Будь-який послідовний зв’язок між класичною гравітацією та квантовою матерією є принципово незворотним

Перевидано Платоном

читають: 0

Томас Д. Галлі¹, Фламінія Джакоміні²і Джон Х. Селбі³

¹Інститут квантової оптики та квантової інформації Австрійської академії наук, Boltzmanngasse 3, 1090 Відень, Австрія
²Інститут теоретичної фізики, ETH Zürich, 8093 Zürich, Switzerland
³ICTQT, Гданський університет, Wita Stwosza 63, 80-308 Гданськ, Польща

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Коли джерелом гравітації є квантова система, виникає напруга між її роллю як посередника фундаментальної взаємодії, яка, як очікується, набуде некласичних рис, і її роллю у визначенні властивостей простору-часу, яка за своєю суттю є класичною. По суті, ця напруга повинна призвести до порушення одного з фундаментальних принципів квантової теорії або загальної теорії відносності, але зазвичай важко визначити, який із них, не звертаючись до конкретної моделі. Тут ми відповідаємо на це запитання незалежним від теорії способом, використовуючи Загальні ймовірнісні теорії (GPT). Ми розглядаємо взаємодію гравітаційного поля з єдиною системою матерії та виводимо теорему про заборону, яка показує, що коли гравітація є класичною, має бути порушено принаймні одне з наступних припущень: (i) Ступені свободи матерії описуються повністю некласичні ступені свободи; (ii) взаємодія між ступенями свободи матерії та гравітаційним полем є оборотною; (iii) Ступені свободи матерії зворотно реагують на гравітаційне поле. Ми стверджуємо, що це означає, що теорії класичної гравітації та квантової матерії мають бути принципово незворотними, як це має місце в нещодавній моделі Оппенгейма та ін. І навпаки, якщо ми вимагаємо, щоб взаємодія між квантовою матерією та гравітаційним полем була оборотною, тоді гравітаційне поле має бути некласичним.

► Дані BibTeX

@article{Galley2023anyconsistent, doi = {10.22331/q-2023-10-16-1142}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-10-16-1142}, title = {Any consistent зв’язок між класичною гравітацією та квантовою матерією принципово незворотній}, автор = {Геллі, Томас Д. та Джакоміні, Фламінія та Селбі, Джон Х.}, журнал = {{Квант}}, issn = {2521-327X}, видавець = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, том = {7}, сторінки = {1142}, місяць = жовтень, рік = {2023} }

► Список літератури

[1] М. Бахрамі, А. Бассі, С. МакМіллен, М. Патерностро та Г. Ульбріхт. «Чи є гравітація квантовою?» (2015). arXiv:1507.05733.
arXiv: 1507.05733

[2] Харіс Анастопулос і Бей-Лок Ху. «Зондування стану гравітаційного кота». Клас. Кількість Грав. 32, 165022 (2015).
https://doi.org/10.1088/0264-9381/32/16/165022

[3] Сугато Бозе, Анупам Мазумдар, Гевін В. Морлі, Хендрік Ульбріхт, Марко Торош, Мауро Патерностро, Ендрю А. Герачі, Пітер Ф. Баркер, М. С. Кім і Джерард Мілберн. «Свідок спінової заплутаності для квантової гравітації». фіз. Преподобний Летт. 119, 240401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240401

[4] К'яра Марлетто та Влатко Ведрал. «Гравітаційно викликане заплутування між двома масивними частинками є достатнім доказом квантових ефектів гравітації». фіз. Преподобний Летт. 119, 240402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240402

[5] К'яра Марлетто та Влатко Ведрал. «Чому нам потрібно квантувати все, включаючи гравітацію». npj Квантова інформація 3, 1–5 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0028-0

[6] Маттео Карлессо, Мауро Патерностро, Хендрік Ульбріхт і Анджело Бассі. «Коли Кавендіш зустрічається з Фейнманом: квантові крутильні ваги для перевірки квантовості гравітації» (2017). arXiv:1710.08695.
arXiv: 1710.08695

[7] Майкл Дж. Холл і Марсель Регінатто. «Про дві останні пропозиції щодо спостереження за некласичною гравітацією». J. Phys. A 51, 085303 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/aaa734

[8] К'яра Марлетто та Влатко Ведрал. «Коли гравітація може сплутати дві просторово накладені маси?» фіз. Rev. D 98, 046001 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.98.046001

[9] Алессіо Беленкіа, Роберт М. Вальд, Фламінія Джакоміні, Естебан Кастро-Руїс, Часлав Брукнер і Маркус Аспельмайер. “Квантова суперпозиція масивних об’єктів і квантування гравітації”. фіз. Rev. D 98, 126009 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.98.126009

[10] Алессіо Беленкіа, Роберт М. Вальд, Фламінія Джакоміні, Естебан Кастро-Руїс, Часлав Брукнер і Маркус Аспельмайер. “Інформативність гравітаційного поля квантової суперпозиції”. Міжн. J. Mod. фіз. Д 28, 1943001 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271819430016

[11] Маріос Хрістодулу та Карло Ровеллі. «Про можливість лабораторних доказів квантової суперпозиції геометрій». фіз. Lett. B 792, 64–68 (2019).
https:///doi.org/10.1016/j.physletb.2019.03.015

[12] Харіс Анастопулос і Бей-Лок Ху. “Квантова суперпозиція двох гравітаційних котячих станів”. Клас. Кількість Грав. 37, 235012 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/abbe6f

[13] Річард Хаул, Влатко Ведрал, Деванг Найк, Маріос Крістодулу, Карло Ровеллі та Адітя Аєр. “Негаусівність як ознака квантової теорії гравітації”. PRX Quantum 2, 010325 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010325

[14] Райан Дж. Маршман, Анупам Мазумдар і Сугато Бозе. «Локальність і заплутаність у настільному тестуванні квантової природи лінеаризованої гравітації». фіз. A 101, 052110 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.052110

[15] Адріан Шевальє, Ей Джей Пейдж і М. С. Кім. «Свідчення некласичної природи гравітації за наявності невідомих взаємодій». фіз. Rev. A 102, 022428 (2020). arXiv:2005.13922.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022428
arXiv: 2005.13922

[16] Танджунг Кріснанда, Го Яо Тхам, Мауро Патерностро та Томаш Патерек. «Спостережувана квантова заплутаність через гравітацію». npj Квантова інформація 6, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-020-0243-y

[17] К'яра Марлетто та Влатко Ведрал. «Свідчення некласичності за межами квантової теорії». фіз. Ред. D 102, 086012 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.086012

[18] Томас Д. Галлі, Фламінія Джакоміні та Джон Х. Селбі. «Теорема про природу гравітаційного поля поза межами квантової теорії». Квант 6, 779 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-08-17-779

[19] Сохам Пал, Прія Батра, Танджунг Кріснанда, Томаш Патерек і Т. С. Махеш. «Експериментальна локалізація квантової заплутаності через контрольований класичний посередник». Квант 5, 478 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-06-17-478

[20] Деніел Карні, Хольгер Мюллер і Джейкоб М. Тейлор. «Використання атомного інтерферометра для визначення генерації гравітаційного заплутування». PRX Quantum 2, 030330 (2021). arXiv:2101.11629.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030330
arXiv: 2101.11629

[21] Кирило Стрельцов, Хулен Сімон Педерналес і Мартін Бодо Пленіо. “Про значення інтерферометричних відроджень для фундаментального опису гравітації”. Всесвіт 8 (2022).
https:///doi.org/10.3390/universe8020058

[22] Дейн Л. Даніельсон, Гаутам Сатішчандран і Роберт М. Уолд. «Гравітаційно опосередковане заплутування: ньютонівське поле проти гравітонів». фіз. Ред. D 105, 086001 (2022). arXiv:2112.10798.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.086001
arXiv: 2112.10798

[23] Адріан Кент і Даміан Піталуа-Гарсія. «Перевірка некласичності простору-часу: чого ми можемо навчитися з експериментів Белла-Боза та ін.-Марлетто-Ведрала?». фіз. Ред. D 104, 126030 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.104.126030

[24] Маріос Крістодулу, Андреа Ді Бьяджо, Маркус Аспельмейер, Часлав Брукнер, Карло Ровеллі та Річард Хаул. «Локально опосередковане заплутування в лінеаризованій квантовій гравітації». фіз. Преподобний Летт. 130, 100202 (2023). arXiv:2202.03368.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.100202
arXiv: 2202.03368

[25] Нік Хаггетт, Нільс Ліннеман і Майк Шнайдер. «Квантова гравітація в лабораторії?» (2022). arXiv:2205.09013.
arXiv: 2205.09013

[26] Маріос Крістодулу, Андреа Ді Бьяджо, Річард Хаул і Карло Ровеллі. «Гравітаційна заплутаність, квантові системи відліку, ступені свободи» (2022). arXiv:2207.03138.
https:///doi.org/10.1088/1361-6382/acb0aa
arXiv: 2207.03138

[27] Дейн Л. Даніельсон, Гаутам Сатішчандран і Роберт М. Уолд. «Чорні діри декогерують квантові суперпозиції» (2022). arXiv:2205.06279.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271822410036
arXiv: 2205.06279

[28] Лін-Цін Чен, Фламінія Джакоміні та Карло Ровеллі. “Квантові стани полів для квантових розщеплених джерел”. Квант 7, 958 (2023). arXiv:2207.10592.
https://doi.org/10.22331/q-2023-03-20-958
arXiv: 2207.10592

[29] Едуардо Мартін-Мартінес і Т. Рік Перче. «Що опосередковане гравітацією заплутування може розповісти нам про квантову гравітацію» (2022). arXiv:2208.09489.
arXiv: 2208.09489

[30] Кріс Оверстріт, Джозеф Керті, Мінджон Кім, Пітер Асенбаум, Марк А. Касевич і Фламінія Джакоміні. «Висновок про суперпозицію гравітаційного поля на основі квантових вимірювань» (2022). arXiv:2209.02214.
arXiv: 2209.02214

[31] Маркус Аспельмайер. «Коли Зе зустрічає Фейнмана: як уникнути видимості класичного світу в гравітаційних експериментах». Фундамент. Теор. фіз. 204, 85–95 (2022). arXiv:2203.05587.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-88781-0_5
arXiv: 2203.05587

[32] Джон С. Белл. «Про парадокс Подольського Розена Ейнштейна». Фізика Physique Fizika 1, 195 (1964).
https:///doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[33] Люсьєн Гарді. «Квантова теорія з п'яти розумних аксіом» (2001). arXiv:quant-ph/0101012.
arXiv: quant-ph / 0101012

[34] Джонатан Барретт. “Обробка інформації в узагальнених імовірнісних теоріях”. Physical Review A 75, 032304 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032304

[35] Л. Діозі та Дж. Дж. Холлівелл. «Зв’язок класичних і квантових змінних за допомогою безперервної квантової теорії вимірювання». Physical Review Letters 81, 2846–2849 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.2846

[36] Дж. Каро і Л. Л. Сальседо. «Перешкоди для змішування класичної та квантової динаміки». Physical Review A 60, 842–852 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.60.842

[37] Лайош Діозі, Ніколас Гісін і Вальтер Т. Штрунц. “Квантовий підхід до зв’язку класичної та квантової динаміки”. Physical Review A 61, 022108 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.022108

[38] Даніель Р. Терно. «Неузгодженість квантово-класичної динаміки та що це означає». Основи фізики 36, 102–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-005-9007-y

[39] Ганс-Томас Ельзе. “Лінійна динаміка квантово-класичних гібридів”. Physical Review A 85, 052109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.052109

[40] Джонатан Оппенгейм. «Постквантова теорія класичної гравітації?» (2018). arXiv:1811.03116.
arXiv: 1811.03116

[41] Джонатан Оппенгейм, Карло Спарачіарі, Барбара Шода та Закарі Веллер-Девіс. «Гравітаційно індукована декогеренція проти просторово-часової дифузії: перевірка квантової природи гравітації» (2022). arXiv:2203.01982.
arXiv: 2203.01982

[42] Ісаак Лейтон, Джонатан Оппенгейм і Закарі Веллер-Девіс. «Більш здорова напівкласична динаміка» (2022). arXiv:2208.11722.
arXiv: 2208.11722

[43] Тейко Хейносаарі, Лієві Леппяярві та Мартін Плавала. “Принцип відсутності вільної інформації в загальних імовірнісних теоріях”. Квант 3, 157 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-08-157

[44] Джуліо Чірібелла, Джакомо Мауро Д'Аріано та Паоло Перінотті. “Імовірнісні теорії з очищенням”. Physical Review A 81, 062348 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.062348

[45] Девід Бом. «Запропонована інтерпретація квантової теорії в термінах «прихованих» змінних. я». Фізичний огляд 85, 166 (1952).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.85.166

[46] Х'ю Еверетт. “Теорія універсальної хвильової функції”. У багатосвітовій інтерпретації квантової механіки. Сторінки 1–140. Princeton University Press (2015).
https: / / doi.org/ 10.1515 / 9781400868056

[47] Богдан Мельник. “Рухливість нелінійних систем”. Журнал математичної фізики 21, 44–54 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.524331

[48] М. Регінатто та М. Дж. У. Холл. «Квантово-класичні взаємодії та вимірювання: послідовний опис із використанням статистичних ансамблів у конфігураційному просторі». Журнал фізики: Серія конференцій 174, 012038 (2009).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/174/1/012038

[49] Люсьєн Гарді. «Теорії ймовірностей з динамічною причинно-наслідковою структурою: нова основа для квантової гравітації» (2005). arXiv:gr-qc/0509120.
arXiv:gr-qc/0509120

[50] Джуліо Чірібелла, GM D'Ariano, Паоло Перінотті та Бенуа Валірон. «За межами квантових комп’ютерів» (2009). arXiv:0912.0195.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022318
arXiv: 0912.0195

[51] Огнян Орєшков, Фабіо Коста та Часлав Брукнер. «Квантові кореляції без причинного порядку». Nature Communications 3, 1092 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms2076

[52] Євген П Вігнер. «Зауваження щодо питання розум-тіло». В Філософські роздуми та синтези. Сторінки 247–260. Springer (1995).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78374-6_20

[53] Даніела Фраучігер і Ренато Реннер. «Квантова теорія не може послідовно описати використання самої себе». Nature Communications 9, 3711 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05739-8

[54] Кок-Вей Бонг, Анібал Утрерас-Аларкон, Фарзад Гафарі, Йонг-Чернг Лян, Нора Тішлер, Ерік Г. Кавалканті, Джефф Дж. Прайд і Говард М. Вайзман. «Сильна заборонена теорема про парадокс друга Віґнера». Nature Physics 16, 1199–1205 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0990-x

[55] Ерік Г. Кавальканті та Говард М. Уайзмен. «Наслідки порушення локальної зручності для квантової причинності». Ентропія 23 (2021).
https:///doi.org/10.3390/e23080925

[56] Девід Шмід, Йіле Ін та Метью Лейфер. «Огляд і аналіз шести розширених аргументів друга Вігнера» (2023). arXiv:2308.16220.
arXiv: 2308.16220

[57] Yìlè Yīng, Marina Maciel Ansanelli, Andrea Di Biagio, Elie Wolfe та Eric Gama Cavalcanti. «Зв’язок сценаріїв друзів Вігнера з некласичною причинно-наслідковою сумісністю, стосунками моногамії та тонким налаштуванням» (2023). arXiv:2309.12987.
arXiv: 2309.12987

[58] GM D'Ariano, Franco Manessi та Paolo Perinotti. «Детермінізм без причинності». Physica Scripta 2014, 014013 (2014).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/2014/T163/014013

[59] Джон Селбі, Марія Е. Стасіну, Стефано Гогіозо та Боб Коке. «Симетрія часу в квантових теоріях і поза ними» (2022). arXiv:2209.07867.
arXiv: 2209.07867

[60] Метт Вілсон, Джуліо Чірібелла та Алекс Кіссінджер. «Квантові суперкарти характеризуються локальністю» (2022). arXiv:2205.09844.
arXiv: 2205.09844

[61] Венкатеш Віласіні, Нурія Нургалієва та Лідія дель Ріо. «Мультиагентні парадокси за межами квантової теорії». New Journal of Physics 21, 113028 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab4fc4

[62] Нік Ормрод, В. Віласіні та Джонатан Барретт. «Які теорії мають проблеми з вимірюванням?» (2023). arXiv:2303.03353.
arXiv: 2303.03353

[63] Джонатан Барретт, Люсьєн Харді та Адріан Кент. «Без сигналізації та квантового розподілу ключів». Physical Review Letters 95, 010503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010503

[64] Пітер Джанотта і Хей Хінріксен. «Узагальнені теорії ймовірностей: що визначає структуру квантової теорії?». Фізичний журнал А: Математично-теоретичний 47, 323001 (2014).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/32/323001

[65] Мартін Плавала. «Загальні ймовірнісні теорії: вступ» (2021). arXiv:2103.07469.
arXiv: 2103.07469

[66] Джакомо Мауро Д'Аріано, Паоло Перінотті та Алессандро Тозіні. «Інформація та збурення в оперативних ймовірнісних теоріях» (2019). arXiv:1907.07043.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-16-363
arXiv: 1907.07043

[67] Стівен Д. Бартлетт, Террі Рудольф і Роберт В. Спеккенс. «Системи відліку, правила супервідбору та квантова інформація». Rev. Mod. фіз. 79, 555–609 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.555

[68] Мохаммад Бахрамі, Андре Гросардт, Сандро Донаді та Анджело Бассі. «Рівняння Шредінгера–Ньютона та його основи». New Journal of Physics 16, 115007 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/11/115007

[69] Хайнц-Петер Брейер і Ф. Петруччоне. “Теорія відкритих квантових систем”. Oxford University Press. Оксфорд ; Нью-Йорк (2002).
https:///doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199213900.001.0001

[70] Е. Г. Бельтраметті та С. Бугайського. «Класичне розширення квантової механіки». Journal of Physics A: Mathematical and General 28, 3329–3343 (1995).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/28/12/007

[71] Деніел Карні та Джейкоб М. Тейлор. «Сильно некогерентна гравітація» (2023). arXiv:2301.08378.
arXiv: 2301.08378

[72] Богдан Мельник. «Узагальнена квантова механіка». зв'язок математика фіз. 37, 221–256 (1974).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01646346

[73] Ашер Перес і Даніель Терно. “Гібридна класично-квантова динаміка”. Physical Review A 63, 022101 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.022101

[74] Джон Селбі та Боб Коке. «Витоки: квантові, класичні, проміжні та інші». Ентропія 19, 174 (2017).
https:///doi.org/10.3390/e19040174

[75] Джон Х. Селбі, Карло Марія Скандоло та Боб Коке. “Реконструкція квантової теорії з діаграмних постулатів”. Квант 5, 445 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-28-445

[76] Боб Кук, Джон Селбі та Шон Талл. «Дві дороги до класики» (2017). arXiv:1701.07400.
arXiv: 1701.07400

Цитується

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.