Any Consistent Coupling Between Classical Gravity And Quantum Matter Is Fundamentally Irreversible

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Thomas D. Galley¹, Flaminia Giacomini²in John H. Selby³

¹Inštitut za kvantno optiko in kvantne informacije, Avstrijska akademija znanosti, Boltzmanngasse 3, 1090 Dunaj, Avstrija
²Inštitut za teoretično fiziko, ETH Zürich, 8093 Zürich, Švica
³ICTQT, Univerza v Gdansku, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk, Poljska

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Ko gravitacijo izvira iz kvantnega sistema, obstaja napetost med njeno vlogo posrednika temeljne interakcije, za katero se pričakuje, da bo pridobila neklasične značilnosti, in njeno vlogo pri določanju lastnosti prostorčasa, ki je sama po sebi klasična. V bistvu bi morala ta napetost povzročiti kršitev enega od temeljnih načel kvantne teorije ali splošne teorije relativnosti, vendar je običajno težko oceniti katerega, ne da bi se zatekli k posebnemu modelu. Tukaj na to vprašanje odgovarjamo na teoretično neodvisen način z uporabo splošnih verjetnostnih teorij (GPT). Upoštevamo interakcije gravitacijskega polja z enim samim snovnim sistemom in izpeljemo ne-go izrek, ki kaže, da mora biti, ko je gravitacija klasična, kršena vsaj ena od naslednjih predpostavk: (i) Stopnje svobode snovi so popolnoma opisane s neklasične prostostne stopnje; (ii) interakcije med prostostnimi stopnjami snovi in gravitacijskim poljem so reverzibilne; (iii) Stopnje svobode snovi povratno reagirajo na gravitacijsko polje. Trdimo, da to pomeni, da morajo biti teorije klasične gravitacije in kvantne materije v osnovi nepovratne, kot je to v primeru nedavnega modela Oppenheima et al. Nasprotno, če zahtevamo, da je interakcija med kvantno snovjo in gravitacijskim poljem reverzibilna, potem mora biti gravitacijsko polje neklasično.

Priljubljen povzetek

Osrednje vprašanje sodobne fizike je, kako poenotiti kvantno teorijo in splošno relativnostno teorijo. V zgodovini je bilo predstavljenih veliko argumentov, ki so trdili, da je poenotenje obeh teorij mogoče doseči le s kvantiziranjem gravitacijskega polja, in večina pristopov k poenotenju dejansko poskuša to storiti. V tem prispevku pokažemo, da obstoječi argumenti za kvantiziranje gravitacijskega polja dajejo pomembne temeljne predpostavke, kot sta reverzibilnost interakcij in možnost priprave kvantnih superpozicijskih stanj. Dokažemo izrek, ki ni odvisen od nobenega teoretičnega opisa gravitacije in materije, ki kaže, da mora biti kakršna koli dosledna povezava med klasično gravitacijo in popolnoma kvantno materijo nepovratna. To kaže, da same zahteve glede doslednosti ne narekujejo, da mora biti gravitacija kvantizirana, poleg tega pa mora vsak poskus poenotenja klasične gravitacije in popolnoma kvantne materije nujno vsebovati nepovratne interakcije med snovjo in gravitacijskim poljem.

► BibTeX podatki

@article{Galley2023anyconsistent, doi = {10.22331/q-2023-10-16-1142}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-10-16-1142}, title = {Anyconsistent povezava med klasično gravitacijo in kvantno materijo je v osnovi nepovratna}, avtor = {Galley, Thomas D. in Giacomini, Flaminia in Selby, John H.}, revija = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, založnik = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, obseg = {7}, strani = {1142}, mesec = okt, leto = {2023} }

► Reference

[1] M Bahrami, A Bassi, S McMillen, M Paternostro in H Ulbricht. "Ali je gravitacija kvantna?" (2015). arXiv:1507.05733.
arXiv: 1507.05733

[2] Charis Anastopoulos in Bei-Lok Hu. "Sondiranje stanja gravitacijske mačke". Razred. Količina 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 in Gerard Milburn. "Spin prepletenost priča za kvantno gravitacijo". Phys. Rev. Lett. 119, 240401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240401

[4] Chiara Marletto in Vlatko Vedral. "Gravitacijsko povzročena prepletenost med dvema masivnima delcema je zadosten dokaz kvantnih učinkov gravitacije." Phys. Rev. Lett. 119, 240402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240402

[5] Chiara Marletto in Vlatko Vedral. "Zakaj moramo vse kvantizirati, vključno z gravitacijo". npj Kvantne informacije 3, 1–5 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0028-0

[6] Matteo Carlesso, Mauro Paternostro, Hendrik Ulbricht in Angelo Bassi. »Ko Cavendish sreča Feynmana: kvantna torzijska tehtnica za testiranje kvantnosti gravitacije« (2017). arXiv:1710.08695.
arXiv: 1710.08695

[7] Michael JW Hall in Marcel Reginatto. "O dveh nedavnih predlogih za opazovanje neklasične gravitacije". J. Phys. A 51, 085303 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aaa734

[8] Chiara Marletto in Vlatko Vedral. "Kdaj lahko gravitacijska pot zaplete dve prostorsko postavljeni masi?" 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 in Markus Aspelmeyer. “Kvantna superpozicija masivnih objektov in kvantizacija gravitacije”. 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 in Markus Aspelmeyer. "Informacijska vsebina gravitacijskega polja kvantne superpozicije". Int. J. Mod. Phys. D 28, 1943001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271819430016

[11] Marios Christodoulou in Carlo Rovelli. "O možnosti laboratorijskih dokazov za kvantno superpozicijo geometrij". Phys. Lett. B 792, 64–68 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physletb.2019.03.015

[12] Charis Anastopoulos in Bei-Lok Hu. “Kvantna superpozicija dveh gravitacijskih mačjih stanj”. Razred. Količina Grav. 37, 235012 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/abbe6f

[13] Richard Howl, Vlatko Vedral, Devang Naik, Marios Christodoulou, Carlo Rovelli in Aditya Iyer. "Negausovskost kot podpis kvantne teorije gravitacije". PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010325

[14] Ryan J Marshman, Anupam Mazumdar in Sougato Bose. "Lokalnost in zapletenost pri namiznem testiranju kvantne narave linearizirane gravitacije". Phys. Rev. A 101, 052110 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.052110

[15] Hadrien Chevalier, AJ Paige in MS Kim. "Pričevanje neklasične narave gravitacije v prisotnosti neznanih interakcij". 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 in Tomasz Paterek. "Opazna kvantna prepletenost zaradi gravitacije". npj Kvantne informacije 6, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-020-0243-y

[17] Chiara Marletto in Vlatko Vedral. "Pričevanje neklasičnosti onkraj kvantne teorije". Phys. Rev. D 102, 086012 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.086012

[18] Thomas D. Galley, Flaminia Giacomini in John H. Selby. "Ne-go teorem o naravi gravitacijskega polja onkraj kvantne teorije". Quantum 6, 779 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-08-17-779

[19] Soham Pal, Priya Batra, Tanjung Krisnanda, Tomasz Paterek in TS Mahesh. "Eksperimentalna lokalizacija kvantne prepletenosti prek nadzorovanega klasičnega mediatorja". Quantum 5, 478 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-06-17-478

[20] Daniel Carney, Holger Müller in Jacob M. Taylor. "Uporaba atomskega interferometra za sklepanje o nastanku gravitacijskega zapleta". 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 in Martin Bodo Plenio. "O pomenu interferometričnih oživitev za temeljni opis gravitacije". Vesolje 8 (2022).
https: / / doi.org/ 10.3390 / university8020058

[22] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran in Robert M. Wald. "Gravitacijsko posredovano prepletanje: Newtonovo polje proti gravitonom". Phys. Rev. D 105, 086001 (2022). arXiv:2112.10798.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.086001
arXiv: 2112.10798

[23] Adrian Kent in Damián Pitalúa-García. "Preizkušanje neklasičnosti prostor-časa: Kaj se lahko naučimo iz eksperimentov Bell-Bose et al.-Marletto-Vedral?". 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 in Richard Howl. "Lokalno posredovana zapletenost v linearizirani kvantni gravitaciji". 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 in Mike Schneider. "Kvantna gravitacija v laboratoriju?" (2022). arXiv:2205.09013.
arXiv: 2205.09013

[26] Marios Christodoulou, Andrea Di Biagio, Richard Howl in Carlo Rovelli. »Gravitacijski preplet, kvantni referenčni sistemi, prostostne stopnje« (2022). arXiv:2207.03138.
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/acb0aa
arXiv: 2207.03138

[27] Daine L. Danielson, Gautam Satishchandran in Robert M. Wald. »Črne luknje dekoherirajo kvantne superpozicije« (2022). arXiv:2205.06279.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271822410036
arXiv: 2205.06279

[28] Lin-Qing Chen, Flaminia Giacomini in Carlo Rovelli. “Kvantna stanja polj za kvantne razcepljene vire”. Quantum 7, 958 (2023). arXiv:2207.10592.
https://doi.org/10.22331/q-2023-03-20-958
arXiv: 2207.10592

[29] Eduardo Martín-Martínez in T. Rick Perche. »Kaj nam gravitacijsko posredovano prepletanje lahko resnično pove o kvantni gravitaciji« (2022). arXiv:2208.09489.
arXiv: 2208.09489

[30] Chris Overstreet, Joseph Curti, Minjeong Kim, Peter Asenbaum, Mark A. Kasevich in Flaminia Giacomini. »Sklepanje o superpoziciji gravitacijskega polja iz kvantnih meritev« (2022). arXiv:2209.02214.
arXiv: 2209.02214

[31] Markus Aspelmeyer. "Ko Zeh sreča Feynmana: Kako se izogniti videzu klasičnega sveta v gravitacijskih eksperimentih". Fundam. Teor. 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. "O paradoksu Einstein Podolsky Rosen". Physics Physique Fizika 1, 195 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Lucien Hardy. “Kvantna teorija iz petih razumnih aksiomov” (2001). arXiv:quant-ph/0101012.
arXiv: kvant-ph / 0101012

[34] Jonathan Barrett. “Obdelava informacij v posplošenih verjetnostnih teorijah”. Physical Review A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[35] L. Diosi in JJ Halliwell. "Spajanje klasičnih in kvantnih spremenljivk z uporabo teorije zveznega kvantnega merjenja". Physical Review Letters 81, 2846–2849 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.2846

[36] J. Caro in LL Salcedo. "Ovire pri mešanju klasične in kvantne dinamike". Physical Review A 60, 842–852 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.842

[37] Lajos Diósi, Nicolas Gisin in Walter T. Strunz. "Kvantni pristop k spajanju klasične in kvantne dinamike". Physical Review A 61, 022108 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.022108

[38] Daniel R. Terno. "Nedoslednost kvantno-klasične dinamike in kaj to pomeni". Osnove fizike 36, 102–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-005-9007-y

[39] Hans-Thomas Elze. “Linearna dinamika kvantno-klasičnih hibridov”. Physical Review A 85, 052109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.052109

[40] Jonathan Oppenheim. "Postkvantna teorija klasične gravitacije?" (2018). arXiv:1811.03116.
arXiv: 1811.03116

[41] Jonathan Oppenheim, Carlo Sparaciari, Barbara Šoda in Zachary Weller-Davies. »Gravitacijsko povzročena dekoherenca proti prostorsko-časovni difuziji: preizkušanje kvantne narave gravitacije« (2022). arXiv:2203.01982.
arXiv: 2203.01982

[42] Isaac Layton, Jonathan Oppenheim in Zachary Weller-Davies. »Bolj zdrava polklasična dinamika« (2022). arXiv:2208.11722.
arXiv: 2208.11722

[43] Teiko Heinosaari, Leevi Leppäjärvi in Martin Plávala. “Načelo brez prostih informacij v splošnih verjetnostnih teorijah”. Quantum 3, 157 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-157

[44] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D`Ariano in Paolo Perinotti. “Verjetnostne teorije s prečiščevanjem”. Physical Review A 81, 062348 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062348

[45] David Bohm. "Predlagana interpretacija kvantne teorije v smislu" skritih "spremenljivk". JAZ". Fizični pregled 85, 166 (1952).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.85.166

[46] Hugh Everett. "Teorija univerzalne valovne funkcije". V interpretaciji kvantne mehanike mnogih svetov. Strani 1–140. Princeton University Press (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056

[47] Bogdan Mielnik. “Mobilnost nelinearnih sistemov”. Journal of Mathematical Physics 21, 44–54 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.524331

[48] M Reginatto in MJW Hall. "Kvantno-klasične interakcije in merjenje: dosleden opis z uporabo statističnih ansamblov v konfiguracijskem prostoru". Journal of Physics: Conference Series 174, 012038 (2009).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/174/1/012038

[49] Lucien Hardy. “Teorije verjetnosti z dinamično vzročno strukturo: nov okvir za kvantno gravitacijo” (2005). arXiv:gr-qc/0509120.
arXiv: gr-qc / 0509120

[50] Giulio Chiribella, GM D'Ariano, Paolo Perinotti in Benoit Valiron. "Onkraj kvantnih računalnikov" (2009). arXiv:0912.0195.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022318
arXiv: 0912.0195

[51] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa in Časlav Brukner. "Kvantne korelacije brez vzročnega reda". Nature Communications 3, 1092 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2076

[52] Eugene P Wigner. "Opombe o vprašanju duha in telesa". V filozofskih refleksijah in sintezah. Strani 247–260. Springer (1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20

[53] Daniela Frauchiger in Renato Renner. "Kvantna teorija ne more dosledno opisati uporabe same sebe." 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 in Howard M. Wiseman. “Močan teorem o prepovedi paradoksa wignerjevega prijatelja”. Fizika narave 16, 1199–1205 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x

[55] Eric G. Cavalcanti in Howard M. Wiseman. "Posledice kršitve lokalne prijaznosti za kvantno vzročnost". Entropija 23 (2021).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e23080925

[56] David Schmid, Yìlè Yīng in Matthew Leifer. »Pregled in analiza šestih razširjenih argumentov Wignerjevega prijatelja« (2023). arXiv:2308.16220.
arXiv: 2308.16220

[57] Yìlè Yīng, Marina Maciel Ansanelli, Andrea Di Biagio, Elie Wolfe in Eric Gama Cavalcanti. »Povezovanje scenarijev Wignerjevega prijatelja z neklasično vzročno združljivostjo, monogamnimi odnosi in fino nastavitvijo« (2023). arXiv:2309.12987.
arXiv: 2309.12987

[58] GM D'Ariano, Franco Manessi in Paolo Perinotti. “Determinizem brez vzročnosti”. Physica Scripta 2014, 014013 (2014).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/2014/T163/014013

[59] John H Selby, Maria E Stasinou, Stefano Gogioso in Bob Coecke. »Časovna simetrija v kvantnih teorijah in širše« (2022). arXiv:2209.07867.
arXiv: 2209.07867

[60] Matt Wilson, Giulio Chiribella in Aleks Kissinger. »Za kvantne superzemljevide je značilna lokalnost« (2022). arXiv:2205.09844.
arXiv: 2205.09844

[61] Venkatesh Vilasini, Nuriya Nurgalieva in Lídia del Rio. "Multi-agent paradoksi onkraj kvantne teorije". New Journal of Physics 21, 113028 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab4fc4

[62] Nick Ormrod, V Vilasini in Jonathan Barrett. "Katere teorije imajo težave z merjenjem?" (2023). arXiv:2303.03353.
arXiv: 2303.03353

[63] Jonathan Barrett, Lucien Hardy in Adrian Kent. "Brez signalizacije in kvantne distribucije ključev". Physical Review Letters 95, 010503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010503

[64] Peter Janotta in Haye Hinrichsen. “Splošne teorije verjetnosti: kaj določa strukturo kvantne teorije?”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 323001 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/32/323001

[65] Martin Plávala. »Splošne verjetnostne teorije: uvod« (2021). arXiv:2103.07469.
arXiv: 2103.07469

[66] Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti in Alessandro Tosini. »Informacije in motnje v operativnih verjetnostnih teorijah« (2019). arXiv:1907.07043.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-16-363
arXiv: 1907.07043

[67] Stephen D. Bartlett, Terry Rudolph in Robert W. Spekkens. "Referenčni okviri, pravila superselekcije in kvantne informacije". Rev. Mod. Phys. 79, 555–609 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[68] Mohammad Bahrami, André Großardt, Sandro Donadi in Angelo Bassi. "Schrödinger-Newtonova enačba in njeni temelji". New Journal of Physics 16, 115007 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/115007

[69] Heinz-Peter Breuer in F. Petruccione. “Teorija odprtih kvantnih sistemov”. Oxford University Press. Oxford ; New York (2002).
https: / / doi.org/ 10.1093 / acprof: oso / 9780199213900.001.0001

[70] EG Beltrametti in S Bugajski. “Klasična razširitev kvantne mehanike”. Journal of Physics A: Mathematical and General 28, 3329–3343 (1995).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/28/12/007

[71] Daniel Carney in Jacob M. Taylor. "Močno nekoherentna gravitacija" (2023). arXiv:2301.08378.
arXiv: 2301.08378

[72] Bogdan Mielnik. "Splošna kvantna mehanika". Komunikacija matematika Phys. 37, 221–256 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01646346

[73] Asher Peres in Daniel Terno. “Hibridna klasično-kvantna dinamika”. Physical Review A 63, 022101 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.022101

[74] John Selby in Bob Coecke. "Uhajanja: kvantna, klasična, vmesna in več". Entropija 19, 174 (2017).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e19040174

[75] John H. Selby, Carlo Maria Scandolo in Bob Coecke. "Rekonstrukcija kvantne teorije iz diagramskih postulatov". Quantum 5, 445 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-28-445

[76] Bob Coecke, John Selby in Sean Tull. "Dve poti do klasike" (2017). arXiv:1701.07400.
arXiv: 1701.07400

Navedel

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.