A gravitáció és a kvantummechanika egyesítése kvantumgravitáció nélkül – Fizikai világ

A gravitáció és a kvantummechanika egyesítése kvantumgravitáció nélkül – Fizikai világ

Időbélyeg: 8. január 2024. 4:42

Kvantum és klasszikus csatolás
Véletlenszerű csatolás: Jonathan Oppenheim új módszert fejlesztett ki a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet egyesítésére. (Jóvolt: Shutterstock/Rost9)

Jonathan Oppenheim A londoni University College-ban új elméleti keretet fejlesztettek ki, amely a kvantummechanika és a klasszikus gravitáció egyesítése – anélkül, hogy kvantumgravitáció-elméletre lenne szükség. Oppenheim megközelítése lehetővé teszi, hogy a gravitáció klasszikus maradjon, miközben sztochasztikus (véletlenszerű) mechanizmussal összekapcsolja azt a kvantumvilággal.

Az elméleti fizikusok évtizedek óta küzdöttek azért, hogy összeegyeztessék Einstein általános relativitáselméletét – amely a gravitációt írja le – a kvantumelmélettel, amely szinte minden mást leír a fizikában. Alapvető probléma, hogy a kvantumelmélet azt feltételezi, hogy a tér-idő rögzített, míg az általános relativitáselmélet szerint a tér-idő dinamikusan változik a tömeges objektumok jelenlétére adott válaszként.

Eddig a megbékélési erőfeszítéseket az az elképzelés uralta, hogy a gravitáció jelenlegi megértése hiányos, és a kölcsönhatás kvantált leírására van szükség. Ez az érvelés számos kutatási irányhoz vezetett – beleértve a húrelmélet és a hurokkvantumgravitáció fejlesztését. Az ezen elképzelések tesztelésére irányuló kísérletek azonban rendkívül nagy kihívást jelentenek, és a kvantumgravitáció elmélete továbbra is megfoghatatlan.

Párosított valóságok

A kvantumgravitáció nem az egyetlen út az egyesüléshez, és a probléma megoldható annak vizsgálatával, hogy a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet összekapcsolható-e az együttélés állapotában.

Ez a megközelítés azonban félresiklott, mert úgy tűnik, hogy különféle „no-go tételeket” hív fel, amelyek lehetetlenné teszik az összekapcsolást. Valójában sok csatolási séma sértené Heisenberg bizonytalansági elvét – ami a kvantumelmélet központi tétele.

A korábbi csatolási sémák egyik kulcsfontosságú feltételezése az, hogy a kvantum és a gravitációs világ közötti kapcsolat megfordítható. Ez azt jelenti, hogy ha a rendszer állapotát egy adott időpontban mérjük, akkor az a mozgásegyenleteivel együtt felhasználható a múlt vagy a jövő bármely pontján fennálló állapotának előrejelzésére.

Nos, Oppenheim azzal érvel, hogy erre a feltételezésre talán nincs szükség, és azt mondja, hogy a csatolás sztochasztikus lehet. Ez azt jelenti, hogy a rendszer múltbeli és jövőbeli állapotai egyetlen mérés alapján nem jósolhatók meg véglegesen. Ehelyett a múlt és a jövő csak valószínűségi egyenletekkel jósolható meg, amelyek számos lehetőséget mutatnak be.

Sztochasztikus keret

Tanulmányában Oppenheim erre az ötletre épít, hogy új sztochasztikus keretet dolgozzon ki a kvantum és a klasszikus gravitációs világ összekapcsolására. Mivel ezeknek a világoknak alapvetően eltérő szabályai vannak, Oppenheim elmélete mindegyikhez külön statisztikai elméleteket használ.

A kvantumoldalon Oppenheim azt feltételezi, hogy a rendszer állapotait folyamatosan befolyásolják a környező környezet véletlenszerű ingadozásai. A klasszikus oldalon az állapotok valószínűségi eloszlásként jelennek meg a rendszer fázisterében.

E két leírást összevonva Oppenheim egyetlen „klasszikus kvantumállapotot” ír le. Ez az állapot egyszerre jelzi előre a rendszer létezésének valószínűségét a fázistér valamely régiójában, és annak kvantumállapotát az adott régióban.

Ez lehetővé tette Oppenheim számára, hogy olyan egyenletet vezessen le, amely leírja a kvantummechanika és a klasszikus gravitáció közötti kapcsolatot, miközben megőrizte mindegyik egyedi jellemzőjét. Ez viszont lehetővé tette számára, hogy felfedezze elképzeléseinek mélyebb fizikai vonatkozásait. Ezek közé tartozik az általános relativitáselmélet és a részecskefizika standard modelljének alapjául szolgáló kvantumtérelmélet összekapcsolásának lehetősége.

A javaslat leírása a Fizikai áttekintés X. egy nézőpontos cikk a papírt kísérve, Thomas Galley Az osztrák Kvantumoptikai és Kvantuminformációs Intézet bécsi munkatársa azt állítja, hogy Oppenheim ötlete egyszerre radikális és konzervatív – elutasítja a szilárdan gyökerező feltételezéseket, miközben továbbra is konzisztens marad a régóta bevált fizikai törvényekkel. Arra azonban figyelmeztet, hogy „a kvantumnak a sztochasztikussal való kereskedelmének megvannak a maga fogalmi nehézségei”. Rámutat, hogy "Oppenheim úgy találja, hogy a kvantuminformáció elveszhet egy fekete lyukban, ami sok fizikus elfogadhatatlannak tarthatja."

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa