بررسی چگونگی ترتیب زمانی برای مرجع های کوانتومی

شرح دقیق مسئله

مکانیک کوانتومی ما را وادار می‌کند که این دیدگاه را که کمیت‌های فیزیکی (مانند اسپین، موقعیت یا انرژی) دارای مقادیر از پیش تعریف‌شده هستند، زیر سوال ببریم: قضیه بل نشان می‌دهد که اگر کمیت‌های قابل مشاهده توسط برخی از متغیرهای کلاسیک تعریف‌شده محلی تعیین شوند، انجام وظایف خاصی غیرممکن خواهد بود. به عنوان نقض نابرابری های بل - در حالی که چنین وظایفی بر اساس مکانیک کوانتومی امکان پذیر است [1,2] و در آزمایشات [3,4,5,6] تحقق یافته است. با این حال، روابط علّی بین رویدادها در نظریه کوانتومی ثابت می‌ماند: اینکه رویداد A در گذشته باشد، در آینده، یا شبیه به فضا از رویداد B دیگر جدا شده باشد، با مکان چنین رویدادهایی در فضا-زمان از پیش تعریف می‌شود. در مقابل، در نسبیت عام، فضا-زمان خود پویا است: حضور اجسام عظیم بر ساعت‌های محلی و در نتیجه روابط علّی بین رویدادهایی که با توجه به آنها تعریف می‌شوند، تأثیر می‌گذارد. با این وجود، ساختار علی دینامیکی نسبیت عام هنوز به طور کلاسیک از پیش تعریف شده است: رابطه علی بین هر جفت رویداد به طور منحصر به فردی توسط توزیع درجه آزادی ماده-انرژی (DOFs) در مخروط نور گذشته آنها تعیین می شود. به عبارت دیگر، روابط علی همیشه توسط متغیرهای کلاسیک محلی تعیین می شود. اگر حالات کوانتومی DOFهای گرانشی را در نظر بگیریم، انتظار می رود این تصویر تغییر کند: اگر یک سیستم عظیم در برهم نهی از دو حالت متمایز تهیه شود که هر یک ساختار علی مشهود متفاوتی را برای رویدادهای آینده ایجاد می کند، آیا می توان روابط علی را مشاهده کرد که ویژگی های کوانتومی واقعی نشان بدهد. ؟ مانع اصلی در تحلیل برهم‌نهی‌های ماکروسکوپی اجسام گرانشی این است که، در غیاب منیفولد کلاسیک فضا-زمان، نحوه شناسایی سطوح فضا مانندی که حالت‌های کوانتومی روی آن‌ها تعریف شده‌اند، یا میدان‌های جهانی شبیه زمان نامشخص می‌شود. بردارهایی برای تعریف تکامل زمانی در واقع، برخی از مدل‌ها حتی فرض می‌کنند که چنین برهم‌نهایی‌ها حالت‌های فیزیکی معتبری نیستند و باید به اندازه کافی سریع از هم جدا شوند (یا فرو بریزند) تا توصیف کلاسیک فضا-زمان و قوانین دینامیکی حفظ شود. یک طرز فکر بسیار متفاوت زیربنای چارچوب‌های گرانش کوانتومی مختلف است. با این حال، تا به امروز، هیچ یک از چارچوب‌های گرانش کوانتومی برای تجزیه و تحلیل چنین نمونه‌ای به عنوان برهم‌نهی فضا-زمان‌ها با ساختارهای علی متمایز از نظر ماکروسکوپی استفاده نشده است. بنابراین، مشخص نیست که آیا هیچ گونه پدیدارشناسی وجود دارد که به طور واضح با ساختارهای علّی کوانتومی مرتبط باشد، یا اینکه آیا چارچوب‌های گرانشی کوانتومی می‌توانند مخالفت‌های برهم‌نهی‌های منیفولدها را دور بزنند یا مستقیماً به آنها رسیدگی کنند. به‌طور مستقل، فرمالیسم‌های کوانتومی اخیراً برای مطالعه ساختارهای علی کوانتومی در سطحی انتزاعی در زمینه پردازش اطلاعات کوانتومی توسعه یافته‌اند. با این حال، اگرچه ویژگی‌های کوانتومی فضا-زمان یکی از انگیزه‌های این مطالعات است، هنوز هیچ ارتباط مستقیمی با گرانش کوانتومی ایجاد نشده است. منابع و ارجاعات 1. Bell, J. S. On the Einstein–Poldolsky–Rosen paradox. Physics 1, 195–200 (1964). 2. Clauser, J. F., Horne, M. A., Shimony, A. & Holt, R. A. Proposed experiment to test local hidden-variable theories. Phys. Rev. Lett. 23, 880–884 (1969). 3. Freedman, S. J. & Clauser, J. F. Experimental test of local hidden-variable theories. Phys. Rev. Lett. 28, 938–941 (1972). 4. Hensen, B. et al. Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. Nature 526, 682–686 (2015). 5. Giustina, M. et al. Significant-loophole-free test of bell’s theorem with entangled photons. Phys. Rev. Lett. 115, 250401 (2015). 6. Shalm, L. K. et al. Strong loophole-free test of local realism. Phys. Rev. Lett. 115, 250402 (2015). پیشنهاد خواندن Laura J. Henderson and Alessio Belenchia and Esteban Castro-Ruiz and Costantino Budroni and Magdalena Zych . Quantum Temporal Superposition: The Case of Quantum Field Theory. Phys. Rev. Lett. 125, 131602 (2020) Charis Anastopoulos, Mihalis Lagouvardos, Konstantina Savvidou . Gravitational effects in macroscopic quantum systems: a first-principles analysis . arXiv:2103.08044 [gr-qc] Castro-Ruiz, Esteban and Giacomini, Flaminia and Brukner . Dynamics of Quantum Causal Structures. PhysRevX.8.011047, Joshua Foo, Cemile Senem Arabaci, Magdalena Zych, Robert B. Mann . Quantum superpositions of Minkowski spacetime . arXiv:2208.12083 [gr-qc]