Revertir gravitacional de la decoherencia

Question

[Actualización: Gracias a todos por la maravillosa respuestas! He aprendido algo muy interesante y relevante (es decir, la forma básica la decoherencia obras en QFT), aunque no era lo que yo creía que quería saber cuando me hizo la pregunta. En parte inspirado por wolfgang respuesta a continuación, sólo me pidió una nueva pregunta acerca de Gambini et al.'s "Montevideo interpretación," que (si funciona como se afirma) proporcionaría una completamente diferente tipo de "gravitacional de la decoherencia."]

Esta pregunta es muy especulativo de la tecnología, pero parece estar bien definido, y es difícil imaginar que la física.SE como la gente se tiene nada interesante que decir al respecto.

Para lo que sigue, voy a asumir que lo que el derecho teoría cuántica de la gravedad, es perfectamente unitario, por lo que no hay ningún problema en absoluto la creación de superposiciones sobre las diferentes configuraciones de la métrica gravitacional. Yo también voy a asumir que vivimos en el espacio de de Sitter.

Supongamos que alguien crea una superposición de la forma

(1) $\frac{\left|L\right\rangle+\left|R\right\rangle}{\sqrt{2}},$

donde |L> representa una gran masa en el lado izquierdo de una caja, y |R> representa esa misma masa en el lado derecho de la caja. Y supongamos que esta masa es lo suficientemente grande que el |L> e |R> estados pareja "detectable de manera diferente" a la del campo gravitacional (pero, por otro lado, que todas las fuentes posibles de la decoherencia otros que la gravedad se han eliminado). Entonces por nuestros supuestos, debemos obtener la gravedad inducida por la decoherencia. Es decir, el |L> estado se enreda con una "esfera de influencia gravitacional" difusión hacia el exterior de la caja a la velocidad de la luz, y la |R> estado se enredan con diferentes dicha esfera, con el resultado de que alguien que mide sólo el cuadro se observa que sólo el estado mixto

(2) $\frac{\left|L\right\rangle\left\langle L\right|+\left|R\right\rangle\left\langle R\right|}{2}.$

Mi pregunta ahora es la siguiente:

Es allí cualquier tipo de tecnología, en consonancia con los conocidos de la física (y con nuestra suposición de un dS espacio), que podría revertir la decoherencia y devolver el estado de mezcla (2) para el estado puro (1)? Si es así, ¿cómo funciona? Por ejemplo: si hubiéramos tenido la suficiente previsión, puede que nos han rodeado el sistema solar con "la gravedad de los espejos", que podría reflejar la salida de las esferas de influencia gravitatoria de nuevo a la caja a partir de la cual se había originado? Son exóticas física supuestos (como el negativo de la energía de la materia) necesarios para hacer como los espejos de trabajo?

La motivación, por supuesto, es que si no hay ninguna tecnología, por lo menos en dS espacio, nos gustaría que nos parecen tener un fenómeno que podríamos con razón llamada "es cierto, en principio irreversible de la decoherencia," sin tener que postular cualquier Penrose-como "objetivo de reducción del" proceso", o de hecho cualquier nueva física alguna. (Y sí, soy bien consciente de que el AdS/CFT correspondencia sugiere fuertemente que este fenómeno, si existiera, sería específica para dS espacio y que no iba a funcionar en los Anuncios.)

[Nota: yo estaba sorprendido de que yo no podía encontrar a nadie de hacer esto antes, ya que cualquiera que sea la respuesta, debe haber ocurrido a un montón de gente! Vagamente relacionadas con la pregunta: Es la decoherencia posible incluso en anti de Sitter espacio?, Hacer los agujeros negros juegan un papel en la decoherencia cuántica?]

Answer 1

Si hacemos un experimento de interferencia con un (cargada) de partículas junto al campo electromagnético o una enorme partícula junto al campo gravitatorio, podemos ver la interferencia si la información no se almacena en el medio ambiente acerca de que la ruta de la partícula seguido (o al menos, si el estado del medio ambiente correspondientes a las dos rutas a través del interferómetro de tener una gran superposición \begin{align} I &=\int_{0}^{\frac12}\left[4\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)-\frac{1}{\xi(1-\xi)}\left(2\operatorname{Li}_2{(\xi)}-\log^2{(1-\xi)}\right)\right]\frac{\mathrm{d}\xi}{1-2\xi}\\ &=\int_{0}^{\frac12}\left[4\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)\xi(1-\xi)-\left(2\operatorname{Li}_2{(\xi)}-\log^2{(1-\xi)}\right)\right]\frac{\mathrm{d}\xi}{\xi(1-\xi)(1-2\xi)}\\ &=-\int_{0}^{\frac12}\left[4\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)(1-2\xi)+\frac{2(1-2\xi)}{\xi (1-\xi)}\log{(1-\xi)}\right] \log{\frac{\xi(1-\xi)}{(1-2\xi)^2}} \mathrm{d}\xi\\ &=-2\int_{0}^{\frac12}\left[2\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)+\frac{\log{(1-\xi)}}{\xi (1-\xi)}\right] (1-2\xi)\log{\frac{\xi(1-\xi)}{(1-2\xi)^2}} \mathrm{d}\xi\\ &=-4\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)\int_{0}^{\frac12}(1-2\xi) \left[\log{\xi}+\log{(1-\xi)} - 2\log{(1-2\xi)}\right] \mathrm{d}\xi\\ &~~~~-2\int_{0}^{\frac12}\frac{(1-2\xi)}{\xi (1-\xi)} \log{(1-\xi)} \left[\log{\xi}+\log{(1-\xi)} - 2\log{(1-2\xi)}\right] \mathrm{d}\xi\\ &=4\left(\zeta{(2)}-2\log^2{2}\right)\int_{0}^{\frac12}(2\xi-1) \left[\log{\xi}+\log{(1-\xi)} - 2\log{(1-2\xi)}\right] \mathrm{d}\xi\\ &~~~~+2\int_{0}^{\frac12}\left(\frac{1}{1-x}-\frac{1}{x}\right) \left[\log{(1-\xi)}\log{\xi}+\log^2{(1-\xi)} - 2\log{(1-\xi)}\log{(1-2\xi)}\right] \mathrm{d}\xi. \end si el solapamiento no es 1, la visibilidad de las franjas de interferencia se reduce).

La partícula es "vestido" por su electromagnética o campo gravitacional, pero que no es necesariamente suficiente para dejar un registro permanente detrás. Para un electrón, si no emite fotones durante el experimento, el campo electromagnético se queda en el vacío, y los registros no "que" de la información. Por lo tanto, dos posibles caminos seguidos por los electrones que pueden interferir.

Pero si un solo fotón llega emitida, y el estado de los fotones que nos permite identificar la ruta tomada con una alta probabilidad de éxito, entonces no hay ninguna interferencia.

Lo que en realidad sucede en un experimento con electrones es una especie de interesante. Ya que los fotones son sin masa son fáciles de excitar si ellos tienen una larga longitud de onda y por tanto, de baja energía. Cuando un electrón se acelera muchos "suave" (es decir, de longitud de onda larga) fotones conseguir que se emite. Pero si la aceleración es débil, los fotones tienen como de larga longitud de onda que proporcionan poca información sobre el camino, y la interferencia es posible.

Lo mismo sucede con los gravitones. Excepto la probabilidad de la emisión de un "duro" gravitón (con bastante corto de longitud de onda para distinguir los caminos) es mucho menor que la de los fotones, y por lo tanto gravitacional de la decoherencia es extremadamente débil.

Estos fotones (o gravitones) puede ser descrito utilizando clásico electromagnética (o gravitional) de la teoría. Esto ayuda a apreciar cómo la imagen intuitiva --- el movimiento de los electrones a través del interferómetro debe perturbar el campo eléctrico en el largo plazo --- se ha reconciliado con la supervivencia de la interferencia. Sí, es cierto que el campo eléctrico es afectado por el electrón (noninertial) de movimiento, pero la muy larga longitud de onda de la radiación detectada lejos se ve esencialmente el mismo para cualquier trayectoria seguida por el electrón; al detectar esta radiación se pueden distinguir los caminos que sólo con muy baja resolución, es decir, casi a todos.

En la práctica, la pérdida de la visibilidad en la decoherencia experimentos generalmente se produce debido a la más mundana de los procesos que causan el "que" de la información a ser registrada (por ejemplo, el electrón se presenta la dispersión por un perro callejero átomo, polvo de grano, o de fotones). La decoherencia debido a los enredos de la partícula con su campo (es decir, la emisión de fotones o gravitones que no están muy suave) está siempre presente en algún nivel, pero normalmente es un efecto pequeño.

Answer 2

Probablemente estoy apartarse de la dangerour territorio aquí, pero vamos me arriesgo a dar una respuesta. Hacerlo es, probablemente, sólo pidiendo ser derribado por John Preskill, o algún tipo de experto, pero me deixou de mi cuello.

A pesar de Ron comentarios, la gravedad y la EM son diferentes en este contexto, en el sentido de que no se puede voltear el signo de la interacción gravitatoria de la manera que usted puede con EM. En un nivel más profundo, deben comportarse de una manera similar, sin embargo: La única manera de conseguir la decoherencia (sin asumir equipaje adicional a partir de una determinada interpretación de QM) es crear un no-estado local, de tal manera que la reducción de la densidad de la matriz para un local de observación es mixto. Esta es, esencialmente, en el corazón de las cosas, como el efecto Unruh, donde una aceleración de observador observa un estado mixto.

La dificultad de hablar acerca de operaciones unitarias es que va a ser que esto significa tomar un spacelike rebanada de el estado de el universo, y esto va a introducir todo tipo de observador efectos. En particular, el principal problema va a ser horizontes, ya que la información se han filtrado más allá del horizonte de sucesos para algunos observadores. Así que para algunos observadores, no habrá unitario, el cual invierte la unitarity mientras que para otros será.

Esto no es que sea raro. Incluso en el espacio de Minkowski, cuando perdemos a un fotón, podemos nunca la esperanza de atraparlo de nuevo (haciendo caso omiso de la ligera reducción inducida por la atmósfera de la tierra, y el aún más tenue efectos en interplanetarios y del espacio interestelar). Así que no hay unitario, podemos llegar a realizar lo que podría revertir esto.

Por otro lado, podemos hacer una transformación de los marcos a la de un observador que percibe el proceso como unitaria, y la misma puede ser el caso más general, el espacio de veces (aunque no estoy convencido de esto siempre es cierto). Por ejemplo, la decoherencia inducida en el marco de una continua aceleración de observador desaparece si el observador deja de acelerar.

Answer 3

Creo que te estás volviendo un poco por delante de ti mismo. Esto parece ser una variación de la "Schrödinger bulto" experimento de pensamiento, discutido por Penrose[1] como una motivación para su propia teoría de la gravedad objetiva del colapso. Creo que hace un punto importante que es relevante para el ejemplo también, es decir, el estado en el que usted escribe en su Eq.(1) no está bien definida. Antes de que podamos hacer preguntas acerca de la reversibilidad y la dinámica en un experimento de pensamiento, tenemos que explicar lo que se quiere decir "una superposición de espacio-tiempo'.

En particular, superposiciones de la materia en diferentes posiciones en la mecánica cuántica sólo puede entenderse con referencia a algunos antecedentes de la métrica. Si cada uno de los términos en su superposición, $|L\rangle$$|R\rangle$, los mismos corresponden a diferentes métricas, con respecto a la cual el tiempo de coordinar hacer evolucionan (o permanecer estático, como puede ser el caso)? Con respecto a lo de fondo de la estructura hacemos para comparar las dos medidas diferentes, cada uno de los cuales corresponde a las diferentes posiciones de la misa? Te reto a re-escribir el estado de Eqn.(1) la dependencia en el espacio-tiempo de las coordenadas explícitas.

