Tout couplage cohérent entre la gravité classique et la matière quantique est fondamentalement irréversible

Republié par Platon

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Thomas D. Galère¹, Flaminia Giacomini², et John H. Selby³

¹Institut d'optique quantique et d'information quantique, Académie autrichienne des sciences, Boltzmanngasse 3, 1090 Vienne, Autriche
²Institut de physique théorique, ETH Zürich, 8093 Zürich, Suisse
³ICTQT, Université de Gdańsk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Pologne

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Abstract

Lorsque la gravité provient d’un système quantique, il existe une tension entre son rôle de médiateur d’une interaction fondamentale, qui devrait acquérir des caractéristiques non classiques, et son rôle dans la détermination des propriétés de l’espace-temps, qui est intrinsèquement classique. Fondamentalement, cette tension devrait conduire à briser l’un des principes fondamentaux de la théorie quantique ou de la relativité générale, mais il est généralement difficile d’évaluer lequel sans recourir à un modèle spécifique. Ici, nous répondons à cette question d'une manière indépendante de la théorie en utilisant les théories probabilistes générales (GPT). Nous considérons les interactions du champ gravitationnel avec un seul système de matière et dérivons un théorème interdit montrant que lorsque la gravité est classique, au moins une des hypothèses suivantes doit être violée : (i) Les degrés de liberté de la matière sont décrits entièrement par degrés de liberté non classiques ; (ii) Les interactions entre les degrés de liberté de la matière et le champ gravitationnel sont réversibles ; (iii) Les degrés de liberté de la matière réagissent en retour sur le champ gravitationnel. Nous soutenons que cela implique que les théories de la gravité classique et de la matière quantique doivent être fondamentalement irréversibles, comme c'est le cas dans le modèle récent d'Oppenheim et al. À l’inverse, si l’on exige que l’interaction entre la matière quantique et le champ gravitationnel soit réversible, alors le champ gravitationnel doit être non classique.

Résumé populaire

Une question centrale de la physique moderne est de savoir comment unifier la théorie quantique et la relativité générale. Historiquement, de nombreux arguments ont été avancés pour affirmer que l'unification des deux théories ne peut être obtenue qu'en quantifiant le champ gravitationnel, et en fait la plupart des approches en faveur de l'unification tentent de le faire. Dans cet article, nous montrons que les arguments existants en faveur de la quantification du champ gravitationnel reposent sur des hypothèses sous-jacentes importantes telles que la réversibilité des interactions et la possibilité de préparer des états de superposition quantique. Nous prouvons un théorème, qui ne dépend d'aucune description théorique de la gravité et de la matière, montrant que tout couplage cohérent entre la gravité classique et la matière entièrement quantique doit être irréversible. Cela montre que les exigences de cohérence à elles seules n’imposent pas que la gravité soit quantifiée, et de plus, toute tentative d’unifier la gravité classique et la matière entièrement quantique doit nécessairement comporter des interactions irréversibles entre la matière et le champ gravitationnel.

► Données BibTeX

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