ブラックホールは近くの量子重ね合わせを破壊する、思考実験が明らかにする

新しい思考実験は、ブラック ホールが存在するだけで、近くの量子空間の重ね合わせが破壊される可能性があることを示唆しています。 米国の物理学者によって開発されたこの実験は、重ね合わせにおける粒子の長距離重力場がブラックホールの事象の地平線と相互作用し、量子重ね合わせが有限時間内に脱コヒーリングを引き起こすことを示唆しています。

コヒーレンスは、システムが同時に複数の異なる量子状態の重ね合わせで存在できるようにする量子力学の概念です。 デコヒーレンスとは、システムを特定の状態にする測定を行うことによって重ね合わせを破壊するプロセスです。 この場合の測定とは一般的な用語であり、量子系とその周囲との相互作用を指します。 測定は、たとえば、漂遊磁場または温度の変動、およびシステムの特性 (光子の偏光など) のラボベースの決定である可能性があります。

量子力学の重ね合わせやその他の側面は、微視的システムの動作を記述する素晴らしい仕事をします。 しかし、物理学者は重力を量子論の自然記述に組み込むことができませんでした。 今日、重力はアルバート アインシュタインの一般相対性理論によって最もよく説明されており、XNUMX つの理論を量子重力理論に統合することは、現代物理学の重要な目的です。 しかし、量子重力の影響は非常に高いエネルギーに対応する非常に短い長さスケールでのみ関連すると予想されるため、これは非常に困難であることが証明されています。これは、現在および将来の粒子加速器の能力をはるかに超えています。

量子思考

実際の実験を行うことはできないため、物理学者は思考実験を使用して、量子重力の一貫した理論を開発しようとします。 これらは、ブラック ホールの事象の地平線に存在するような極端な重力条件下での量子システムの動作を理解しようとしています。 これはブラック ホールを囲む境界であり、その境界を超えると、光でさえも、ブラック ホールの巨大な重力場から逃れることはできません。 これは、情報がブラック ホールに入ることができるが、出ることはできないことを意味します。

この最新の思考実験は、シカゴ大学とプリンストン大学の物理学者によって考案されたもので、 arXivの サーバ。 共著 デイン・ダニエルソン この実験では、ブラック ホールの事象の地平線の背後に隠れた観測者が考慮されていると述べています。

思考実験には、電子などの巨大な粒子が含まれており、XNUMX つのスリットを含むバリアに発射されます。 量子力学によれば、電子は両方のスリットを同時に回折する波として振る舞います。 言い換えれば、電子は XNUMX つの状態のコヒーレントな空間的重ね合わせにあり、それぞれが独自のスリットを通って移動します。 電子がスリットの背後にあるスクリーンに衝突すると、XNUMX つの状態が再結合し、干渉パターンが作成されます。

アリスとボブ

新しい思考実験は、アリスと呼ばれる物理学者によってブラック ホールの近くで行われた二重スリット実験について説明しています。 ブラックホールの中にいるボブという観測者もいます。

アリスが二重スリット実験を行っているとき、重力の量子論では、巨大な粒子が「ソフトグラビトン」を介してブラックホールと相互作用する必要があります。 重力子は重力場の仮想的なキャリアであり、電磁場のキャリアである光子に類似しています。

これらのソフト グラビトンはブラック ホールに吸収され、そこでボブが測定できます。少なくとも原理的にはそうです。 時間の経過とともにソフトグラビトンの複数の測定を行うことにより、ボブはアリスの実験における量子重ね合わせの状態を推測できるはずです。 言い換えれば、ボブはアリスの実験をブラック ホールの事象の地平線の向こう側から測定しているということです。そこから空間的な重ね合わせをデコヒーリングさせているのです。

因果のパラドックス

そこにパラドックスがあります。 情報が事象の地平線の外に移動できない場合、ボブはどのようにしてアリスの実験を解読できますか? 確かに、そうすることは因果関係に違反します。 ダニエルソンと同僚は、このパラドックスは、ボブが解決する前にブラック ホール自体がアリスの実験をデコヒーレンスする場合にのみ解決できると主張しています。

言い換えれば、ブラックホールは古典的な観測者と同じように量子重ね合わせに影響を与えると彼らは言います。 「ここでは、宇宙自体の幾何学が量子重ね合わせに「明確性」を与えているという正確な状況があります」とダニエルソンは言います。

量子重力は、超低温原子を使用してすぐにテストされる可能性があります

彼らの論文では、研究者は、彼らの分析が、観測可能な宇宙のサイズを定義する宇宙論的地平線など、他のタイプの地平線にも適用されると主張しています。 このような思考実験は、量子重力の一貫した理論がいつか持つかもしれない基本的なルールを調べるのに役立つ、と研究者は言う。 「たとえば、量子重力の理論には、量子システムとして機能するブラック ホールが観測者として機能するという基本的な特徴がなければなりません」と共著者は述べています。 ゴータム・サティシャンドラン.

ヴラトコヴェドラルオックスフォード大学の量子物理学者は、この論文の扱いのいくつかについて留保があると述べています。 彼によると、重ね合わせは量子力学的に扱われますが、著者らはブラック ホール自体などの背景の重力場を古典的に扱っています。 「このような概算が、彼らが考慮している状況で有効かどうかは明らかではありません」と彼は言います。 しかし、もし結論が正しければ、ヴェドラルはそれを深遠なものと見なします。 この思考実験は、ブラック ホールが不可逆性の原因となる可能性があることを示唆しています。これは、完全には回復できない量子状態の破壊です。 重力は無限遠距離にあるため、実験がブラック ホールからどれだけ離れているかは問題ではなく、著者が計算したデコヒーレンス効果はゼロではないと彼は言います。 したがって、「[システム] の一部は常に地平線の向こう側に不可逆的に失われる」ため、量子空間的重ね合わせの作成と再結合が完全に効率的になることは決してありません。

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• Platoblockchain。 Web3メタバースインテリジェンス。 知識の増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/black-holes-destroy-nearby-quantum-superpositions-thought-experiment-reveals/