Comparto su sorpresa que relativamente poca atención parece haber sido dado a tales experimentos de pensamiento. A mí me parece que viene con juguete modelos para dar respuestas coherentes a preguntas tales como este es un punto de partida lógico en la búsqueda de un más profundo de la teoría.

[1]: Gén. Rel. Grav. 28,5, 581-600 (1996)

EDIT: (a la luz de Scott comentario de abajo)

Bueno, vamos a ver qué tan lejos podemos llegar, sin preocuparse de los detalles más finos. Hemos creado un gravitacional de la decoherencia experimento a la Preskill, con la decoherencia que ocurren en la detección de un "duro" gravitón por un detector. Desde nuestro no especificado teoría de QG es unitaria, debe haber alguna manera, en principio, para nosotros, para revertir la decoherencia. Una condición necesaria es que el sistema + detector (S+D) debe ser encerrado dentro de un límite tal que no que-la información de ruta de fuga fuera de los límites. Necesitamos aislar efectivamente el sistema del detector y del medio ambiente.

Aunque es posible escudo de la S+D de electromagetic fuga el uso de espejos, no es obvio que podemos dejar los gravitones de escape. Trivialmente, podríamos hacer esto mediante la adopción de S+D para incluir todo el universo, pero la falta de cualquier observador externo es problemático para el operativo significado del experimento. En su lugar, nos permite simplemente asumir que el efecto de la gravedad del espejo puede ser construida. Sería esta solucionar nuestro problema?

Parece que lo haría. El sistema combinado S+D serían aislados, de ahí su evolución sería, por supuesto, unitaria y por lo tanto reversible. En particular, se volverían a su estado inicial después de la recurrencia de Poincaré tiempo, dejando el detector desenredado del sistema una vez más.

La pregunta, por lo tanto, es la de si un "escudo gravitatorio" pueden ser construidos en principio. A simple vista, parece que no, ya que las ecuaciones de GR no permiten excluir cualquier parte de la energía-impulso tensor cuando se utiliza para determinar la (global) sistema métrico - al menos que yo sepa.

Tenga en cuenta que esto no sería un argumento en contra de la "verdaderamente irreversible" gravitacional de la decoherencia, ya que se excluyen esa posibilidad por la asunción de unitarity.

Answer 4

Gambini y Pullin han desarrollado lo que ellos llaman el "Montevideo interpretación" de la teoría cuántica en una serie de documentos. Ver, por ejemplo, arxiv.org/abs/0903.2438 Mientras que su artículo(s) no puede contestar la pregunta exacta Scott le preguntó, que hacen uso de la pregunta subyacente de cómo la gravedad afecta a la decoherencia (y por lo tanto la interpretación de la teoría cuántica).

Answer 5

No es la decoherencia desde el campo estático del campo gravitacional de por sí, el campo estático es justo que se superponen de manera coherente a lo largo de con el cuadro de distribución de la masa. La decoherencia sólo viene cuando tenga algo de cuántica de las partículas que interactúan con el campo gravitatorio y desviado por un importe distinto para los dos campos diferentes, de modo que la diferente posición de la masa conduce a otra desviación de la partícula. A continuación, los dos de la deflexión de los estados se enredan con las dos de posición diferentes estados, y se pierde la coherencia entre los dos.

Lo mismo sucede cuando se tiene una partícula con un campo electrostático. El campo cercano se superpone junto con la partícula cuando se superponen dos de la posición de los estados, por lo que obtener una superposición de campos con dos centros diferentes. Esta superposición no es decohered, aunque el campo potencialmente se extiende arbitrariamente lejos. Se convierte en decohered cuando disparas una partícula a través del campo electrostático que se desvía por una cantidad diferente dependiendo de en qué campo es el que, a continuación, la posición de superposición se convierte en un desvío a la superposición, y la deflexión reduce la función de onda.