Bármilyen következetes kapcsolat a klasszikus gravitáció és a kvantumanyag között alapvetően visszafordíthatatlan

Bármilyen következetes kapcsolat a klasszikus gravitáció és a kvantumanyag között alapvetően visszafordíthatatlan

Forrás csomópont: 2940726

Thomas D. Galley1, Flaminia Giacomini2és John H. Selby3

1Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Osztrák Tudományos Akadémia, Boltzmanngasse 3, 1090 Bécs, Ausztria
2Institute for Theoretical Physics, ETH Zürich, 8093 Zürich, Svájc
3ICTQT, Gdański Egyetem, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Lengyelország

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Ha a gravitáció kvantumrendszerből származik, feszültség van a között, hogy egy alapvető interakció közvetítőjeként, amely várhatóan nem klasszikus vonásokat szerez, és a téridő tulajdonságait meghatározó szerepe között, amely eredendően klasszikus. Alapvetően ennek a feszültségnek a kvantumelmélet vagy az általános relativitáselmélet egyik alapelvének megtörését kell eredményeznie, de általában nehéz felmérni, hogy melyiket, anélkül, hogy egy konkrét modellhez folyamodnánk. Itt elmélettől független módon válaszolunk erre a kérdésre az általános valószínűségi elméletek (GPT) segítségével. Figyelembe vesszük a gravitációs mező kölcsönhatásait egyetlen anyagrendszerrel, és levezetünk egy no-go tételt, amely azt mutatja, hogy ha a gravitáció klasszikus, az alábbi feltevések közül legalább egyet meg kell sérteni: (i) Az anyag szabadsági fokait teljesen leírják nem klasszikus szabadsági fokok; (ii) Az anyag szabadsági fokai és a gravitációs tér közötti kölcsönhatások reverzibilisek; (iii) Az anyagok szabadsági fokai visszareagálnak a gravitációs térre. Azt állítjuk, hogy ez azt jelenti, hogy a klasszikus gravitáció és a kvantumanyag elméleteinek alapvetően visszafordíthatatlanoknak kell lenniük, ahogyan az Oppenheim és munkatársai legújabb modelljében is. Ezzel szemben, ha megköveteljük, hogy a kvantumanyag és a gravitációs tér közötti kölcsönhatás reverzibilis legyen, akkor a gravitációs térnek nem klasszikusnak kell lennie.

A modern fizika központi kérdése a kvantumelmélet és az általános relativitáselmélet egyesítése. Történelmileg sok érvet hoztak fel arra vonatkozóan, hogy a két elmélet egyesítése csak a gravitációs mező kvantálásával érhető el, és a legtöbb egyesülési megközelítés megkísérli ezt. Ebben a cikkben bemutatjuk, hogy a gravitációs mező kvantálására vonatkozó meglévő érvek olyan fontos alapfeltevéseket tartalmaznak, mint a kölcsönhatások megfordíthatósága és a kvantum-szuperpozíciós állapotok elkészítésének lehetősége. Bebizonyítunk egy tételt, amely nem függ a gravitáció és az anyag elméleti leírásától, és megmutatja, hogy a klasszikus gravitáció és a teljesen kvantumanyag közötti konzisztens kapcsolatnak visszafordíthatatlannak kell lennie. Ez azt mutatja, hogy a konzisztenciakövetelmények önmagukban nem írják elő, hogy a gravitációt kvantálni kell, sőt minden olyan kísérletnek, amely a klasszikus gravitáció és a teljes kvantumanyag egyesítésére irányul, szükségszerűen visszafordíthatatlan kölcsönhatásokat kell mutatnia az anyag és a gravitációs mező között.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] M Bahrami, A Bassi, S McMillen, M Paternostro és H Ulbricht. – A gravitáció kvantum? (2015). arXiv:1507.05733.
arXiv: 1507.05733

[2] Charis Anastopoulos és Bei-Lok Hu. „Gravitációs macskaállapot vizsgálata”. Osztály. Quant. 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 és Gerard Milburn. „Spin összefonódás tanúja a kvantumgravitációhoz”. Phys. Rev. Lett. 119, 240401 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.240401

[4] Chiara Marletto és Vlatko Vedral. „A gravitáció által kiváltott összefonódás két nagy tömegű részecske között elegendő bizonyíték a gravitáció kvantumhatásaira.” Phys. Rev. Lett. 119, 240402 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.240402

[5] Chiara Marletto és Vlatko Vedral. „Miért kell mindent kvantálni, beleértve a gravitációt is?” npj Quantum Information 3, 1–5 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0028-0

[6] Matteo Carlesso, Mauro Paternostro, Hendrik Ulbricht és Angelo Bassi. „Amikor Cavendish találkozik Feynmannal: Kvantumtorziós mérleg a gravitáció kvantumának teszteléséhez” (2017). arXiv:1710.08695.
arXiv: 1710.08695

