Keterpaduan yang konsisten antara gravitasi klasik dan materi kuantum pada dasarnya tidak dapat diubah

Keterpaduan yang konsisten antara gravitasi klasik dan materi kuantum pada dasarnya tidak dapat diubah

Stempel Waktu: 16 Oktober 2023 10:14
Node Sumber: 2940726

Thomas D.Galley1, Flaminia Giacomini2, dan John H. Selby3

1Institut Optik Quantum dan Informasi Quantum, Akademi Ilmu Pengetahuan Austria, Boltzmanngasse 3, 1090 Wina, Austria
2Institute for Theoretical Physics, ETH Zürich, 8093 Zürich, Swiss
3ICTQT, University of Gdańsk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Polandia

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Ketika gravitasi bersumber dari sistem kuantum, terdapat ketegangan antara perannya sebagai mediator interaksi fundamental, yang diharapkan memperoleh ciri-ciri nonklasik, dan perannya dalam menentukan sifat-sifat ruangwaktu, yang secara inheren bersifat klasik. Pada dasarnya, ketegangan ini seharusnya mengakibatkan pelanggaran salah satu prinsip dasar teori kuantum atau relativitas umum, namun biasanya sulit untuk menilai prinsip mana yang tidak menggunakan model tertentu. Di sini, kami menjawab pertanyaan ini dengan cara yang tidak bergantung pada teori menggunakan Teori Probabilistik Umum (GPT). Kami mempertimbangkan interaksi medan gravitasi dengan sistem materi tunggal, dan memperoleh teorema terlarang yang menunjukkan bahwa ketika gravitasi bersifat klasik, setidaknya satu asumsi berikut harus dilanggar: (i) Derajat kebebasan materi dijelaskan dengan sepenuhnya derajat kebebasan non-klasik; (ii) Interaksi antara derajat kebebasan materi dan medan gravitasi bersifat reversibel; (iii) Derajat kebebasan materi bereaksi balik terhadap medan gravitasi. Kami berpendapat bahwa hal ini menyiratkan bahwa teori gravitasi klasik dan materi kuantum pada dasarnya tidak dapat diubah, seperti halnya dalam model terbaru Oppenheim dkk. Sebaliknya jika kita mensyaratkan interaksi antara materi kuantum dan medan gravitasi bersifat reversibel, maka medan gravitasi tersebut harus non-klasik.

Ringkasan populer

Pertanyaan sentral dalam fisika modern adalah bagaimana menyatukan teori kuantum dan relativitas umum. Secara historis banyak argumen yang dikemukakan yang mengklaim bahwa penyatuan kedua teori tersebut hanya dapat diperoleh dengan mengkuantisasi medan gravitasi, dan memang sebagian besar pendekatan penyatuan berupaya melakukannya. Dalam makalah ini kami menunjukkan bahwa argumen yang ada untuk mengkuantisasi medan gravitasi membuat asumsi mendasar yang penting seperti reversibilitas interaksi dan kemungkinan mempersiapkan keadaan superposisi kuantum. Kami membuktikan sebuah teorema, yang tidak bergantung pada deskripsi teoretis apa pun tentang gravitasi dan materi, yang menunjukkan bahwa setiap penggandengan yang konsisten antara gravitasi klasik dan materi kuantum sepenuhnya pasti tidak dapat diubah. Hal ini menunjukkan bahwa persyaratan konsistensi saja tidak menentukan bahwa gravitasi harus dikuantisasi, dan terlebih lagi, setiap upaya untuk menyatukan gravitasi klasik dan materi kuantum sepenuhnya harus menampilkan interaksi yang tidak dapat diubah antara materi dan medan gravitasi.

