Forener tyngdekraft og kvantemekanik uden behov for kvantetyngdekraft – Physics World

Forener tyngdekraft og kvantemekanik uden behov for kvantetyngdekraft – Physics World

Tidsstempel: 8. januar 2024 kl. 4

Kvante og klassisk kobling
Tilfældig kobling: Jonathan Oppenheim har udviklet en ny måde at forene kvantemekanikken og den generelle relativitetsteori på. (Med høflighed: Shutterstock/Rost9)

Jonathan Oppenheim på University College London har udviklet en ny teoretisk ramme, der har til formål at forene kvantemekanik og klassisk tyngdekraft – uden behov for en teori om kvantetyngdekraft. Oppenheims tilgang tillader tyngdekraften at forblive klassisk, mens den kobles til kvanteverdenen ved hjælp af en stokastisk (tilfældig) mekanisme.

I årtier har teoretiske fysikere kæmpet for at forene Einsteins generelle relativitetsteori - som beskriver tyngdekraften - med kvanteteorien, som beskriver næsten alt andet inden for fysik. Et grundlæggende problem er, at kvanteteorien antager, at rum-tid er fast, hvorimod den generelle relativitetsteori siger, at rum-tid ændrer sig dynamisk som reaktion på tilstedeværelsen af ​​massive objekter.

Hidtil har forsoningsindsatsen været domineret af ideen om, at vores nuværende forståelse af tyngdekraften er ufuldstændig, og at en kvantiseret beskrivelse af samspillet er påkrævet. Denne begrundelse har ført til adskillige undersøgelseslinjer - herunder udviklingen af ​​strengteori og sløjfekvantetyngdekraft. Eksperimenter for at teste disse ideer er imidlertid ekstremt udfordrende, og en teori om kvantetyngdekraft er stadig uhåndgribelig.

Koblede realiteter

Kvantetyngdekraften er ikke den eneste vej til forening, og problemet kan løses ved at undersøge, om kvantemekanik og generel relativitetsteori kunne kobles sammen i en tilstand af sameksistens.

Denne tilgang er imidlertid faldet uden for, fordi den ser ud til at påberåbe sig forskellige "no-go-sætninger", der gør koblingen umulig. Faktisk ville mange koblingsskemaer krænke Heisenbergs usikkerhedsprincip - som er en central grundsætning i kvanteteorien.

En nøgleantagelse, der deles af tidligere koblingsskemaer, er, at forbindelsen mellem kvante- og gravitationsverdenen er reversibel. Dette betyder, at hvis systemets tilstand måles på et givet tidspunkt, kan det bruges sammen med dets bevægelsesligninger til at forudsige dets tilstand på et hvilket som helst tidspunkt i fortiden eller fremtiden.

Nu argumenterer Oppenheim for, at denne antagelse muligvis ikke er nødvendig og siger, at koblingen kunne være stokastisk. Det betyder, at systemets tidligere og fremtidige tilstande ikke kan forudsiges endeligt baseret på en enkelt måling. I stedet kan fortiden og fremtiden kun forudsiges med sandsynlighedsligninger, der præsenterer en række muligheder.

Stokastiske rammer

I sin undersøgelse bygger Oppenheim på denne idé om at udvikle en ny stokastisk ramme til kobling af kvante- og klassisk-tyngdekraftsverdenen. Da disse verdener har fundamentalt forskellige regler, bruger Oppenheims teori separate statistiske teorier for hver af dem.

På kvantesiden antager Oppenheim, at systemets tilstande konstant påvirkes af tilfældige fluktuationer i det omgivende miljø. På den klassiske side optræder tilstande i stedet som sandsynlighedsfordelinger inden for systemets faserum.

Ved at trække disse to beskrivelser sammen beskriver Oppenheim en enkelt "klassisk kvantetilstand". Denne tilstand forudsiger samtidig systemets sandsynlighed for at eksistere i et eller andet område af faserummet, og dets kvantetilstand i det pågældende område.

Dette gjorde det muligt for Oppenheim at udlede en ligning, der beskriver koblingen mellem kvantemekanik og klassisk tyngdekraft, samtidig med at hver af deres unikke egenskaber bevares. Dette tillod ham igen at udforske de dybere fysiske implikationer af hans ideer. Disse omfatter muligheden for kobling mellem generel relativitet og kvantefeltteorien, der ligger til grund for standardmodellen for partikelfysik.

Forslaget er beskrevet i Fysisk gennemgang X. I en synspunkt artikel ledsager avisen, Thomas Galley ved Østrigs Institut for Kvanteoptik og Kvanteinformation i Wien siger, at Oppenheims idé er både radikal og konservativ på samme tid - og afviser solidt forankrede antagelser, mens den stadig forbliver i overensstemmelse med længe etablerede fysiske love. Han advarer dog om, at "at handle kvante for stokasticitet har sine egne konceptuelle vanskeligheder". Han påpeger, at "Oppenheim finder ud af, at kvanteinformation kan gå tabt i et sort hul, et resultat, som mange fysikere kan finde uacceptabelt".

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden