[论文解读] Irreversibility in quantum field theory

Claus Kiefer|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 1995

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文展示了退相干——导致不可逆性——如何在量子场论中应用，特别是在量子电动力学中。通过分析电荷的次选择规则以及宏观电磁场与电荷的相互作用，表明量子系统可通过与环境的纠缠而获得经典行为，且整个过程保持规范不变性。

ABSTRACT

It is shown how the programme of decoherence can be applied in the context of quantum field theory. To illustrate the role of gauge invariance, we first discuss the charge superselection rule in quantum electrodynamics in some detail. We then present an example where macroscopic electromagnetic fields are ``measured" through interaction with charges and thereby rendered classical.

研究动机与目标

• 将退相干的概念从量子力学扩展到量子场论。
• 阐明规范不变性在量子电动力学中经典行为出现过程中的作用。
• 展示宏观电磁场如何通过与电荷的相互作用而有效变为经典。
• 确保退相干机制尊重诸如局域 U(1) 不变性等基本对称性。
• 为规范理论中量子到经典转变提供场论框架。

提出的方法

• 分析量子电动力学中的电荷次选择规则，作为经典行为的基础。
• 建立宏观电磁场与一组电荷之间相互作用的模型，以模拟测量过程。
• 将标准的退相干形式化方法应用于量子场论中的纠缠场-电荷系统。
• 追踪由于与环境电荷的纠缠，场自由度中量子相干性的丧失。
• 确保所有推导的动力学均与局域 U(1) 规范对称性一致。
• 采用场论方法描述环境诱导的宏观场中量子干涉的抑制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在量子场论的背景下一致地应用退相干？
• RQ2 规范不变性在电磁场经典行为出现过程中起什么作用？
• RQ3 宏观电磁场是否能在不破坏规范对称性的前提下，通过与电荷的相互作用而有效变为经典？
• RQ4 环境诱导的退相干过程如何在量子场论中保持基本对称性？
• RQ5 在场论设定下，何种条件会导致量子场的不可逆经典化？

主要发现

• 量子场论中的退相干导致宏观电磁场中量子干涉的抑制。
• 电荷次选择规则自然地从与大量环境电荷的相互作用中出现。
• 规范不变性在整个退相干过程中得以保持，确保与量子电动力学的一致性。
• 宏观场因与环境自由度的纠缠而变为经典，而非通过测量塌缩。
• 由于环境自由度数量巨大，经典化过程在可观测时间尺度上是不可逆的。
• 该模型为规范理论中量子到经典转变提供了无违反基本对称性的自洽框架。