[논문 리뷰] Quasiclassical Realms in a Quantum Universe

James B. Hartle|ArXiv.org|1994. 04. 11.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 닫힌 양자 우주에서 양자역학으로부터 디코herence와 거칠게 다루기(computational coarse-graining)를 통해 고전적이고 결정론적인 법칙이 어떻게 도출되는지를 제안한다. 이는 일상적인 경험과 일치하는 준고전적 영역이 초기 조건과 우주의 해밀토니안으로부터 유도되며, 초기 상태의 약간의 일부분만이 우리 고유의 고전적 현실을 재현함을 보여준다.

ABSTRACT

In this universe, governed fundamentally by quantum mechanical laws, characterized by indeterminism and distributed probabilities, classical deterministic laws are applicable over a wide range of time, place, and scale. We review the origin of these laws in the context of the quantum mechanics of closed systems, most generally, the universe as a whole. There probabilities are predicted for members of decoherent sets of alternative histories of the universe, ie ones for which the interference between pairs in the set is negligible as measured by a decoherence functional. An expansion of the decoherence functional in the separation between histories allows the form of the deterministic equations of motion to be derived for suitable coarse grainings of a class of non-relativistic systems, including ones with general non-linear interactions. More coarse graining is needed to achieve classical predictability than naive arguments based on the uncertainty principle would suggest. Coarse graining is needed for decoherence, and coarse graining beyond that for the inertia necessary to resist the noise that mechanisms of decoherence produce. Sets of histories governed largely by deterministic laws constitute the quasiclassical realm of everyday experience which is an emergent feature of the closed system's initial condition and Hamiltonian. We analyse the sensitivity of the existence of a quasiclassical realm to the particular form of the initial condition. We find that almost any initial condition will exhibit a quasiclassical realm of some sort, but only a small fraction of the total number of possible initial states could reproduce the everyday quasiclassical realm of our universe. (Talk given at the Lanczos Centenary Conference, North Carolina State University, December 15, 1993.)

연구 동기 및 목표

• 닫힌 양자 시스템에서 근본적으로 양자역학적인 법칙으로부터 고전적이고 결정론적인 법칙이 어떻게 도출되는지를 설명하는 것.
• 디코herence와 거칠게 다루기가 준고전적 영역의 도출에 어떤 역할을 하는지 조사하는 것.
• 준고전적 영역 존재가 우주의 초기 양자 상태의 형태에 얼마나 민감한지 분석하는 것.
• 불확정성 원리가 암시하는 것보다 더 많은 거칠게 다루기가 고전적 예측 가능성에 필요한 이유를 명확히 하는 것.
• 우주의 초기 상태가 일상적인 경험과 유사한 준고전적 영역을 유도하는 조건을 규명하는 것.

제안 방법

• 닫힌 양자 시스템에서 다양한 역사에 대한 확률을 정의하기 위해 일致한 역사를 프레임워크로 사용한다.
• 역사 간의 간격에 대한 디코herence 함수의 페르투르베이션 전개를 적용하여 결정론적 운동 방정식을 도출한다.
• 양자 간섭을 억제하고 디코herence를 달성하기 위해 거칠게 다루기를 도입한다.
• 디코herence 메커니즘으로부터 발생하는 양자 노이즈로부터 동역학을 안정화시키기 위해 추가적인 거칠게 다루기가 필요하다는 것을 보여준다.
• 준고전적 영역의 도출이 초기 양자 상태의 형태에 어떻게 의존하는지 분석한다.
• 준고전적 행동의 도출을 설명하기 위해 일반적인 비선형 상호작용을 가진 비상대론적 모델을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 결정론적인 고전적 법칙은 근본적으로 확률적이고 결정적이지 않은 양자역학 법칙으로부터 어떻게 도출되는가?
• RQ2 거칠게 다루기가 디코herence 달성과 고전적 예측 가능성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 불확정성 원리가 암시하는 것보다 더 많은 거칠게 다루기가 고전적 행동에 필요한 이유는 무엇인가?
• RQ4 준고전적 영역 존재가 우주의 초기 양자 상태의 특정 형태에 얼마나 민감한가?
• RQ5 가능한 초기 조건 중에서 우리 관측된 우주와 유사한 준고전적 영역을 유도하는 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 준고전적 영역는 기본 법칙이 아니라 우주의 초기 조건과 해밀토니안으로부터 도출된다.
• 디코herence만으로는 고전적 예측 가능성에 부족하며, 디코herence 메커니즘에서 발생하는 노이즈를 억제하기 위해 추가적인 거칠게 다루기가 필요하다.
• 거의 모든 초기 조건이 어떤 형태의 준고전적 영역을 유도하지만, 우리 우주의 특정 준고전적 영역을 재현하는 것은 아주 소수의 경우에만 해당한다.
• 적절한 거칠게 다루기 조건에서 디코herence 함수의 페르투르베이션 전개로부터 결정론적 운동 방정식을 도출할 수 있다.
• 고전적 행동의 도출은 초기 양자 상태의 구조에 의존하며, 오직 소수의 경우에만 우리가 익숙한 고전적 세계를 유도한다.
• 이 프레임워크는 고전성이 닫힌 시스템에서 양자역학의 잠재적 특성으로서의 탄생한 특성임을 지지하며, 기본적인 성질이 아니라는 점을 명확히 한다.