[論文レビュー] Semi-quantum Gravity and Testing Gravitational Bell Non-locality

Adrian Kent|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2018

Quantum Mechanics and Applications参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、重力が古典的のまま物質が量子力学に従ってユニタリに進化する半量子重力モデルを検討し、意識と物理状態の間の心理的・物理的同一性（ psychophysical parallelism ）が、量子物質ではなく古典的重力場に適用可能である可能性を提起する。このようなモデルは、低エネルギー実験によって重力的ベルの非局所性を測定可能な非ニュートン的重力異常を予測すると主張する。

ABSTRACT

Semi-classical gravity attempts to define a hybrid theory in which a classical gravitational field is coupled to a unitarily evolving quantum state. Although semi-classical gravity is inconsistent with observation, a viable theory of this type might be appealing, since it potentially might preserve the basic features of our two most successful theories while unifying them. It might also offer a natural solution to the quantum measurement problem. I explore the scope for such "semi-quantum" hybrid theories, and note some interesting, though daunting, constraints. Consistency with observation generally requires pyschophysical parallelism with the classical gravitational field rather than the quantum matter. Solvability suggests the gravitational field at a point should be determined by physics in its past light cone, which requires local hidden variables and predicts anomalously non-Newtonian gravitational fields. These predictions could be tested by low energy, although technologically challenging, experiments in which the Bell non-locality of the gravitational field is verified by direct measurement.

研究の動機と目的

• 重力が古典的だが物質が量子力学に従ってユニタリに進化するハイブリッド理論の妥当性を調査すること。
• 心理的・物理的同一性が、量子物質ではなく古典的重力場に適用可能であるかを検討し、量子測定問題の解決策となる可能性を提示すること。
• 標準的半古典的重力とは異なる、局所的隠れ変数に起因する測定可能な予測（異常な重力場）を特定すること。
• 低エネルギーで技術的に挑戦的な装置を用いた、重力的ベルの非局所性を直接測定する実験的道筋を提案すること。
• ユニタリ量子進化の文脈において、重力の局所的隠れ変数モデルの概念的・実証的整合性を評価すること。

提案手法

• 時空点 P におけるハイブリッド理論を形式化し、その過去光円錐 Λ(P) の物理法則によって重力場が決定され、局所的隠れ変数が要求されることを仮定する。
• 重力場が量子物質の期待値によって駆動されるのではなく、観測者の経験と心理的・物理的同一性によって相関する古典的場によって駆動されるという仮定を採用する。
• エヴェレット的量子力学の枠組みを用いて、複数の量子ブランチから単一の古典的時空がどのように生じるかを分析する。
• 局所的隠れ変数に起因する非ニュートン的重力場の予測を導出し、低エネルギー領域でも成立することを示す。
• エンタングルされた量子系の間で重力場の相関を測定することで、重力的ベルの非局所性を直接テストできると提唱する。
• 時空構造と量子ブランチ構造の相互依存関係を分析することで、このようなモデルの整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 心理的・物理的同一性が量子物質ではなく古典的重力場に適用される場合、重力が古典的で物質がユニタリに進化するハイブリッド理論が観測と整合するか。
• RQ2 標準的半古典的重力とは異なる、半量子重力モデルのテスト可能な予測は何か。
• RQ3 重力場における局所的隠れ変数が、低エネルギー領域でニュートン的重力からの測定可能なずれを引き起こすか。
• RQ4 重力的ベルの非局所性を、重力の相関を直接測定することで実験的に検証可能か。
• RQ5 ブランチ構造と時空依存性の概念的課題が、ハイブリッド重力理論の整合性に与える影響は何か。

主な発見

• 量子物質ではなく古典的重力場と心理的・物理的同一性を結ぶ半量子重力モデルは、観測と整合し得る。このことは、量子測定問題の解決策としての可能性を示唆する。
• このようなモデルは、重力がもはやニュートン的であると見なされる領域でも、局所的隠れ変数に起因する異常な非ニュートン的重力場を予測する。
• 時空点 P における重力場は、その過去光円錐内の物理法則によって決定され、因果的かつ局所的な構造を示し、標準的半古典的期待とは乖離する。
• これらのモデルは、標準的重力からの測定可能なずれを予測し、重力的ベルの非局所性を調べる低エネルギー実験によってテスト可能である。
• 特定の重力の局所的隠れ変数モデルはまだ同定されていないが、この枠組みは実証的にテスト可能であり、将来的な実験によって反証可能である。
• 本稿は、このようなハイブリッド理論は概念的に不恰好ではあるが、論理的に整合しており、重力の量子化を要せずして量子力学と重力を統合するための実用的道筋を提供する可能性があると主張する。