[논문 리뷰] Semi-quantum Gravity and Testing Gravitational Bell Non-locality

Adrian Kent|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 18.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 25인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 중력은 고전적 유지되지만 물질은 양자역학에 따라 unitary하게 진화하는 반양자 중력 모델을 탐구하며, 의식과 물리적 상태를 연결하는 심리물리적 평행성(psychophysical parallelism)이 양자 물질이 아닌 고전적 중력장에 적용될 수 있음을 제안한다. 이러한 모델은 저에너지 실험을 통해 중력 Bell 비국소성(gravity Bell non-locality)을 측정할 수 있는 비뉴턴 중력 이uely를 예측한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중력은 고전적이지만 물질은 양자역학에 따라 unitary하게 진화하는 하이브리드 이론의 타당성을 조사하기 위해.
• 심리물리적 평행성이 양자 물질이 아닌 고전적 중력장에 적용될 수 있는지 검토하여 양자 측정 문제의 잠재적 해결책을 제시하기 위해.
• 특히 국소 은닉 변수(local hidden variables)에 기인한 비정상적인 중력장과 같은 관측 가능한 예측을 식별하여 표준 반고전적 중력과의 차이를 밝혀내기 위해.
• 저에너지이면서 기술적으로 도전적인 설정을 사용하여 중력 Bell 비국소성을 직접 측정할 수 있는 실현 가능한 실험적 길을 제안하기 위해.
• unitary 양자 진동에서 국소 은닉 변수 모델의 개념적 및 경험적 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 시공간 점 P에서의 중력장이 그 점의 과거 빛원뿔 Λ(P) 안의 물리에 의해 결정되며, 국소 은닉 변수를 요구하는 하이브리드 이론을 수립하기 위해.
• 중력장이 양자 물질의 기대값에 의해 유도되지 않고, 관측자 경험과 심리물리적 평행성을 통해 관련된 고전적 장에 의해 유도된다는 가정을 채택하기 위해.
• 에버렛의 양자역학 프레임워크를 사용하여 다수의 양자 브랜치에서 하나의 고전적 시공간이 어떻게 기원할 수 있는지 분석하기 위해.
• 국소 은닉 변수에 기인한 비뉴턴 중력장 예측을 유도하며, 이는 저에너지 영역에서도 성립함을 보여주기 위해.
• 양자 얽힌 시스템 간의 중력장 상관관계를 측정하여 중력 Bell 비국소성이 직접적으로 검증될 수 있음을 제안하기 위해.
• 시공간의 구조와 양자 브랜치의 구조 간 상호의존성을 분석하여 이러한 모델의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 심리물리적 평행성이 양자 물질이 아닌 고전적 중력장에 적용될 경우, 중력은 고전적이지만 물질은 양자역학에 따라 unitary하게 진화하는 하이브리드 이론이 관측과 일치할 수 있는가?
• RQ2 표준 반고전적 중력과 다른 반양자 중력 모델의 관측 가능한 예측은 무엇인가?
• RQ3 중력장 내 국소 은닉 변수가 저에너지 영역에서 뉴턴 중력에서의 측정 가능한 이격을 초래할 수 있는가?
• RQ4 직접적인 중력 상관관계 측정을 통해 중력 Bell 비국소성을 실험적으로 검증할 수 있는가?
• RQ5 브랜치 구조와 시공간 의존성의 개념적 과제가 하이브리드 중력 모델의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 심리물리적 평행성이 양자 물질이 아닌 고전적 중력장에 적용되는 반양자 중력 모델은 관측과 일치할 수 있으며, 이는 양자 측정 문제의 잠재적 해결책을 제공한다.
• 이러한 모델은 중력이 일반적으로 뉴턴적일 때조차도 국소 은닉 변수에 기인한 비정상적인 비뉴턴 중력장을 예측한다.
• 점 P에서의 중력장은 그 점의 과거 빛원뿔 안의 물리에 의해 결정되며, 이는 원인적이고 국소적인 구조를 의미하며, 은닉 변수가 필요하고 표준 반고전적 기대를 깨뜨린다.
• 이러한 모델은 표준 중력에서 측정 가능한 이격을 예측하며, 이는 중력 Bell 비국소성을 탐색하는 저에너지 실험을 통해 검증될 수 있다.
• 특정한 국소 은닉 변수 모델이 중력에 대해 아직 규명되지 않았지만, 이 프레임워크는 경험적으로 검증 가능하며 향후 실험에 의해 반증될 수 있다.
• 논문은 이러한 하이브리드 이론이 개념적으로 다소 불순하지만 논리적으로 일관되며, 중력의 양자화가 필요 없이 양자역학과 중력을 통합하는 데 실현 가능한 길을 제공할 수 있다고 주장한다.