[7] Michael JW Hall és Marcel Reginatto. „Két újabb javaslatról a nem klasszikus gravitáció szemtanúira”. J. Phys. A 51, 085303 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aaa734

[8] Chiara Marletto és Vlatko Vedral. „Mikor képes a gravitációs út összefonni két, térben egymásra helyezett tömeget?” 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 és Markus Aspelmeyer. „Tömeges objektumok kvantum-szuperpozíciója és a gravitáció kvantálása”. 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 és Markus Aspelmeyer. „Kvantum-szuperpozíció gravitációs mezőjének információtartalma”. Int. J. Mod. Phys. D 28, 1943001 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1142/​S0218271819430016

[11] Marios Christodoulou és Carlo Rovelli. „A geometriák kvantum-szuperpozíciójának laboratóriumi bizonyítékainak lehetőségéről”. Phys. Lett. B 792, 64–68 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.physletb.2019.03.015

[12] Charis Anastopoulos és Bei-Lok Hu. „Két gravitációs macskaállapot kvantum-szuperpozíciója”. Osztály. Quant. Grav. 37, 235012 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6382/​abbe6f

[13] Richard Howl, Vlatko Vedral, Devang Naik, Marios Christodoulou, Carlo Rovelli és Aditya Iyer. „A nem-gaussianitás mint a gravitációs kvantumelmélet aláírása”. PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.010325

[14] Ryan J Marshman, Anupam Mazumdar és Sougato Bose. „Lokalitás és összefonódás a linearizált gravitáció kvantumtermészetének asztali tesztelésében”. Phys. Rev. A 101, 052110 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.101.052110

[15] Hadrien Chevalier, AJ Paige és MS Kim. „A gravitáció nem klasszikus természetének tanúja ismeretlen kölcsönhatások jelenlétében”. 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 és Tomasz Paterek. „Megfigyelhető kvantumösszefonódás a gravitáció miatt”. npj Quantum Information 6, 1–6 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0243-y

[17] Chiara Marletto és Vlatko Vedral. „A nem-klasszikusság tanúja a kvantumelméleten túl”. Phys. Rev. D 102, 086012 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.102.086012

[18] Thomas D. Galley, Flaminia Giacomini és John H. Selby. „Egy no-go tétel a gravitációs mező természetéről a kvantumelméleten túl”. Quantum 6, 779 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-17-779

[19] Soham Pal, Priya Batra, Tanjung Krisnanda, Tomasz Paterek és TS Mahesh. „A kvantumösszefonódás kísérleti lokalizációja felügyelt klasszikus közvetítőn keresztül”. Quantum 5, 478 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-17-478

[20] Daniel Carney, Holger Müller és Jacob M. Taylor. „Atominterferométer használata a gravitációs összefonódás keletkezésére”. 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 és Martin Bodo Plenio. „Az interferometrikus újraélesztések jelentőségéről a gravitáció alapvető leírásában”. Univerzum 8 (2022).
https://​/​doi.org/​10.3390/​universe8020058

[22] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran és Robert M. Wald. „Gravitáció által közvetített összefonódás: Newtoni mező versus gravitonok”. Phys. Rev. D 105, 086001 (2022). arXiv:2112.10798.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevD.105.086001
arXiv: 2112.10798

[23] Adrian Kent és Damián Pitalúa-García. „A téridő nem-klasszikusságának tesztelése: Mit tanulhatunk Bell–Bose és munkatársai – Marletto–Vedral kísérleteiből?”. 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 és Richard Howl. „Lokálisan közvetített összefonódás a linearizált kvantumgravitációban”. 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 és Mike Schneider. "Kvantumgravitáció a laboratóriumban?" (2022). arXiv:2205.09013.
arXiv: 2205.09013

[26] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Richard Howl és Carlo Rovelli. „Gravitációs összefonódás, kvantum-referenciarendszerek, szabadságfokok” (2022). arXiv:2207.03138.
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6382/​acb0aa
arXiv: 2207.03138

[27] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran és Robert M. Wald. „Fekete lyukak dekohere kvantum szuperpozíciók” (2022). arXiv:2205.06279.
https://​/​doi.org/​10.1142/​S0218271822410036
arXiv: 2205.06279

[28] Lin-Qing Chen, Flaminia Giacomini és Carlo Rovelli. „A mezők kvantumállapotai kvantumfelosztott forrásokhoz”. Quantum 7, 958 (2023). arXiv:2207.10592.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-03-20-958
arXiv: 2207.10592

[29] Eduardo Martín-Martínez és T. Rick Perche. „A gravitáció által közvetített összefonódás valójában mit árul el nekünk a kvantumgravitációról” (2022). arXiv:2208.09489.
arXiv: 2208.09489

