量子重力を必要とせずに重力と量子力学を統合 – Physics World

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タイムスタンプ：8年2024月4日午前42時XNUMX分

量子と古典の結合
ランダム結合: ジョナサン・オッペンハイムは、量子力学と一般相対性理論を統合する新しい方法を開発しました。 (提供: Shutterstock/Rost9)

ジョナサン・オッペンハイム ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの研究者らは、量子重力理論を必要とせずに、量子力学と古典重力を統合することを目的とした新しい理論的枠組みを開発しました。オッペンハイムのアプローチでは、重力を古典的なままにしつつ、確率的 (ランダム) メカニズムによって重力を量子の世界に結合することができます。

何十年もの間、理論物理学者は、重力を説明するアインシュタインの一般相対性理論と、物理学の他のほぼすべてを説明する量子理論を調和させるのに苦労してきました。根本的な問題は、量子論では時空が固定されていると仮定しているのに対し、一般相対性理論では巨大な物体の存在に応じて時空が動的に変化するということです。

これまでのところ、和解の取り組みは、重力に関する現在の理解は不完全であり、相互作用の量子化された記述が必要であるという考えに支配されてきました。この推論は、弦理論やループ量子重力の開発を含む、数多くの研究分野につながりました。しかし、これらのアイデアをテストする実験は非常に困難であり、量子重力の理論は依然としてとらえどころがありません。

結合された現実

量子重力だけが統一への道ではなく、この問題は、量子力学と一般相対性理論が共存状態で結合できるかどうかを調査することで解決できます。

しかし、このアプローチは、カップリングを不可能にするさまざまな「禁止定理」を呼び出すように見えるため、途中で挫折しました。実際、多くの結合スキームは、量子論の中心的な教義であるハイゼンベルクの不確定性原理に違反します。

これまでの結合スキームで共有されていた重要な仮定の 1 つは、量子世界と重力世界の間の接続は可逆的であるということです。これは、システムの状態を任意の時点で測定すれば、それを運動方程式と組み合わせて使用​​して、過去または将来の任意の時点での状態を予測できることを意味します。

さて、オッペンハイムは、この仮定は必要ないかもしれないと主張し、結合は確率的である可能性があると述べています。これは、システムの過去と将来の状態を単一の測定に基づいて決定的に予測することはできないことを意味します。代わりに、過去と未来は、さまざまな可能性を提示する確率方程式を使用してのみ予測できます。

確率的フレームワーク

オッペンハイムは研究の中で、このアイデアに基づいて、量子世界と古典重力世界を結合するための新しい確率論的枠組みを開発しました。これらの世界には根本的に異なるルールがあるため、オッペンハイムの理論はそれぞれの世界に対して別々の統計理論を使用します。

量子の側では、オッペンハイムは、システムの状態が周囲環境のランダムな変動によって常に影響を受けると仮定しています。古典的な側では、状態はシステムの位相空間内の確率分布として現れます。

これら 2 つの説明を合わせて、オッペンハイムは単一の「古典的量子状態」について説明します。この状態は、位相空間のある領域にシステムが存在する確率と、その特定の領域における量子状態を同時に予測します。

これにより、オッペンハイムは、それぞれの固有の特性を維持しながら、量子力学と古典重力の間の結合を説明する方程式を導き出すことができました。これにより、彼は自分のアイデアのより深い物理的意味を探求できるようになりました。これらには、一般相対性理論と素粒子物理学の標準モデルの基礎となる場の量子理論との間の結合の可能性が含まれます。

提案はに記載されています フィジカルレビューX。 で 視点記事 紙に添えて、 トーマス・ギャレー ウィーンにあるオーストリアの量子光学・量子情報研究所の研究者らは、オッペンハイムの考えは急進的であると同時に保守的であり、長年確立された物理法則との一貫性を保ちながらも、しっかりと根付いた仮定を拒否していると述べている。しかし、彼は「量子性を確率性と交換することには、それ自体の概念的な困難がある」と警告しています。彼は、「オッペンハイムは量子情報がブラックホール内で失われる可能性があることを発見したが、その結果は多くの物理学者にとって受け入れがたいものであるかもしれない」と指摘している。

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