经典引力和量子物质之间的任何一致耦合基本上都是不可逆的

经典引力和量子物质之间的任何一致耦合基本上都是不可逆的

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托马斯·D·加利1,Flaminia贾科米尼2和约翰·H·塞尔比3

1奥地利科学院量子光学与量子信息研究所,玻尔兹曼格斯3号,1090维也纳,奥地利
2苏黎世联邦理工学院理论物理研究所,瑞士苏黎世8093
3ICTQT,格但斯克大学,Wita Stwosza 63,80-308格但斯克,波兰

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抽象

当引力源自量子系统时,它作为基本相互作用的中介者的角色(预计会获得非经典特征)与它在确定时空属性(本质上是经典的)中的角色之间存在紧张关系。 从根本上讲,这种张力应该会导致量子理论或广义相对论的基本原理之一被打破,但通常很难在不诉诸特定模型的情况下评估哪一个。 在这里,我们使用广义概率理论(GPT)以独立于理论的方式回答这个问题。 我们考虑引力场与单一物质系统的相互作用,并推导出一个不可行定理,表明当引力是经典的时,至少需要违反以下假设之一:(i)物质自由度完全由非经典自由度; (ii) 物质自由度和引力场之间的相互作用是可逆的; (iii) 物质自由度对引力场的反作用。 我们认为,这意味着经典引力和量子物质的理论必须从根本上是不可逆的,就像奥本海姆等人最近的模型中的情况一样。 相反,如果我们要求量子物质和引力场之间的相互作用是可逆的,那么引力场一定是非经典的。

现代物理学的一个中心问题是如何统一量子论和广义相对论。 历史上已经提出了许多论点,声称这两种理论的统一只能通过量子化引力场来实现,事实上,大多数统一方法都试图这样做。 在本文中,我们表明现有的量子化引力场的论点做出了重要的基本假设,例如相互作用的可逆性和准备量子叠加态的可能性。 我们证明了一个定理,该定理不依赖于任何引力和物质的理论描述,表明经典引力和完全量子物质之间的任何一致耦合必定是不可逆的。 这表明,仅一致性要求并不意味着引力必须被量子化,而且任何统一经典引力和完全量子物质的尝试都必须以物质和引力场之间不可逆的相互作用为特征。

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