüsika alused 36, 102–111 (2006).
https:///doi.org/10.1007/s10701-005-9007-y

[39] Hans-Thomas Elze. "Kvantklassikaliste hübriidide lineaarne dünaamika". Füüsiline ülevaade A 85, 052109 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.85.052109

[40] Jonathan Oppenheim. "Klassikalise gravitatsiooni kvantteooria?" (2018). arXiv:1811.03116.
arXiv: 1811.03116

[41] Jonathan Oppenheim, Carlo Sparaciari, Barbara Šoda ja Zachary Weller-Davies. "Gravitatsiooniliselt indutseeritud dekoherents vs ruumi-aja difusioon: gravitatsiooni kvantloomuse testimine" (2022). arXiv:2203.01982.
arXiv: 2203.01982

[42] Isaac Layton, Jonathan Oppenheim ja Zachary Weller-Davies. "Tervislikum poolklassikaline dünaamika" (2022). arXiv:2208.11722.
arXiv: 2208.11722

[43] Teiko Heinosaari, Leevi Leppäjärvi ja Martin Plávala. "Vaba teabe puudumine üldistes tõenäosusteooriates". Quantum 3, 157 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-157

[44] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D`Ariano ja Paolo Perinotti. "Tõenäosuslikud teooriad puhastamisega". Physical Review A 81, 062348 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.81.062348

[45] David Bohm. "Soovitatav kvantteooria tõlgendus" peidetud" muutujate osas. mina”. Physical Review 85, 166 (1952).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.85.166

[46] Hugh Everett. "Universaalse lainefunktsiooni teooria". Raamatus Kvantmehaanika paljude maailmade tõlgendus. Lk 1–140. Princetoni ülikooli kirjastus (2015).
https:///doi.org/10.1515/9781400868056

[47] Bogdan Mielnik. "Mittelineaarsete süsteemide liikuvus". Journal of Mathematical Physics 21, 44–54 (1980).
https:///doi.org/10.1063/1.524331

[48] M Reginatto ja MJW Hall. "Kvantklassikaline interaktsioon ja mõõtmine: järjekindel kirjeldus, kasutades konfiguratsiooniruumi statistilisi ansambleid". Journal of Physics: konverentsisari 174, 012038 (2009).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/174/1/012038

[49] Lucien Hardy. "Dünaamilise põhjusliku struktuuriga tõenäosusteooriad: kvantgravitatsiooni uus raamistik" (2005). arXiv:gr-qc/0509120.
arXiv:gr-qc/0509120

[50] Giulio Chiribella, GM D'Ariano, Paolo Perinotti ja Benoit Valiron. "Teispool kvantarvuteid" (2009). arXiv:0912.0195.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.88.022318
arXiv: 0912.0195

[51] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa ja Časlav Brukner. "Kvantkorrelatsioonid ilma põhjusliku järjestuseta". Looduskommunikatsioonid 3, 1092 (2012).
https:///doi.org/10.1038/ncomms2076

[52] Eugene P Wigner. "Märkused vaimu-keha küsimuse kohta". Filosoofilistes mõtisklustes ja sünteesides. Lk 247–260. Springer (1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20

[53] Daniela Frauchiger ja Renato Renner. "Kvantteooria ei suuda järjekindlalt kirjeldada enda kasutamist." Looduskommunikatsioonid 9, 3711 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8

[54] Kok-Wei Bong, Aníbal Utreras-Alarcón, Farzad Ghafari, Yeong-Cherng Liang, Nora Tischler, Eric G. Cavalcanti, Geoff J. Pryde ja Howard M. Wiseman. "Tugev no-go teoreem wigneri sõbra paradoksi kohta". Nature Physics 16, 1199–1205 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41567-020-0990-x

[55] Eric G. Cavalcanti ja Howard M. Wiseman. "Kohaliku sõbralikkuse rikkumise tagajärjed kvant-põhjuslikkusele". Entroopia 23 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925

[56] David Schmid, Yìlè Yīng ja Matthew Leifer. "Kuue laiendatud wigneri sõbra argumendi ülevaade ja analüüs" (2023). arXiv:2308.16220.
arXiv: 2308.16220

[57] Yìlè Yīng, Marina Maciel Ansanelli, Andrea Di Biagio, Elie Wolfe ja Eric Gama Cavalcanti. "Wigneri sõbra stsenaariumide seostamine mitteklassikalise põhjusliku ühilduvuse, monogaamia suhete ja peenhäälestusega" (2023). arXiv:2309.12987.
arXiv: 2309.12987

[58] GM D'Ariano, Franco Manesi ja Paolo Perinotti. "Determinism ilma põhjuslikkuseta". Physica Scripta 2014, 014013 (2014).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/2014/T163/014013

[59] John H Selby, Maria E Stasinou, Stefano Gogioso ja Bob Coecke. "Ajasümmeetria kvantteooriates ja kaugemal" (2022). arXiv:2209.07867.
arXiv: 2209.07867

[60] Matt Wilson, Giulio Chiribella ja Aleks Kissinger. “Kvantide superkaarte iseloomustab lokaalsus” (2022). arXiv:2205.09844.
arXiv: 2205.09844

[61] Venkatesh Vilasini, Nuriya Nurgalieva ja Lídia del Rio. "Mitme agendi paradoksid väljaspool kvantteooriat". New Journal of Physics 21, 113028 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab4fc4

[62] Nick Ormrod, V Vilasini ja Jonathan Barrett. "Millistel teooriatel on mõõtmisprobleem?" (2023). arXiv:2303.03353.
arXiv: 2303.03353

[63] Jonathan Barrett, Lucien Hardy ja Adrian Kent. "Signaliseerimist ja kvantvõtmejaotust pole." Physical Review Letters 95, 010503 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.010503

[64] Peter Janotta ja Haye Hinrichsen. "Generaliseeritud tõenäosusteooriad: mis määrab kvantteooria struktuuri?". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 323001 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/32/323001

[65] Martin Plávala. "Üldised tõenäosusteooriad: sissejuhatus" (2021). arXiv:2103.07469.
arXiv: 2103.07469

[66] Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti ja Alessandro Tosini. "Informatsioon ja häired operatsiooniliste tõenäosusteooriates" (2019). arXiv:1907.07043.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-16-363
arXiv: 1907.07043

[67] Stephen D. Bartlett, Terry Rudolph ja Robert W. Spekkens. "Viiteraamid, supervalikureeglid ja kvantteave". Rev. Mod. Phys. 79, 555–609 (2007).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.79.555

[68] Mohammad Bahrami, André Großardt, Sandro Donadi ja Angelo Bassi. "Schrödingeri-Newtoni võrrand ja selle alused". New Journal of Physics 16, 115007 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/115007

[69] Heinz-Peter Breuer ja F. Petruccione. "Avatud kvantsüsteemide teooria". Oxford University Press. Oxford ; New York (2002).
https:///doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199213900.001.0001

[70] EG Beltrametti ja S Bugajski. "Kvantmehaanika klassikaline laiendus". Journal of Physics A: Mathematical and General 28, 3329–3343 (1995).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/28/12/007

[71] Daniel Carney ja Jacob M. Taylor. "Tugevalt ebajärjekindel gravitatsioon" (2023). arXiv:2301.08378.
arXiv: 2301.08378

[72] Bogdan Mielnik. "Üldine kvantmehaanika". Comm. matemaatika. Phys. 37, 221–256 (1974).
https:///doi.org/10.1007/BF01646346

[73] Asher Peres ja Daniel Terno. "Hübriidne klassikaline-kvantdünaamika". Physical Review A 63, 022101 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.63.022101

[74] John Selby ja Bob Coecke. "Lekked: kvant-, klassikaline, vahepealne ja palju muud". Entroopia 19, 174 (2017).
https:///doi.org/10.3390/e19040174

[75] John H. Selby, Carlo Maria Scandolo ja Bob Coecke. "Kvantteooria rekonstrueerimine diagrammaatiliste postulaatide põhjal". Quantum 5, 445 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-28-445

[76] Bob Coecke, John Selby ja Sean Tull. “Kaks teed klassikalisuse poole” (2017). arXiv:1701.07400.
arXiv: 1701.07400

Viidatud

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.