Qualsiasi accoppiamento coerente tra gravità classica e materia quantistica è fondamentalmente irreversibile

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Thomas D. Galley¹, Flaminia Giacomini²e John H. Selby³

¹Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Accademia delle scienze austriaca, Boltzmanngasse 3, 1090 Vienna, Austria
²Istituto di fisica teorica, ETH Zurigo, 8093 Zurigo, Svizzera
³ICTQT, Università di Danzica, Wita Stwosza 63, 80-308 Danzica, Polonia

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Astratto

Quando la gravità è generata da un sistema quantistico, c’è tensione tra il suo ruolo di mediatore di un’interazione fondamentale, che dovrebbe acquisire caratteristiche non classiche, e il suo ruolo nel determinare le proprietà dello spaziotempo, che è intrinsecamente classico. Fondamentalmente, questa tensione dovrebbe portare alla rottura di uno dei principi fondamentali della teoria quantistica o della relatività generale, ma di solito è difficile valutare quale senza ricorrere a un modello specifico. Qui, rispondiamo a questa domanda in modo indipendente dalla teoria utilizzando le Teorie Probabilistiche Generali (GPT). Consideriamo le interazioni del campo gravitazionale con un singolo sistema di materia e deriviamo un teorema no-go che mostra che quando la gravità è classica almeno una delle seguenti ipotesi deve essere violata: (i) I gradi di libertà della materia sono descritti da completamente gradi di libertà non classici; (ii) Le interazioni tra i gradi di libertà della materia e il campo gravitazionale sono reversibili; (iii) I gradi di libertà della materia reagiscono all'indietro sul campo gravitazionale. Sosteniamo che ciò implica che le teorie della gravità classica e della materia quantistica devono essere fondamentalmente irreversibili, come nel caso del recente modello di Oppenheim et al. Viceversa, se richiediamo che l’interazione tra la materia quantistica e il campo gravitazionale sia reversibile, allora il campo gravitazionale deve essere non classico.

Riepilogo popolare

Una questione centrale nella fisica moderna è come unificare la teoria quantistica e la relatività generale. Storicamente sono stati avanzati molti argomenti sostenendo che l'unificazione delle due teorie può essere ottenuta solo quantizzando il campo gravitazionale, e in effetti la maggior parte degli approcci all'unificazione tentano di farlo. In questo articolo mostriamo che le argomentazioni esistenti per quantizzare il campo gravitazionale fanno importanti presupposti di base come la reversibilità delle interazioni e la possibilità di preparare stati di sovrapposizione quantistica. Dimostriamo un teorema, che non dipende da alcuna descrizione teorica della gravità e della materia, dimostrando che qualsiasi accoppiamento coerente tra gravità classica e materia pienamente quantistica deve essere irreversibile. Ciò dimostra che i soli requisiti di coerenza non impongono che la gravità debba essere quantizzata, e inoltre qualsiasi tentativo di unificare la gravità classica e la materia pienamente quantistica deve necessariamente presentare interazioni irreversibili tra la materia e il campo gravitazionale.

► dati BibTeX

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