Любая последовательная связь между классической гравитацией и квантовой материей принципиально необратима

Переиздано Платоном

Читают: 0

Томас Д. Галлей¹Фламиния Джакомини²и Джон Х. Селби³

¹Институт квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук, Больцмангассе 3, 1090 Вена, Австрия
²Институт теоретической физики, ETH Zürich, 8093 Zürich, Switzerland
³ICTQT, Гданьский университет, Вита Ствоша 63, 80-308 Гданьск, Польша

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Когда источником гравитации является квантовая система, возникает противоречие между ее ролью посредника фундаментального взаимодействия, которое, как ожидается, приобретет неклассические черты, и ее ролью в определении свойств пространства-времени, которое по своей сути является классическим. По сути, это напряжение должно привести к нарушению одного из фундаментальных принципов квантовой теории или общей теории относительности, но обычно трудно оценить, какой именно, не прибегая к конкретной модели. Здесь мы отвечаем на этот вопрос независимым от теории способом, используя общие вероятностные теории (ОПТ). Мы рассматриваем взаимодействие гравитационного поля с единой системой материи и выводим недопустимую теорему, показывающую, что, когда гравитация является классической, должно быть нарушено по крайней мере одно из следующих предположений: (i) Степени свободы материи описываются полностью неклассические степени свободы; (ii) Взаимодействия между степенями свободы материи и гравитационным полем обратимы; (iii) Степени свободы материи оказывают обратное воздействие на гравитационное поле. Мы утверждаем, что это означает, что теории классической гравитации и квантовой материи должны быть фундаментально необратимы, как это имеет место в недавней модели Оппенгейма и др. И наоборот, если мы требуем, чтобы взаимодействие между квантовой материей и гравитационным полем было обратимым, тогда гравитационное поле должно быть неклассическим.

► Данные BibTeX

@article{Galley2023anyconsistent, doi = {10.22331/q-2023-10-16-1142}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-10-16-1142}, title = {Любое согласованное связь между классической гравитацией и квантовой материей принципиально необратима}, автор = {Галли, Томас Д. и Джакомини, Фламиния и Селби, Джон Х.}, журнал = {{Квант}}, issn = {2521-327X}, издатель = {{Verein zur F{"{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, объём = {7}, страницы = {1142}, месяц = октябрь, год = {2023} }

► Рекомендации

[1] М. Бахрами, А. Басси, С. Макмиллен, М. Патерностро и Х. Ульбрихт. «Является ли гравитация квантовой?» (2015). arXiv: 1507.05733.
Arxiv: 1507.05733

[2] Харис Анастопулос и Бэй-Лок Ху. «Исследование гравитационного состояния кошки». Сорт. Квант. Грав. 32, 165022 (2015).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/32/16/165022

[3] Сугато Бозе, Анупам Мазумдар, Гэвин В. Морли, Хендрик Ульбрихт, Марко Торош, Мауро Патерностро, Эндрю А. Джерачи, Питер Ф. Баркер, М. С. Ким и Джерард Милберн. «Спиновая запутанность свидетельствует о квантовой гравитации». Физ. Преподобный Летт. 119, 240401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240401

[4] Кьяра Марлетто и Влатко Ведрал. «Гравитационно-индуцированное запутывание между двумя массивными частицами является достаточным доказательством квантовых эффектов в гравитации». Физ. Преподобный Летт. 119, 240402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240402

[5] Кьяра Марлетто и Влатко Ведрал. «Почему нам нужно квантовать все, включая гравитацию». npj Квантовая информация 3, 1–5 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0028-0

[6] Маттео Карлессо, Мауро Патерностро, Хендрик Ульбрихт и Анджело Басси. «Когда Кавендиш встречает Фейнмана: квантовые торсионные весы для проверки квантовости гравитации» (2017). arXiv: 1710.08695.
Arxiv: 1710.08695

[7] Майкл Дж. У. Холл и Марсель Режинатто. «О двух недавних предложениях по свидетельству неклассической гравитации». Дж. Физ. А 51, 085303 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aaa734

[8] Кьяра Марлетто и Влатко Ведрал. «Когда гравитация может запутать две пространственно наложенные друг на друга массы?». Физ. Ред. Д 98, 046001 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.98.046001

[9] Алессио Беленчиа, Роберт М. Вальд, Фламиния Джакомини, Эстебан Кастро-Руис, Часлав Брукнер и Маркус Аспельмейер. «Квантовая суперпозиция массивных объектов и квантование гравитации». Физ. Ред. Д 98, 126009 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.98.126009

[10] Алессио Беленчиа, Роберт М. Вальд, Фламиния Джакомини, Эстебан Кастро-Руис, Часлав Брукнер и Маркус Аспельмейер. «Информативность гравитационного поля квантовой суперпозиции». Межд. Дж. Мод. Физ. Д 28, 1943001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271819430016

[11] Мариос Христодулу и Карло Ровелли. «О возможности лабораторного подтверждения квантовой суперпозиции геометрий». Физ. Летт. Б 792, 64–68 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physletb.2019.03.015

[12] Харис Анастопулос и Бэй-Лок Ху. «Квантовая суперпозиция двух гравитационных кошачьих состояний». Сорт. Квант. Грав. 37, 235012 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/abbe6f

[13] Ричард Хоул, Влатко Ведрал, Деванг Найк, Мариос Христодулу, Карло Ровелли и Адитья Айер. «Негауссовость как признак квантовой теории гравитации». PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010325

[14] Райан Дж. Маршман, Анупам Мазумдар и Сугато Босе. «Локальность и запутанность в настольном тестировании квантовой природы линеаризованной гравитации». Физ. Ред. А 101, 052110 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.052110

[15] Адриен Шевалье, Эй Джей Пейдж и М. С. Ким. «Наблюдение неклассической природы гравитации при наличии неизвестных взаимодействий». Физ. Ред. А 102, 022428 (2020). arXiv:2005.13922.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022428
Arxiv: 2005.13922

[16] Танджунг Криснанда, Гуо Яо Там, Мауро Патерностро и Томаш Патерек. «Наблюдаемая квантовая запутанность из-за гравитации». npj Квантовая информация 6, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-020-0243-й

[17] Кьяра Марлетто и Влатко Ведрал. «Свидетельство неклассичности за пределами квантовой теории». физ. Ред. D 102, 086012 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.086012

[18] Томас Д. Галлей, Фламиния Джакомини и Джон Х. Селби. «Недопустимая теорема о природе гравитационного поля за пределами квантовой теории». Квант 6, 779 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-08-17-779

[19] Сохам Пал, Прия Батра, Танджунг Кришнанда, Томаш Патерек и Т. С. Махеш. «Экспериментальная локализация квантовой запутанности посредством контролируемого классического медиатора». Квант 5, 478 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-06-17-478

[20] Дэниел Карни, Хольгер Мюллер и Джейкоб М. Тейлор. «Использование атомного интерферометра для вывода о генерации гравитационной запутанности». PRX Quantum 2, 030330 (2021). arXiv: 2101.11629.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030330
Arxiv: 2101.11629

[21] Кирилл Стрельцов, Хулен Симон Педерналес и Мартин Бодо Пленио. «О значении интерферометрических возрождений для фундаментального описания гравитации». Вселенная 8 (2022 г.).
https: / / doi.org/ 10.3390 / universe8020058

[22] Дейн Л. Дэниэлсон, Гаутам Сатишчандран и Роберт М. Уолд. «Гравитационно-опосредованное запутывание: ньютоновское поле против гравитонов». Физ. Ред. Д 105, 086001 (2022). arXiv: 2112.10798.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.086001
Arxiv: 2112.10798

[23] Адриан Кент и Дамиан Питалуа-Гарсия. «Проверка неклассичности пространства-времени: чему мы можем научиться из экспериментов Белла-Бозе и др.-Марлетто-Ведрал?». Физ. Ред. Д 104, 126030 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.126030

[24] Мариос Христодулу, Андреа Ди Бьяджо, Маркус Аспельмейер, Часлав Брукнер, Карло Ровелли и Ричард Хоул. «Локально опосредованная запутанность в линеаризованной квантовой гравитации». Физ. Преподобный Летт. 130, 100202 (2023). arXiv: 2202.03368.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.100202
Arxiv: 2202.03368

[25] Ник Хаггетт, Нильс Линнеманн и Майк Шнайдер. «Квантовая гравитация в лаборатории?» (2022). arXiv:2205.09013.
Arxiv: 2205.09013

[26] Мариос Христодулу, Андреа Ди Бьяджо, Ричард Хоул и Карло Ровелли. «Гравитационная запутанность, квантовые системы отсчета, степени свободы» (2022). arXiv: 2207.03138.
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/acb0aa
Arxiv: 2207.03138

[27] Дейн Л. Дэниэлсон, Гаутам Сатишчандран и Роберт М. Уолд. «Черные дыры декогерируют квантовые суперпозиции» (2022). arXiv: 2205.06279.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271822410036
Arxiv: 2205.06279

[28] Линь-Цин Чен, Фламиния Джакомини и Карло Ровелли. «Квантовые состояния полей для квантовых расщепленных источников». Квант 7, 958 (2023). arXiv: 2207.10592.
https://doi.org/10.22331/q-2023-03-20-958
Arxiv: 2207.10592

[29] Эдуардо Мартин-Мартинес и Т. Рик Перш. «Что запутанность, опосредованная гравитацией, действительно может рассказать нам о квантовой гравитации» (2022). arXiv: 2208.09489.
Arxiv: 2208.09489

[30] Крис Оверстрит, Джозеф Курти, Минджонг Ким, Питер Асенбаум, Марк А. Касевич и Фламиния Джакомини. «Вывод о суперпозиции гравитационного поля на основе квантовых измерений» (2022). arXiv: 2209.02214.
Arxiv: 2209.02214

[31] Маркус Аспельмейер. «Когда Зе встречает Фейнмана: как избежать появления классического мира в гравитационных экспериментах». Фундамент. Теор. физ. 204, 85–95 (2022). архив: 2203.05587.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-88781-0_5
Arxiv: 2203.05587

[32] Джон С. Белл. «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена». Physics Physique Физика 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Люсьен Харди. «Квантовая теория из пяти разумных аксиом» (2001). arXiv:quant-ph/0101012.
Arxiv: колич-фот / 0101012

[34] Джонатан Барретт. «Обработка информации в обобщенных вероятностных теориях». Физический обзор A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[35] Л. Диози и Дж. Дж. Холливелл. «Связь классических и квантовых переменных с использованием теории непрерывного квантового измерения». Physical Review Letters 81, 2846–2849 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.2846

[36] Дж. Каро и Л.Л. Сальседо. «Препятствия смешиванию классической и квантовой динамики». Physical Review A 60, 842–852 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.842

[37] Лайош Диоси, Николас Гизин и Уолтер Т. Струнц. «Квантовый подход к соединению классической и квантовой динамики». Физическое обозрение А 61, 022108 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.022108

[38] Дэниел Р. Терно. «Несогласованность квантово-классической динамики и что из этого следует». Основы физики 36, 102–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-005-9007-й

[39] Ханс-Томас Эльце. «Линейная динамика квантово-классических гибридов». Физическое обозрение А 85, 052109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.052109

[40] Джонатан Оппенгейм. «Постквантовая теория классической гравитации?» (2018). arXiv: 1811.03116.
Arxiv: 1811.03116

[41] Джонатан Оппенгейм, Карло Спарачари, Барбара Шода и Захари Веллер-Дэвис. «Гравитационно-индуцированная декогеренция против пространственно-временной диффузии: проверка квантовой природы гравитации» (2022). arXiv:2203.01982.
Arxiv: 2203.01982

[42] Исаак Лейтон, Джонатан Оппенгейм и Закари Веллер-Дэвис. «Более здоровая полуклассическая динамика» (2022). arXiv: 2208.11722.
Arxiv: 2208.11722

[43] Тейко Хейносаари, Лееви Леппаярви и Мартин Плавала. «Принцип отсутствия свободной информации в общих вероятностных теориях». Квант 3, 157 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-157

[44] Джулио Чирибелла, Джакомо Мауро Д`Ариано и Паоло Перинотти. «Вероятностные теории с очисткой». Физическое обозрение А 81, 062348 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062348

[45] Дэвид Бом. «Предлагаемая интерпретация квантовой теории в терминах «скрытых» переменных. Я". Физическое обозрение 85, 166 (1952).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.85.166

[46] Хью Эверетт. «Теория универсальной волновой функции». В «Многомировой интерпретации квантовой механики». Страницы 1–140. Издательство Принстонского университета (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056

[47] Богдан Мельник. «Подвижность нелинейных систем». Журнал математической физики 21, 44–54 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.524331

[48] M Reginatto и MJW Hall. «Квантово-классические взаимодействия и измерения: последовательное описание с использованием статистических ансамблей в конфигурационном пространстве». Журнал физики: Серия конференций 174, 012038 (2009).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/174/1/012038

[49] Люсьен Харди. «Теории вероятностей с динамической причинной структурой: новая основа квантовой гравитации» (2005). arXiv:gr-qc/0509120.
Arxiv: гр-дс / 0509120

[50] Джулио Чирибелла, гроссмейстер Д'Ариано, Паоло Перинотти и Бенуа Валирон. «За пределами квантовых компьютеров» (2009). arXiv:0912.0195.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022318
Arxiv: 0912.0195

[51] Огнян Орешков, Фабио Коста и Часлав Брукнер. «Квантовые корреляции без причинного порядка». Природные коммуникации 3, 1092 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2076

[52] Юджин П. Вигнер. «Замечания по вопросу разума и тела». В Философских размышлениях и синтезах. Страницы 247–260. Спрингер (1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20

[53] Даниэла Фраухигер и Ренато Реннер. «Квантовая теория не может последовательно описать использование самой себя». Природные коммуникации 9, 3711 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8

[54] Кок-Вей Бонг, Анибал Утрерас-Аларкон, Фарзад Гафари, Йеонг-Чернг Лян, Нора Тишлер, Эрик Г. Кавальканти, Джефф Дж. Прайд и Ховард М. Уайзман. «Сильная недопустимая теорема о парадоксе друга Вигнера». Физика природы 16, 1199–1205 (2020).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-х

[55] Эрик Дж. Кавальканти и Говард М. Уайзман. «Последствия нарушения локального дружелюбия для квантовой причинности». Энтропия 23 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925

[56] Дэвид Шмид, Йиле Ин и Мэтью Лейфер. «Обзор и анализ шести расширенных аргументов друга Вигнера» (2023). arXiv: 2308.16220.
Arxiv: 2308.16220

[57] Йиле Инг, Марина Масиэль Ансанелли, Андреа Ди Бьяджо, Эли Вульф и Эрик Гама Кавальканти. «Связь сценариев друга Вигнера с неклассической причинной совместимостью, моногамными отношениями и тонкой настройкой» (2023). arXiv: 2309.12987.
Arxiv: 2309.12987

[58] МГ Д'Ариано, Франко Манесси и Паоло Перинотти. «Детерминизм без причинности». Физика Скрипта 2014, 014013 (2014).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/2014/T163/014013

[59] Джон Х. Селби, Мария Э. Стасину, Стефано Гогиозо и Боб Коке. «Временная симметрия в квантовых теориях и за ее пределами» (2022). arXiv: 2209.07867.
Arxiv: 2209.07867

[60] Мэтт Уилсон, Джулио Чирибелла и Алекс Киссинджер. «Квантовые суперкарты характеризуются локальностью» (2022). arXiv: 2205.09844.
Arxiv: 2205.09844

[61] Венкатеш Виласини, Нурия Нургалиева и Лидия дель Рио. «Многоагентные парадоксы за пределами квантовой теории». Новый физический журнал 21, 113028 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab4fc4

[62] Ник Ормрод, В. Виласини и Джонатан Барретт. «У каких теорий есть проблема измерения?» (2023). arXiv: 2303.03353.
Arxiv: 2303.03353

[63] Джонатан Барретт, Люсьен Харди и Адриан Кент. «Без сигнализации и квантового распределения ключей». Письма о физическом обзоре 95, 010503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010503

[64] Питер Джанотта и Хэй Хинрихсен. «Обобщенные теории вероятностей: что определяет структуру квантовой теории?». Журнал физики A: Mathematical and Theoretical 47, 323001 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/32/323001

[65] Мартин Плавала. «Общие вероятностные теории: введение» (2021). архив: 2103.07469.
Arxiv: 2103.07469

[66] Джакомо Мауро Д'Ариано, Паоло Перинотти и Алессандро Тозини. «Информация и возмущение в оперативных вероятностных теориях» (2019). arXiv: 1907.07043.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-16-363
Arxiv: 1907.07043

[67] Стивен Д. Бартлетт, Терри Рудольф и Роберт В. Спеккенс. «Системы отсчета, правила суперотбора и квантовая информация». Преподобный Мод. Физ. 79, 555–609 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[68] Мохаммад Бахрами, Андре Гроссардт, Сандро Донади и Анджело Басси. «Уравнение Шредингера-Ньютона и его основы». Новый физический журнал 16, 115007 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/115007

[69] Хайнц-Петер Брейер и Ф. Петруччионе. «Теория открытых квантовых систем». Издательство Оксфордского университета. Оксфорд; Нью-Йорк (2002).
https: / / doi.org/ 10.1093 / acprof: осо / 9780199213900.001.0001

[70] Э.Г. Бельтраметти и С. Бугайски. «Классическое расширение квантовой механики». Журнал физики A: Mathematical and General 28, 3329–3343 (1995).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/28/12/007

[71] Дэниел Карни и Джейкоб М. Тейлор. «Сильно некогерентная гравитация» (2023). arXiv: 2301.08378.
Arxiv: 2301.08378

[72] Богдан Мельник. «Обобщенная квантовая механика». Комм. Мат. физ. 37, 221–256 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01646346

[73] Ашер Перес и Дэниел Терно. «Гибридная классико-квантовая динамика». Физическое обозрение А 63, 022101 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.022101

[74] Джон Селби и Боб Коке. «Утечки: квантовые, классические, промежуточные и другие». Энтропия 19, 174 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19040174

[75] Джон Х. Селби, Карло Мария Скандоло и Боб Коке. «Реконструкция квантовой теории из диаграммных постулатов». Квант 5, 445 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-28-445

[76] Боб Коке, Джон Селби и Шон Талл. «Две дороги к классике» (2017). arXiv: 1701.07400.
Arxiv: 1701.07400

Цитируется

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.