[論文レビュー] The quantum-to-classical transition of primordial cosmological perturbations

Nelson Pinto-Neto, Grasiele Santos+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2011

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、測定や観測者に依存しない決定論的で客観的な枠組みを提供するド・ブロイ＝ド・ブロイ理論を用いて、原始的宇宙論的揺らぎの量子から古典への転移を解決する。これは、測定の曖昧性に起因する標準量子理論の概念的問題を回避し、宇宙構造の起源に堅固な基礎を提供する明確で曖昧さのない古典的極限を提示する。

ABSTRACT

There is a widespread belief that the classical small inhomogeneities which gave rise to all structures in the Universe through gravitational instability originated from primordial quantum cosmological fluctuations. However, this transition from quantum to classical fluctuations is plagued with important conceptual issues, most of them related to the application of standard quantum theory to the Universe as a whole. In this paper, we show how these issues can easily be overcome in the framework of the de Broglie-Bohm quantum theory. This theory is an alternative to standard quantum theory that provides an objective description of physical reality, where rather ambiguous notions of measurement or observer play no fundamental role, and which can hence be applied to the Universe as a whole. In addition, it allows for a simple and unambiguous characterization of the classical limit.

研究の動機と目的

• 宇宙全体に標準量子理論を適用する際の概念的問題、特に量子揺らぎから古典的構造が生じるメカニズムを解決すること。
• 初期宇宙を記述する際、標準量子力学における測定や観測者概念に依存しないこと。
• 原始的宇宙論的揺らぎの古典的極限を明確で客観的な方法で特徴づけること。
• 量子揺らぎが古典的非一様性に転移する過程に基づいて、宇宙構造の起源を一貫した枠組みで確立すること。

提案手法

• 粒子軌道がパイロット波によって誘導されるというド・ブロイ＝ド・ブロイ理論を基礎的枠組みとして採用する。
• 膨張する宇宙における宇宙論的揺らぎにド・ブロイ＝ド・ブロイ形式を適用し、波動関数の収縮や測定を必要としない。
• 誘導方程式を用いて決定論的粒子軌道を定義し、量子ポテンシャルが無視できるようになることで明確な古典的極限が得られることを示す。
• ド・ブロイ＝ド・ブロイ力学に従う量子揺らぎの振る舞いを分析し、それが古典的統計的分布へと進化することを示す。
• 量子揺らぎが成長しデコherenceする際に、外部の観測者や測定を仮定せずに自然に古典的領域が出現することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定や観測者に依存しない概念的枠組みで、原始的揺らぎの量子から古典への転移を一貫して記述できるか。
• RQ2 ド・ブロイ＝ド・ブロイ理論は、標準量子力学と比較して、古典的極限をどのようにより客観的に記述できるか。
• RQ3 宇宙論的揺らぎにおける古典的統計的振る舞いが、決定論的量子理論から導けるか。
• RQ4 初期宇宙における量子から古典への転移において、量子ポテンシャルが果たす役割は何か。

主な発見

• ド・ブロイ＝ド・ブロイ理論は、宇宙論的文脈で測定や観測者を必要としないため、標準量子力学の概念的落とし穴を回避する。
• 理論は、誘導方程式における古典的ポテンシャルが量子ポテンシャルを支配する条件によって、明確で曖昧さのない古典的極限の基準を提供する。
• 原始的量子揺らぎは、決定論的軌道に従い、揺らぎが成長するに従い自然に古典的非一様性へと進化する。
• この枠組みにより、観測に依存せずに物理的現実が定義される実在的で客観的な初期宇宙の力学の記述が可能になる。