多大な研究努力にもかかわらず、20 世紀の 2 つの大きな理論である一般相対性理論と量子力学の関係は、まだ明確に理解されていません。すべての相互作用は基本的に量子であるという考えは、すべての非重力相互作用で非常に成功していますが、説得力のある重力の量子理論からはまだ遠いため、重力の場合には失敗するようです.したがって、私たちの 2 つの基本的な自然理論がどのように相互に関連しているかについての洞察は、非常に価値があります。
この 2 つの中であまり理解されていないのは、量子力学です。特に、量子力学を私たちの日常生活の世界と結びつけるメカニズム、いわゆる量子から古典への移行。波動関数の崩壊、測定問題、シュレディンガーの猫問題などのよく知られた問題が含まれます。量子論の第一原理から私たちの古典世界を導き出すための、最近ますます人気を博している1つの顕著なアプローチは、デコヒーレンス理論です。簡単に言えば、孤立したシステムは、各システムが環境と相互作用する現実の状況の理想化にすぎないことを認めています。たとえば、光によって照らされています。この環境との相互作用と、環境全体を観察できないことが、特定の量子的特徴 (コヒーレンス) の抑制につながり、問題のシステムの古典的な振る舞いに効果的につながる可能性があります。
デコヒーレンスは強力なツールですが、すべての問題を解決するわけではありません。たとえば、日常世界の客観的な性質を説明するものではありません。この側面は、より精巧で現実的なデコヒーレンス形式である量子ダーウィニズムのアイデアの下で、W. H. Zurek と共同研究者によって開拓されました。本質的に、それは客観的になるために、システムに関する情報を意味します。その位置は、環境内の完全に読み取り可能な多くのコピーに格納する必要があります (冗長なエンコーディング)。このアイデアは、グダニスクのグループによってさらに発展し、この形式の客観性を担う量子状態構造を独自に特定し、スペクトル ブロードキャスト構造 (SBS) として知られています。この結果の力は、客観性の哲学的概念が量子状態の言語で非常に正確かつ厳密に表現されるようになるという事実にあります。これにより、世界の客観的な性質が、ある意味で量子状態の特定の特性である可能性が開かれます。
私たちが研究で研究したのは、I. Pikovski と共同研究者 [Pikovski I et al. 2015 年、Nature Phys.、11、668]。基本的な考え方は、重力場がデコヒーレンスの原因であり、したがってある意味で量子から古典への移行を促進する可能性があるということです。アイデア自体は新しいものではなく、L. Diosi [Diosi L 1987, Phys.レット。 A 120, 377]、次に R. Penrose [Penrose R 1996, Gen. Relativ.重力。 28、581]。ただし、量子システムの進化を支配する通常の線形シュレディンガー方程式からすぐに逸脱する必要がないため、現代の解釈は質的に新しいものです。そして、この線形性は、実際には量子論の核心であり、その特異な現象の多くに関与しています。 g.量子もつれ。
時間膨張デコヒーレンスと呼ばれるピコフスキーらのアイデアは驚くほど単純です:時間は重力場の異なる高さで異なって流れるので (例えば、地球のそれ、素晴らしい精度で実験的に確立された事実)、その後、ハーモニックの束重力場に配置された振動子は、異なる高さで異なる周期を持ちます。これにより、高さと周期の相関関係が作成され、それぞれを個別に観察できない場合、振動子の重心 (CM) のデコヒーレンスが発生します。例として、多くの振動自由度を持つ大きな分子を考えることができますが、これは観察されず、重力場での分子の CM 位置を監視するだけです。言うは易し、行うは難し - このアイデアを厳密な形にするには、重要でかなり勇敢なステップが必要です。結果として得られるメカニズムは、重力相互作用の性質が弱いためかなり弱く、そのため多数の内部自由度 (たとえば 10) が必要です。
ただし、前述したように、デコヒーレンスだけでは古典的な機能のすべてを説明することはできません。したがって、時間拡張デコヒーレンスが何らかの形の客観化につながるかどうかを質問しました。そのために、質量中心の高さに関する情報が内部の振動自由度に転送されるかどうか、およびどのように転送されるかを調べました。上記の SBS 構造をツールとして使用しましたが、それらが提供する量子状態のレベルに関する記述は、私たちが持っている最も基本的なものです。
その結果、実際に重力を介したデコヒーレンスが、少なくとも短時間、内部自由度の大規模なグループで高さ情報の冗長なエンコードにつながることがわかりました。この情報は、原則として独立したオブザーバーがアクセスでき、CM の立場やそのパートナーを邪魔することなく情報を抽出できます。これらすべてが、CM の高さの特定の形の客観性につながります。多くの観察者は、邪魔されることなくそれを見つけることができます。前述したように、研究された重力によるデコヒーレンスと客観化のメカニズムは、この段階では理論的な提案にすぎません。それが実際の自然現象かどうかは、実験で検証する必要があります.
これらの調査結果は、ジャーナル General Relativity and Gravitation に掲載された、普遍的な重力デコヒーレンス中の情報転送というタイトルの記事で説明されています。この作業は、グダニスク工科大学の Jarek Korbicz と Jan Tuzimski が主導しました。