► data BibTeX

► Referensi

[1] M Bahrami, A Bassi, S McMillen, M Paternostro, dan H Ulbricht. “Apakah gravitasi kuantum?” (2015). arXiv:1507.05733.
arXiv: 1507.05733

[2] Charis Anastopoulos dan Bei-Lok Hu. “Menyelidiki keadaan kucing gravitasi”. Kelas. Bergalah. 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, dan Gerard Milburn. "Putar saksi keterjeratan gravitasi kuantum". Fis. Pendeta Lett. 119, 240401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240401

[4] Chiara Marletto dan Vlatko Vedral. “Keterikatan yang disebabkan oleh gravitasi antara dua partikel masif merupakan bukti yang cukup mengenai efek kuantum dalam gravitasi”. Fis. Pendeta Lett. 119, 240402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240402

[5] Chiara Marletto dan Vlatko Vedral. “Mengapa kita perlu mengkuantisasi segalanya, termasuk gravitasi”. npj Informasi Kuantum 3, 1-5 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0028-0

[6] Matteo Carlesso, Mauro Paternostro, Hendrik Ulbricht, dan Angelo Bassi. “Ketika Cavendish bertemu Feynman: Keseimbangan torsi kuantum untuk menguji kuantum gravitasi” (2017). arXiv:1710.08695.
arXiv: 1710.08695

[7] Michael JW Hall dan Marcel Reginatto. “Tentang dua proposal terbaru untuk menyaksikan gravitasi nonklasik”. J.Fisika. A 51, 085303 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​aaa734

[8] Chiara Marletto dan Vlatko Vedral. “Kapan jalur gravitasi dapat menjerat dua massa yang terletak secara spasial?”. Fis. Pdt.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, dan Markus Aspelmeyer. “Superposisi kuantum benda masif dan kuantisasi gravitasi”. Fis. Pdt.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, dan Markus Aspelmeyer. “Isi informasi medan gravitasi superposisi kuantum”. Int. J.Mod. Fis. H 28, 1943001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271819430016

[11] Marios Christodoulou dan Carlo Rovelli. “Tentang kemungkinan bukti laboratorium untuk superposisi geometri kuantum”. Fis. Biarkan. B 792, 64–68 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physletb.2019.03.015

[12] Charis Anastopoulos dan Bei-Lok Hu. “Superposisi kuantum dari dua keadaan gravitasi kucing”. Kelas. Bergalah. Grav. 37, 235012 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6382/​abbe6f

[13] Richard Howl, Vlatko Vedral, Devang Naik, Marios Christodoulou, Carlo Rovelli, and Aditya Iyer. "Non-gaussianity sebagai tanda tangan dari teori gravitasi kuantum". PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010325

[14] Ryan J Marshman, Anupam Mazumdar, dan Sougato Bose. “Lokalitas dan keterjeratan dalam pengujian di atas meja terhadap sifat kuantum gravitasi linier”. Fis. Pdt.A 101, 052110 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.052110

[15] Hadrien Chevalier, AJ Paige, dan MS Kim. “Menyaksikan sifat gravitasi nonklasik dengan adanya interaksi yang tidak diketahui”. Fis. Pdt.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, dan Tomasz Paterek. “Keterjeratan kuantum yang dapat diamati karena gravitasi”. npj Informasi Kuantum 6, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-020-0243-y

[17] Chiara Marletto dan Vlatko Vedral. "Menyaksikan nonklasisitas di luar teori kuantum". fisik. Pdt. D 102, 086012 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.086012

[18] Thomas D. Galley, Flaminia Giacomini, dan John H. Selby. “Teorema terlarang tentang sifat medan gravitasi di luar teori kuantum”. Kuantum 6, 779 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-17-779

[19] Soham Pal, Priya Batra, Tanjung Krisnanda, Tomasz Paterek, dan TS Mahesh. “Lokalisasi eksperimental keterikatan kuantum melalui mediator klasik yang dipantau”. Kuantum 5, 478 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-17-478

[20] Daniel Carney, Holger Müller, dan Jacob M. Taylor. “Menggunakan Interferometer Atom untuk Menyimpulkan Generasi Keterikatan Gravitasi”. PRX Kuantum 2, 030330 (2021). arXiv:2101.11629.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030330
arXiv: 2101.11629

