Qualquer acoplamento consistente entre a gravidade clássica e a matéria quântica é fundamentalmente irreversível

Qualquer acoplamento consistente entre a gravidade clássica e a matéria quântica é fundamentalmente irreversível

Carimbo de data / hora: 16 de outubro de 2023 10h14
Nó Fonte: 2940726

Thomas D. Galera1, Flamínia Giacomini2, e John H. Selby3

1Instituto de Ótica Quântica e Informação Quântica, Academia Austríaca de Ciências, Boltzmanngasse 3, 1090 Viena, Áustria
2Instituto de Física Teórica, ETH Zürich, 8093 Zürich, Suíça
3ICTQT, Universidade de Gdańsk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Polônia

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Sumário

Quando a gravidade é originada por um sistema quântico, há tensão entre o seu papel como mediador de uma interação fundamental, que se espera que adquira características não clássicas, e o seu papel na determinação das propriedades do espaço-tempo, que é inerentemente clássico. Fundamentalmente, esta tensão deveria resultar na quebra de um dos princípios fundamentais da teoria quântica ou da relatividade geral, mas normalmente é difícil avaliar qual deles sem recorrer a um modelo específico. Aqui, respondemos a esta questão de uma forma independente da teoria usando Teorias Probabilísticas Gerais (GPTs). Consideramos as interações do campo gravitacional com um único sistema de matéria e derivamos um teorema impossível mostrando que quando a gravidade é clássica, pelo menos uma das seguintes suposições precisa ser violada: (i) Os graus de liberdade da matéria são descritos por totalmente graus de liberdade não clássicos; (ii) As interações entre os graus de liberdade da matéria e o campo gravitacional são reversíveis; (iii) Os graus de liberdade da matéria reagem de volta no campo gravitacional. Argumentamos que isto implica que as teorias da gravidade clássica e da matéria quântica devem ser fundamentalmente irreversíveis, como é o caso do modelo recente de Oppenheim et al. Por outro lado, se exigirmos que a interação entre a matéria quântica e o campo gravitacional seja reversível, então o campo gravitacional deve ser não clássico.

Resumo popular

Uma questão central na física moderna é como unificar a teoria quântica e a relatividade geral. Historicamente, muitos argumentos foram apresentados alegando que a unificação das duas teorias só pode ser obtida através da quantização do campo gravitacional e, de fato, a maioria das abordagens para a unificação tentam fazê-lo. Neste artigo mostramos que os argumentos existentes para quantizar o campo gravitacional fazem importantes suposições subjacentes, como a reversibilidade das interações e a possibilidade de preparar estados de superposição quântica. Provamos um teorema, que não depende de qualquer descrição teórica da gravidade e da matéria, mostrando que qualquer acoplamento consistente entre a gravidade clássica e a matéria totalmente quântica deve ser irreversível. Isto mostra que os requisitos de consistência por si só não determinam que a gravidade deva ser quantizada e, além disso, qualquer tentativa de unificar a gravidade clássica e a matéria totalmente quântica deve necessariamente apresentar interações irreversíveis entre a matéria e o campo gravitacional.

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