[30] Chris Overstreet, Joseph Curti, Minjeong Kim, Peter Asenbaum, Mark A. Kasevich és Flaminia Giacomini. „A gravitációs tér szuperpozíciójának következtetése kvantummérésekből” (2022). arXiv:2209.02214.
arXiv: 2209.02214

[31] Markus Aspelmeyer. „Amikor Zeh találkozik Feynmannal: Hogyan lehet elkerülni a klasszikus világ megjelenését a gravitációs kísérletekben”. 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. „Az Einstein Podolsky Rosen paradoxonról”. Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Lucien Hardy. „Kvantumelmélet öt ésszerű axiómából” (2001). arXiv:quant-ph/​0101012.
arXiv:quant-ph/0101012

[34] Jonathan Barrett. „Információfeldolgozás az általánosított valószínűségi elméletekben”. Physical Review A 75, 032304 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.75.032304

[35] L. Diosi és JJ Halliwell. „Klasszikus és kvantumváltozók összekapcsolása a folyamatos kvantummérési elmélet segítségével”. Physical Review Letters 81, 2846–2849 (1998).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.81.2846

[36] J. Caro és LL Salcedo. „A klasszikus és a kvantumdinamika keveredésének akadályai”. Physical Review A 60, 842–852 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.60.842

[37] Diósi Lajos, Nicolas Gisin, and Walter T. Strunz. „Kvantum megközelítés a klasszikus és kvantumdinamika összekapcsolásához”. Physical Review A 61, 022108 (2000).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.61.022108

[38] Daniel R. Terno. „A kvantum-klasszikus dinamika következetlensége, és mit jelent ez”. Funds of Physics 36, 102–111 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1007/​s10701-005-9007-y

[39] Hans-Thomas Elze. „Kvantum-klasszikus hibridek lineáris dinamikája”. Fizikai Szemle A 85, 052109 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.85.052109

[40] Jonathan Oppenheim. – A klasszikus gravitáció posztkvantumelmélete? (2018). arXiv:1811.03116.
arXiv: 1811.03116

[41] Jonathan Oppenheim, Carlo Sparaciari, Barbara Šoda és Zachary Weller-Davies. „Gravitációs indukált dekoherencia vs tér-idő diffúzió: a gravitáció kvantumtermészetének tesztelése” (2022). arXiv:2203.01982.
arXiv: 2203.01982

[42] Isaac Layton, Jonathan Oppenheim és Zachary Weller-Davies. „Egészségesebb félklasszikus dinamika” (2022). arXiv:2208.11722.
arXiv: 2208.11722

[43] Teiko Heinosaari, Leevi Leppäjärvi és Martin Plávala. „Információmentesség elve az általános valószínűségi elméletekben”. Quantum 3, 157 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-08-157

[44] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D`Ariano és Paolo Perinotti. „Valószínűségi elméletek tisztítással”. Physical Review A 81, 062348 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.062348

[45] David Bohm. „A kvantumelmélet javasolt értelmezése a „rejtett” változók szempontjából. ÉN". Physical Review 85, 166 (1952).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.85.166

[46] Hugh Everett. „Az univerzális hullámfüggvény elmélete”. In A kvantummechanika sokvilág-értelmezése. 1–140. oldal. Princeton University Press (2015).
https://​/​doi.org/​10.1515/​9781400868056

[47] Bogdan Mielnik. „Nemlineáris rendszerek mobilitása”. Journal of Mathematical Physics 21, 44–54 (1980).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.524331

[48] M Reginatto és MJW Hall. „Kvantum-klasszikus kölcsönhatások és mérés: következetes leírás statisztikai együttesek felhasználásával a konfigurációs térben”. Journal of Physics: Conference Series 174, 012038 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-6596/​174/​1/​012038

[49] Lucien Hardy. „Valószínűségelméletek dinamikus kauzális szerkezettel: a kvantumgravitáció új keretrendszere” (2005). arXiv:gr-qc/​0509120.
arXiv:gr-qc/0509120

[50] Giulio Chiribella, GM D'Ariano, Paolo Perinotti és Benoit Valiron. „A kvantumszámítógépeken túl” (2009). arXiv:0912.0195.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.022318
arXiv: 0912.0195

[51] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa és Časlav Brukner. „Kvantumkorrelációk ok-okozati sorrend nélkül”. Nature Communications 3, 1092 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms2076

[52] Eugene P Wigner. „Megjegyzések az elme-test kérdéshez”. In Filozófiai elmélkedések és szintézisek. 247–260. oldal. Springer (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-78374-6_20

[53] Daniela Frauchiger és Renato Renner. "A kvantumelmélet nem tudja következetesen leírni önmaga használatát." Nature Communications 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 és Howard M. Wiseman. „Egy erős no-go tétel a wigner baráti paradoxonról”. Nature Physics 16, 1199–1205 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-0990-x

[55] Eric G. Cavalcanti és Howard M. Wiseman. „A helyi barátság megsértésének következményei a kvantum okozati összefüggésre”. 23. entrópia (2021).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e23080925

[56] David Schmid, Yìlè Yīng és Matthew Leifer. „A wigner barátja hat kiterjesztett érvének áttekintése és elemzése” (2023). arXiv:2308.16220.
arXiv: 2308.16220

[57] Yìlè Yīng, Marina Maciel Ansanelli, Andrea Di Biagio, Elie Wolfe és Eric Gama Cavalcanti. „Wigner barátja forgatókönyveinek összekapcsolása a nem klasszikus ok-okozati kompatibilitással, a monogámia kapcsolatokkal és a finomhangolással” (2023). arXiv:2309.12987.
arXiv: 2309.12987

[58] GM D'Ariano, Franco Manesi és Paolo Perinotti. „Determinizmus ok-okozati összefüggés nélkül”. Physica Scripta 2014, 014013 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0031-8949/​2014/​T163/​014013

[59] John H Selby, Maria E Stasinou, Stefano Gogioso és Bob Coecke. „Időszimmetria a kvantumelméletekben és azon túl” (2022). arXiv:2209.07867.
arXiv: 2209.07867

[60] Matt Wilson, Giulio Chiribella és Aleks Kissinger. „A kvantum szupertérképeket a lokalitás jellemzi” (2022). arXiv:2205.09844.
arXiv: 2205.09844

[61] Venkatesh Vilasini, Nuriya Nurgalieva és Lídia del Rio. „Többszeres paradoxonok a kvantumelméleten túl”. New Journal of Physics 21, 113028 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab4fc4

[62] Nick Ormrod, V Vilasini és Jonathan Barrett. „Mely elméleteknek van mérési problémájuk?” (2023). arXiv:2303.03353.
arXiv: 2303.03353

[63] Jonathan Barrett, Lucien Hardy és Adrian Kent. „Nincs jelzés és kvantumkulcs-elosztás”. Physical Review Letters 95, 010503 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.95.010503

[64] Peter Janotta és Haye Hinrichsen. „Általánosított valószínűségelméletek: mi határozza meg a kvantumelmélet szerkezetét?”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 323001 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​32/​323001

[65] Martin Plávala. „Általános valószínűségi elméletek: Bevezetés” (2021). arXiv:2103.07469.
arXiv: 2103.07469

[66] Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti és Alessandro Tosini. „Információ és zavar az operatív valószínűségi elméletekben” (2019). arXiv:1907.07043.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-11-16-363
arXiv: 1907.07043

[67] Stephen D. Bartlett, Terry Rudolph és Robert W. Spekkens. „Referenciakeretek, szuperszelekciós szabályok és kvantuminformációk”. Rev. Mod. Phys. 79, 555–609 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.79.555

[68] Mohammad Bahrami, André Großardt, Sandro Donadi és Angelo Bassi. „A Schrödinger–Newton egyenlet és alapjai”. New Journal of Physics 16, 115007 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​11/​115007

[69] Heinz-Peter Breuer és F. Petruccione. „A nyílt kvantumrendszerek elmélete”. Oxford University Press. Oxford ; New York (2002).
https://​/​doi.org/​10.1093/​acprof:oso/​9780199213900.001.0001

[70] EG Beltrametti és S Bugajski. „A kvantummechanika klasszikus kiterjesztése”. Journal of Physics A: Mathematical and General 28, 3329–3343 (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​28/​12/​007

[71] Daniel Carney és Jacob M. Taylor. „Erősen inkoherens gravitáció” (2023). arXiv:2301.08378.
arXiv: 2301.08378

[72] Bogdan Mielnik. „Általános kvantummechanika”. Comm. Math. Phys. 37, 221–256 (1974).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF01646346

[73] Asher Peres és Daniel Terno. „Hibrid klasszikus-kvantum dinamika”. Physical Review A 63, 022101 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.63.022101

[74] John Selby és Bob Coecke. „Szivárogtatások: kvantum, klasszikus, köztes és így tovább”. Entrópia 19, 174 (2017).
https://​/​doi.org/​10.3390/​e19040174

[75] John H. Selby, Carlo Maria Scandolo és Bob Coecke. „A kvantumelmélet rekonstrukciója diagrammatikus posztulátumokból”. Quantum 5, 445 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-28-445

[76] Bob Coecke, John Selby és Sean Tull. „Két út a klasszikussághoz” (2017). arXiv:1701.07400.
arXiv: 1701.07400

Idézi

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal