[论文解读] Determinism and Dissipation in Quantum Gravity

Gerard ’t Hooft|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2000

Quantum Mechanics and Applications被引用 7

一句话总结

本文提出，量子力学可能源自一种更深层次的、决定论性的量子引力理论，其中因果性和定域性唯有通过一种本质上涉及信息耗散的根本决定论框架才能恢复。其关键贡献在于提出一种具有概念意义的推测性观点：在普朗克尺度上的耗散可能解决量子非定域性问题，恢复定域性，从而为统一量子力学与引力提供一条新路径。

ABSTRACT

Without invalidating quantum mechanics as a principle underlying the dynamics of a fundamental theory, it is possible to ask for even more basic dynamical laws that may yield quantum mechanics as the machinery needed for its statistical analysis. In conventional systems such as the Standard Model for quarks and leptons, this would lead to hidden variable theories, which are known to be plagued by problems such as non-locality. But Planck scale physics is so different from field theories in some flat background space-time that here the converse may be the case: we speculate that causality and locality can only be restored by postulating a deterministic underlying theory. A price to be paid may be that the underlying theory exhibits dissipation of information.

研究动机与目标

• 探讨量子力学是否可从更基本的决定论性量子引力理论中涌现。
• 通过提出一种新框架，解决隐变量理论中的非定域性挑战，其中决定论可恢复因果性。
• 探究普朗克尺度上的信息耗散是否可能是此类基本理论的必要特征。
• 通过假设一种决定论性、耗散性的基础动力学，调和量子力学与引力。

提出的方法

• 提出一种不否定量子力学作为统计工具的决定论性量子引力基础理论。
• 提出普朗克尺度物理可能与平坦时空中的量子场论有根本不同。
• 建议只有当基础动力学是决定论性时，因果性和定域性才能被恢复，即使需付出信息耗散的代价。
• 使用概念性推理而非形式方程，论证耗散可能是恢复定域性的关键因素。
• 与传统隐变量理论形成对比，后者因非定域性而受困，而本文提出在量子引力中，决定论可能解决此问题。
• 推测量子力学的统计机制源于对普朗克尺度上决定论性、耗散性理论的分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在量子引力背景下，是否存在一种决定论性理论可作为量子力学的基础？
• RQ2 普朗克尺度上的信息耗散如何有助于恢复定域性和因果性？
• RQ3 为何传统隐变量理论在量子场论中失效，而量子引力如何能规避此问题？
• RQ4 决定论在解决量子引力中非定域性问题时扮演何种角色？
• RQ5 耗散是否是任何基本决定论性量子引力理论不可避免的特征？

主要发现

• 本文提出，普朗克尺度上的决定论可能是恢复量子引力中因果性和定域性的必要条件。
• 它提出，信息耗散可能是实现决定论性、定域性和因果性理论的潜在代价。
• 该框架暗示，量子力学是更深层次决定论动力学的统计描述。
• 它推测，传统隐变量理论因非定域性而失败，但这一失败可能在量子引力中因普朗克尺度物理的独特性质而得以避免。
• 本文认为，唯有决定论性基础理论才能产生观测到的量子引力中的定域性和因果性。
• 它得出结论：耗散可能是任何旨在恢复量子引力中决定论性和定域性的基本理论的必要特征。