[21] Kirill Streltsov, Julen Simon Pedernales, dan Martin Bodo Plenio. “Tentang pentingnya kebangkitan interferometri untuk deskripsi mendasar gravitasi”. Alam Semesta 8 (2022).
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe8020058

[22] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran, dan Robert M. Wald. “Keterikatan yang dimediasi secara gravitasi: medan Newton versus gravitasi”. Fis. Pdt.D 105, 086001 (2022). arXiv:2112.10798.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.086001
arXiv: 2112.10798

[23] Adrian Kent dan Damián Pitalúa-García. “Menguji nonklasikalitas ruangwaktu: Apa yang dapat kita pelajari dari eksperimen Bell – Bose dkk.-Marletto-Vedral?”. Fis. Pdt.D 104, 126030 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.126030

[24] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Markus Aspelmeyer, Časlav Brukner, Carlo Rovelli, dan Richard Howl. “Keterikatan yang dimediasi secara lokal dalam gravitasi kuantum yang dilinearisasi”. Fis. Pendeta Lett. 130, 100202 (2023). arXiv:2202.03368.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.100202
arXiv: 2202.03368

[25] Nick Huggett, Niels Linnemann, dan Mike Schneider. Gravitasi Kuantum di Laboratorium? (2022). arXiv:2205.09013.
arXiv: 2205.09013

[26] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Richard Howl, dan Carlo Rovelli. “Keterikatan gravitasi, sistem referensi kuantum, derajat kebebasan” (2022). arXiv:2207.03138.
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6382/​acb0aa
arXiv: 2207.03138

[27] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran, dan Robert M. Wald. “Lubang Hitam Menguraikan Superposisi Kuantum” (2022). arXiv:2205.06279.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271822410036
arXiv: 2205.06279

[28] Lin-Qing Chen, Flaminia Giacomini, dan Carlo Rovelli. “Keadaan bidang kuantum untuk sumber pemisahan kuantum”. Kuantum 7, 958 (2023). arXiv:2207.10592.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-03-20-958
arXiv: 2207.10592

[29] Eduardo Martín-Martínez dan T.Rick Perche. “Keterikatan yang dimediasi gravitasi benar-benar dapat memberi tahu kita tentang gravitasi kuantum” (2022). arXiv:2208.09489.
arXiv: 2208.09489

[30] Chris Overstreet, Joseph Curti, Minjeong Kim, Peter Asenbaum, Mark A. Kasevich, dan Flaminia Giacomini. “Inferensi superposisi medan gravitasi dari pengukuran kuantum” (2022). arXiv:2209.02214.
arXiv: 2209.02214

[31] Markus Aspelmeyer. “Saat Zeh Bertemu Feynman: Bagaimana Menghindari Kemunculan Dunia Klasik dalam Eksperimen Gravitasi”. dasar. teori. Fis. 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. “Tentang paradoks Einstein Podolsky Rosen”. Fisika Fisika Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Lucien Hardy. "Teori kuantum dari lima aksioma yang masuk akal" (2001). arXiv:quant-ph/​0101012.
arXiv: quant-ph / 0101012

[34] Jonathan Barret. "Pemrosesan informasi dalam teori probabilistik umum". Tinjauan Fisik A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[35] L.Diosi dan JJ Halliwell. “Penggabungan Variabel Klasik dan Kuantum Menggunakan Teori Pengukuran Kuantum Berkelanjutan”. Surat Tinjauan Fisik 81, 2846–2849 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.2846

[36] J.Caro dan LL Salcedo. “Hambatan untuk memadukan dinamika klasik dan kuantum”. Tinjauan Fisik A 60, 842–852 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.842

[37] Lajos Diósi, Nicolas Gisin, dan Walter T. Strunz. “Pendekatan kuantum untuk menggabungkan dinamika klasik dan kuantum”. Tinjauan Fisik A 61, 022108 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.022108

[38] Daniel R.Terno. “Inkonsistensi dinamika kuantum-klasik, dan implikasinya”. Dasar-dasar Fisika 36, ​​102–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-005-9007-y

[39] Hans-Thomas Elze. “Dinamika linier hibrida kuantum-klasik”. Tinjauan Fisik A 85, 052109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.052109

[40] Jonatan Oppenheim. “Teori gravitasi klasik pasca-kuantum?” (2018). arXiv:1811.03116.
arXiv: 1811.03116

[41] Jonathan Oppenheim, Carlo Sparaciari, Barbara Šoda, dan Zachary Weller-Davies. “Dekoherensi yang diinduksi secara gravitasi vs difusi ruang-waktu: menguji sifat kuantum gravitasi” (2022). arXiv:2203.01982.
arXiv: 2203.01982

[42] Isaac Layton, Jonathan Oppenheim, dan Zachary Weller-Davies. “Dinamika semi klasik yang lebih sehat” (2022). arXiv:2208.11722.
arXiv: 2208.11722

[43] Teiko Heinosaari, Leevi Leppäjärvi, dan Martin Plávala. “Prinsip tanpa informasi bebas dalam teori probabilistik umum”. Kuantum 3, 157 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-08-157

[44] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D`Ariano, dan Paolo Perinotti. “Teori probabilistik dengan pemurnian”. Tinjauan Fisik A 81, 062348 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062348

[45] David Bohm. “Interpretasi yang disarankan dari teori kuantum dalam kaitannya dengan variabel” tersembunyi “. SAYA". Tinjauan fisik 85, 166 (1952).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.85.166

[46] Hugh Everett. “Teori fungsi gelombang universal”. Dalam interpretasi mekanika kuantum di banyak dunia. Halaman 1–140. Pers Universitas Princeton (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056

[47] Bogdan Mielnik. "Mobilitas sistem nonlinier". Jurnal Fisika Matematika 21, 44–54 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.524331

[48] M Reginatto dan MJW Hall. "Interaksi dan pengukuran kuantum-klasik: deskripsi yang konsisten menggunakan ansambel statistik pada ruang konfigurasi". Jurnal Fisika: Seri Konferensi 174, 012038 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-6596/​174/​1/​012038

[49] Lucien Hardy. “Teori probabilitas dengan struktur sebab akibat dinamis: kerangka baru untuk gravitasi kuantum” (2005). arXiv:gr-qc/​0509120.
arXiv: gr-qc / 0509120

[50] Giulio Chiribella, GM D'Ariano, Paolo Perinotti, dan Benoit Valiron. “Melampaui komputer kuantum” (2009). arXiv:0912.0195.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022318
arXiv: 0912.0195

[51] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa, dan Časlav Brukner. “Korelasi kuantum tanpa urutan sebab akibat”. Komunikasi alam 3, 1092 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms2076

[52] Eugene P Wigner. “Keterangan tentang pertanyaan pikiran-tubuh”. Dalam refleksi dan sintesis filosofis. Halaman 247–260. Pegas (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-78374-6_20

[53] Daniela Frauchiger dan Renato Renner. “Teori kuantum tidak dapat secara konsisten menggambarkan kegunaan dirinya sendiri”. Komunikasi alam 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, dan Howard M. Wiseman. “Teorema larangan yang kuat tentang paradoks teman wigner”. Fisika Alam 16, 1199–1205 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x

[55] Eric G. Cavalcanti dan Howard M. Wiseman. “Implikasi pelanggaran keramahan lokal terhadap kausalitas kuantum”. Entropi 23 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925

[56] David Schmid, Yìlè Yīng, dan Matthew Leifer. “Tinjauan dan analisis enam argumen teman wigner yang diperluas” (2023). arXiv:2308.16220.
arXiv: 2308.16220

[57] Yìlè Yīng, Marina Maciel Ansanelli, Andrea Di Biagio, Elie Wolfe, dan Eric Gama Cavalcanti. “Menghubungkan skenario teman wigner dengan kompatibilitas kausal nonklasik, hubungan monogami, dan penyesuaian” (2023). arXiv:2309.12987.
arXiv: 2309.12987

[58] GM D'Ariano, Franco Manessi, dan Paolo Perinotti. “Determinisme tanpa kausalitas”. Fisika Scripta 2014, 014013 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0031-8949/​2014/​T163/​014013

[59] John H Selby, Maria E Stasinou, Stefano Gogioso, dan Bob Coecke. “Simetri waktu dalam teori kuantum dan seterusnya” (2022). arXiv:2209.07867.
arXiv: 2209.07867

[60] Matt Wilson, Giulio Chiribella, dan Aleks Kissinger. “Peta super kuantum dicirikan oleh lokalitas” (2022). arXiv:2205.09844.
arXiv: 2205.09844

[61] Venkatesh Vilasini, Nuriya Nurgalieva, dan Lídia del Rio. “Paradoks multi-agen di luar teori kuantum”. Jurnal Fisika Baru 21, 113028 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab4fc4

[62] Nick Ormrod, V Vilasini, dan Jonathan Barrett. “Teori mana yang memiliki masalah pengukuran?” (2023). arXiv:2303.03353.
arXiv: 2303.03353

[63] Jonathan Barrett, Lucien Hardy, dan Adrian Kent. "Tidak ada pensinyalan dan distribusi kunci kuantum". Surat Tinjauan Fisik 95, 010503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010503

[64] Peter Janotta dan Haye Hinrichsen. "Teori probabilitas umum: apa yang menentukan struktur teori kuantum?". Jurnal Fisika A: Matematika dan Teori 47, 323001 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​32/​323001

[65] Martin Plavala. "Teori probabilistik umum: Sebuah pengantar" (2021). arXiv:2103.07469.
arXiv: 2103.07469

[66] Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti, dan Alessandro Tosini. “Informasi dan gangguan dalam teori probabilistik operasional” (2019). arXiv:1907.07043.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-11-16-363
arXiv: 1907.07043

[67] Stephen D. Bartlett, Terry Rudolph, dan Robert W. Spekkens. “Bingkai referensi, aturan superseleksi, dan informasi kuantum”. Pendeta Mod. Fis. 79, 555–609 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[68] Mohammad Bahrami, André Großardt, Sandro Donadi, dan Angelo Bassi. “Persamaan Schrödinger – Newton dan dasar-dasarnya”. Jurnal Fisika Baru 16, 115007 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​11/​115007

[69] Heinz-Peter Breuer dan F. Petruccione. “Teori sistem kuantum terbuka”. Pers Universitas Oxford. Oxford; New York (2002).
https: / / doi.org/ 10.1093 / acprof: oso / 9780199213900.001.0001

[70] EG Beltrametti dan S Bugajski. “Perpanjangan klasik dari mekanika kuantum”. Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 28, 3329–3343 (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​28/​12/​007

[71] Daniel Carney dan Jacob M. Taylor. “Gravitasi yang sangat tidak koheren” (2023). arXiv:2301.08378.
arXiv: 2301.08378

[72] Bogdan Mielnik. "Mekanika kuantum umum". Kom. Matematika. fisik. 37, 221–256 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01646346

[73] Asher Peres dan Daniel Terno. “Dinamika klasik-kuantum hibrida”. Tinjauan Fisik A 63, 022101 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.022101

[74] John Selby dan Bob Coecke. "Kebocoran: kuantum, klasik, menengah, dan lainnya". Entropi 19, 174 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19040174

[75] John H. Selby, Carlo Maria Scandolo, and Bob Coecke. "Merekonstruksi teori kuantum dari postulat diagram". Kuantum 5, 445 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-28-445

[76] Bob Coecke, John Selby, dan Sean Tull. “Dua jalan menuju klasikitas” (2017). arXiv:1701.07400.
arXiv: 1701.07400

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum