[論文レビュー] The Quantum Universe

Jon Eakins, George Jaroszkiewicz|ArXiv.org|Mar 5, 2002

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、宇宙が離散的な量子段階を経て進化するという「段階（stages）」の枠組みを提案する。各段階は純粋状態、情報含量、動的規則によって定義され、時間は量子情報抽出から生じる。主な貢献は、古典的観測者や特異点を回避する自己観測的・閉じた量子系として、プロセス的時間、量子測定、時空の出現が生じるフレームワークを提供することである。

ABSTRACT

On the basis that the universe is a closed quantum system with no external observers, we propose a paradigm in which the universe jumps through a series of stages. Each stage is defined by a quantum state, an information content, and rules governing temporal evolution. Only some of these rules are currently understood; we can calculate answers to quantum questions, but we do not know why those questions have been asked in the first place. In this paradigm, time is synonymous with the quantum process of information extraction, rather than a label associated with a temporal dimension. We discuss the implications for cosmology.

研究の動機と目的

• 宇宙を外部観測者が存在しない自己完結した量子系として扱うことで、量子力学および宇宙論における基礎的問題を解決すること。
• 時間の性質と測定問題に取り組み、時間の背景的次元ではなく、量子情報抽出のプロセスとしての時間を見直すこと。
• 古典的時空と物理法則が離散的・段階的進化における基本的量子過程から生じるパラダイムを構築すること。
• 量子セルオートマトン構造を通じて、量子重力および宇宙論的特異点を理解するためのフレームワークを提供すること。
• 量子非局所性、もつれ、相対性の出現が、根本的な離散的量子力学からどのように生じるかを探索すること。

提案手法

• 段階 Ωₙ を三重項として定義：量子状態 Ψₙ、情報含量 Iₙ、動的規則 𝒪ₙ により Ωₙ = Ω(Ψₙ, Iₙ, 𝒪ₙ) を形成する。
• 宇宙を外部に影響を受けない閉じた量子系としてモデル化し、全宇宙に混合状態は存在せず、半古典的観測者による近似的にしか現れない。
• ペレスにインspiredされた一般化テスト Σₙ₊₁ を用い、現在の情報と規則に基づいて次の段階を決定する。
• 要因格子 Λₙ を導入し、Ψₙ = ⊗ᵢ Ψₙⁱ とし、Nₙ 個の因子が離散的量子成分を表すものとし、古典性を κₙ = ln Nₙ / ln N として定義する。
• 部分空間 ℋ′ ⊂ ℋ におけるジョルダン＝ヴァイナー形式を用いて、孤立した部分宇宙におけるフェルミオン的および相対論的量子場演算子を構築する。
• 時間は離散的かつプロセス的であるとモデル化し、現段階のみが現実的であり、将来の段階は量子規則によって確率的に決定される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙が外部観測者が存在しない閉じた系である場合、時間は量子過程からどのように生じ得るか？
• RQ2 情報抽出が時間の流れや量子状態の縮退の力学を定義する上で果たす役割は何か？
• RQ3 古典的時空と相対論的量子場が、根本的に離散的かつもつれた量子構造からどのように生じるか？
• RQ4 段階が次の段階にどのように進化するかを決定する要因は何か？ また、その進化を支配する規則は時間とともにどのように変化するか？
• RQ5 量子非局所性およびベル型相関は、離散的で因果的かつ特異点のない宇宙論的枠組みに一貫して埋め込まれるか？

主な発見

• 時間は背景的パrameterではなく、情報抽出および状態の縮退という不連続な量子過程のマーカーとして生じる。
• 宇宙は常に純粋な量子状態にあり、混合状態は半古典的観測による近似としてのみ生じる。
• 段階 Ωₙ の概念は、状態、情報、規則を統合し、ブロック宇宙やマルチバースのパラダイムとは異なる離散的・プロセス的宇宙進化モデルを提供する。
• 古典性の尺度 κₙ = ln Nₙ / ln N は、古典的出現の度合いを定量化し、現在の宇宙は完全には古典的ではない（κₙ < 1）が、近い。
• 情報含量 Iₙ が因子状態を結合しなければ、部分宇宙が形成され、もつれの再結合が不可能な孤立した出現時空が生じる。
• このフレームワークは自然に宇宙論的特異点を回避でき、初期条件や外部要因を必要とせず、複数の量子ビッグバンおよびビッグクラッシュを可能にする。