[論文レビュー] Quantum Gravity: Has Spacetime Quantum Properties?

Reiner Hedrich|ArXiv.org|Feb 2, 2009

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 127被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、重力が量子化されなければならないという仮定に挑戦し、時空と重力がより深い量子過程から生じる、発現的で古典的な現象である可能性を提案する。重力が根本的ではなく、巨視的な効果であるならば、一般相対性理論を量子化することは便宜的な結果を生み出し、量子情報や計算に基づく発現的重力モデル—特にそれらが量子重力理論においてますます説得力を持つようになる。

ABSTRACT

The incompatibility between GR and QM is generally seen as a sufficient motivation for the development of a theory of Quantum Gravity. If - so a typical argumentation - QM gives a universally valid basis for the description of all natural systems, then the gravitational field should have quantum properties. Together with the arguments against semi-classical theories of gravity, this leads to a strategy which takes a quantization of GR as the natural avenue to Quantum Gravity. And a quantization of the gravitational field would in some sense correspond to a quantization of geometry. Spacetime would have quantum properties. But, this strategy will only be successful, if gravity is a fundamental interaction. - What, if gravity is instead an intrinsically classical phenomenon? Then, if QM is nevertheless fundamentally valid, gravity can not be a fundamental interaction. An intrinsically classical gravity in a quantum world would have to be an emergent, induced or residual, macroscopic effect, caused by other interactions. The gravitational field (as well as spacetime) would not have any quantum properties. A quantization of GR would lead to artifacts without any relation to nature. The serious problems of all approaches to Quantum Gravity that start from a direct quantization of GR or try to capture the quantum properties of gravity in form of a 'graviton' dynamics - together with the, meanwhile, rich spectrum of approaches to an emergent gravity and/or spacetime - make this latter option more and more interesting for the development of a theory of Quantum Gravity. The most advanced emergent gravity (and spacetime) scenarios are of an information-theoretical, quantum-computational type.

研究の動機と目的

• 量子力学の普遍性ゆえに重力が量子化されなければならないという一般的な仮定に挑戦すること。
• 重力が根本的な量子相互作用ではなく、発現的で古典的な現象である可能性を検討すること。
• 一般相対性理論の直接的量子化の代替案としての発現的重力の妥当性を評価すること。
• 重力が根本的でない場合、重力粒子（グレヴィトン）や正準量子化に基づくアプローチに与える影響を評価すること。
• 発現的時空フレームワークにおいて、情報理論的および量子計算モデルの重要性が高まっていることを強調すること。

提案手法

• 量子力学が普遍的に有効であるという仮定の下で、一般相対性理論を量子化することの論理的整合性を分析すること。
• 重力が根本的に古典的で、巨視的効果として下位の量子ダイナミクスによって誘導されるものとみなした場合の結果を検討すること。
• 特に量子情報および計算モデルに根ざした、既存の発現的重力のアプローチをレビューすること。
• 直接的量子化の問題（例：非可重整化性、グレヴィトンの観測不能性）と、発現的フレームワークの概念的利点を対比すること。
• 半古典的重力が失敗した中間段階である役割を検討し、量子場が古典的時空と相互作用する際に整合性の欠如が生じることを示すこと。
• 時空幾何学が根本的ではなく、むしろより深い量子基盤におけるもつれや情報理論的構造から生じる可能性を提唱すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子力学が普遍的に有効であるならば、重力が量子化されなければならないと必然的に結論づけられるのか？
• RQ2 一般相対性理論を根本的理論として量子化する際に生じる理論的・概念的問題は何か？
• RQ3 重力がより根本的な量子相互作用から生じる発現的で古典的な現象である可能性は何か？
• RQ4 時空幾何学が根本的ではなく発現的であるならば、量子重力に与える影響は何か？
• RQ5 情報理論的および量子計算モデルは、従来の量子重力のアプローチに代わる妥当な代替案をどのように提供するか？

主な発見

• 重力が根本的でない場合、量子力学が重力を量子化しなければならないという仮定は論理的に必然ではない。
• 重力が発現的で古典的であるならば、一般相対性理論を量子化することは物理的対応のない便宜的な結果を生じる。
• 半古典的重力は、火壁パラドックスなどの整合性の欠如を引き起こし、根本的な記述としては成立しない。
• 特に量子情報および計算に基づく発現的重力のシナリオは、量子重力のより整合的な枠組みを提供する。
• グレヴィトンの実証的証拠の欠如と、量子重力の非可重整化性は、重力が根本的な量子場でない可能性を支持する。
• 最も発展した発現的モデルは、時空幾何学がもつれや量子情報から生じるが、根本的な量子場から生じるものではないと示唆している。