[论文解读] A possible cosmological effect on the quantum-to-classical transition

C. L. Herzenberg|ArXiv.org|Mar 16, 2006

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出，宇宙膨胀——特别是微观尺度上的哈勃型退行速度——可能在量子到经典行为的过渡中起根本作用。通过将不确定性原理与延展物体上的宇宙速度梯度相结合，作者推导出一个临界尺寸，低于该尺寸时量子行为仍能持续，表明宇宙膨胀可能在量子与经典领域之间形成自然边界。

ABSTRACT

Although cosmic expansion at very small distances is usually dismissed as entirely inconsequential, these extraordinarily small effects may in fact have a real and significant influence on our world. A calculation suggests that the minute recessional velocities associated with regions encompassed by extended bodies may have a role in creating the distinction between quantum and classical behavior. Using the criterion that the uncertainty in position should be smaller than the size of an object together with estimates based on the range of Hubble velocities extending through the object lead to a threshold size that could provide a fundamental limit distinguishing the realm of objects governed by classical laws from those governed by quantum mechanics.

研究动机与目标

• 探究微观尺度上的宇宙膨胀是否可能影响量子力学中经典行为的出现。
• 确定在延展量子系统中，哈勃型速度梯度是否可提供退相干或经典化的物理机制。
• 基于宇宙学与量子力学原理，推导出一个量子行为保持稳定的尺寸阈值。
• 挑战传统观点，即宇宙膨胀在小尺度上可忽略，提出其可能具有可测量的基础性影响。
• 探讨经典世界并非仅由环境诱导的退相干形成，而是部分源于内在的宇宙学效应。

提出的方法

• 作者将海森堡不确定性原理应用于估算尺寸为 L 的量子系统的最小位置不确定性。
• 将宇宙退行速度建模为在系统内线性增加，速度梯度 v/L ≈ H，其中 H 为哈勃参数。
• 施加条件 Δx < L，要求位置不确定性小于系统尺寸，以使经典行为得以出现。
• 利用 v ≈ H·L，作者推导出临界尺度 L_c ≈ ħ / (m c H)，其中 m 为质量，c 为光速。
• 所得的阈值尺寸 L_c 估计约为 10^-28 米（对典型粒子而言），表明量子行为存在基本极限。
• 该方法将宇宙膨胀视为小尺度上不可忽略的影响，而非对量子相干性的静态扰动。

实验结果

研究问题

• RQ1 微观尺度上的宇宙膨胀是否可能影响量子到经典行为的过渡？
• RQ2 是否存在一个基本尺寸尺度，使得由于宇宙速度梯度的存在，量子行为在该尺度以下保持稳定？
• RQ3 哈勃参数是否独立于环境退相干，对量子系统的尺寸施加自然限制？
• RQ4 结合不确定性原理与宇宙速度场，是否可得出经典性的阈值？
• RQ5 经典世界的出现是否部分由宇宙的大尺度结构驱动，而非仅由局部相互作用决定？

主要发现

• 推导出临界尺度 L_c ≈ ħ / (m c H)，表明在该尺度以下，量子行为将持续存在。
• 对质子类粒子而言，该阈值估计约为 10^-28 米，表明量子效应在亚原子尺度上仍可能具有相关性。
• 该模型表明，尺寸大于 L_c 的量子系统可能因宇宙速度梯度而表现出经典行为，即使处于孤立状态。
• 该结果挑战了宇宙膨胀在小尺度上无关紧要的假设，提出其可能在退相干过程中起基础性作用。
• 推导提供了一种新颖的、内在的经典性机制，不依赖于环境相互作用。
• 本文提出，量子与经典领域之间的边界可能由量子不确定性与宇宙膨胀的共同作用决定。