寻找一个将广义相对论和量子理论融为一体的理论框架已被证明是物理学中最困难的任务之一。这一追求背后的一个普遍假设是引力本身必须具有量子性质。事实上,有人从多个角度反对以量子方式处理物质场而以经典方式处理引力的方案 [1, 2]。然而,这些论点被发现没有预想的那么令人信服(例如,参见 [3, 4, 5])。很明显,关于引力基本性质的最终裁决必须以量子理论和引力都发挥重要作用的情况下的实验证据为基础。标准预期是,这种情况只会出现在涉及极高能量的现象中,或者当曲率值接近普朗克尺度(即 R ∼ 1 /m 2 p)时——这两种情况目前都远远超出了我们的经验范围。然而,最近有提案在桌面实验中寻找引力的可能量子行为,[6, 7]。与此同时,也有提案提出,通过探索涉及与需要量子力学处理的状态下的物质源相关的引力场的思想实验,可能会获得有用的提示,[8, 9]。后一种方法的具体实例已在 [10, 11, 12] 中进行了详细探讨。所考虑的思想实验涉及两个观察者:一个控制放置在两个空间位置的量子叠加中的粒子,另一个决定是否允许第二个粒子对其与第一个粒子的(电磁或引力)相互作用作出反应。这种设置使得粒子之间的相互作用似乎会阻止
1 简介 {sec:intro} 经典双重复制的最直接表述 [ 1 ] 是将杨-米尔斯理论阿贝尔部分的经典解和双伴生标量理论的经典解映射到广义相对论的经典解。引力解表示为规范理论解的两个副本,因此得名“双重复制”。相反,规范解通常被称为引力解的“单一副本”,而标量解被称为“第零个副本”。这种双重复制程序的基础在于规范和引力振幅之间的颜色运动学对偶性(有关最新评论,请参阅 [ 2 – 4 ])。自从最初为 Kerr-Schild 时空提出双重复制公式 [ 1 ] 以来,经典双重复制关系的其他几个例子
书籍章节 引力、量子力学和最小作用电磁平衡态 André Michaud* 高级研究员,加拿大 *通讯作者:André Michaud,高级研究员,加拿大 2020 年 3 月 23 日出版 本书章节是 André Michaud 于 2017 年 11 月在《天体物理学与航空航天技术杂志》上发表的一篇文章的转载。(Michaud A (2017) 引力、量子力学和最小作用电磁平衡态。J Astrophys Aerospace Technol 5: 152。DOI:10.4172/2329-6542.1000152) 如何引用本书章节:André Michaud。引力、量子力学和最小作用电磁平衡态。在:Amenosis Lopez,编辑。Prime Archives in Space Research。海得拉巴,印度:Vide Leaf。 2020。© 作者 2020。本文根据知识共享署名 4.0 国际许可条款发布(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/),允许在任何媒体中不受限制地使用、分发和复制,前提是对原始作品进行适当引用。摘要基础物理学的一个百年挑战是调和量子力学(QM),它从量化的角度处理基本粒子之间的亚微观相互作用,以及相对论力学,它
通过利用一对量子比特之间的共享纠缠,可以将量子态从一个粒子传送到另一个粒子。最近的进展揭示了量子隐形传态的内在多体泛化,与引力有着巧妙而令人惊讶的联系。具体来说,量子信息的隐形传态依赖于多体动力学,这种动力学源于与引力全息对偶的强相互作用系统;从引力的角度来看,这种量子隐形传态可以理解为通过可穿越虫洞传输信息。在这里,我们提出并分析了一种新的多体量子隐形传态机制——被称为峰值隐形传态。有趣的是,峰值隐形传态利用的量子电路类型与可穿越虫洞隐形传态完全相同,但微观起源却完全不同:它依赖于一般热动力学下局部算子的扩散,而不是引力物理。我们通过分析和数值证明了峰值尺寸隐形传态在各种物理系统中的普遍性,包括随机单元电路、Sachdev-Ye-Kitaev 模型(高温)、一维自旋链和带有弦校正的体引力理论。我们的研究结果为使用多体量子隐形传态作为强大的实验工具铺平了道路,用于 (i) 表征强关联系统中算子的尺寸分布和 (ii) 区分一般和内在引力扰乱动力学。为此,我们提供了在捕获离子和里德堡原子阵列中实现多体量子隐形传态的详细实验蓝图;分析了退相干和实验缺陷的影响。
1。简介53 6.3。引力光子 - Photon和Photon -2。线性重力场的量化54标量粒子散射91 2.1。线性近似54 6.4。在外部重力2.2中的光弯曲。GUPTA 56 FIELD 94 2.3的量化方案。补充条件58 7。将无旋转颗粒an灭为Gravitons 95 2.4。相互作用中的重力场59 8。重力 - 粒子顶点,质子 - 中子2.5。温伯格的无质量质量差异和相关问题的理论97粒子60 9.重力生殖器101 3。计算图表66 9.1的规则。静态外部4。从粒子的重力产生 - 抗颗粒重力场101歼灭70 9.2。类型7 + E -E + G 103 4.1的过程。电子 - 位置歼灭70 93。静态电磁5。〜Bremsstrahlung 74字段104 5.1。温伯格的公式〜10。同步辐射110 5.2。引力来自太阳8011。重力辐射的地面源110 5.3。中子星中的Bremsstrahung 81 11.1。引起的引力110 5.4的发射。带有引力11.2的雷神Bremsstrahlung。超辐射状态113散射82 11.3。连续产生引力5.5。带有库仑梁114散射84 11.4的Graviton Bremsstrahlung。刺激了相干的产生6。引力和重力散射的散射86重力辐射116 6.1。无旋性11.5对重力的散射。固体中的晶格振动119颗粒86 12。天体物理兴趣的结果121 6.2。中微子的重力散射88参考123
(全职,每周 40 小时)在维也纳 IQOQI 独立研究小组工作,该小组由 Marios Christodoulou 博士领导。该职位部分由时空量子信息结构项目支持。重点是量子信息、量子基础和引力物理的跨学科研究。需要具备量子基础、量子场论、量子信息、量子场论、量子多体系统、量子引力或相关领域的背景。跨学科背景可能更受欢迎。现在,维也纳量子光学和量子信息研究所 (IQOQI-Vienna) 正在为一位积极进取、资质优良的科学家提供博士后职位,初始合同为 12 个月,可以再延长 12 个月(1+1),从事量子信息和量子引力等更广泛领域的交叉研究。您的任务:
由于引力相互作用的普遍性,人们普遍预期在重新加热期间,当暴胀随着引力子的发射而发生扰动衰减时,会形成随机引力波 (GW) 背景。此前,文献中只考虑了暴胀主要衰减为轻标量和/或费米子粒子对的模型。我们重点研究最终衰变产物中存在矢量粒子对的情况。针对两种典型的暴胀子和矢量场耦合,给出了三体引力暴胀子衰变的差分衰减速率,并据此预测了它们各自的引力波频谱。结果表明,与标量和费米子的情况类似,得到的引力波谱频率太高,以至于当前和不久的将来的引力波探测实验无法观测到,需要设计新的高频引力波探测器。
有多种动机将引力理论扩展到爱因斯坦广义相对论 (GR) 之外。所有将这一理论与量子物理相协调的尝试都会以额外场、高阶运动方程或高阶曲率不变量的形式引入与广义相对论的偏差。例如,取弦理论中最简单的玻色弦理论的低能极限,得到 ω = − 1 布兰斯-迪克理论,而不是广义相对论,后者是标量张量理论的原型(ω 是布兰斯-迪克耦合)[1,2]。然而,研究替代引力理论的最有力动机来自宇宙学。例如,最受数据青睐的膨胀模型,即斯塔罗宾斯基膨胀,包括对广义相对论的量子修正。最重要的是,基于广义相对论的标准冷暗物质宇宙学模型无法令人满意地理解当今宇宙的加速膨胀:它需要引入一个令人惊奇的精细调节的宇宙常数或另一种形式的特设暗能量,而暗能量的性质仍然难以捉摸[3]。无论如何,即使承认暗能量的存在,冷暗物质的其他问题仍然无法解决,如哈勃张力[4,5]、对同样神秘的暗物质的要求,以及困扰宇宙学和黑洞物理学的奇点问题。因此,研究其他引力理论来解决或缓解这些问题至少是合理的。修改广义相对论最简单的方法是增加一个标量(大质量)自由度,这导致了 Brans-Dicke 引力[6]及其标量-张量推广[7-10]。 f(R) 类引力理论原来是标量张量理论的一个子类,它在解释当前没有暗能量的宇宙加速过程中非常流行([11],参见[12-14]的评论)。在过去的十年中,旧的 Horndeski 引力 [15] 被重新审视并进行了深入研究(参见[16]的评论)。这类理论被认为是最一般的标量张量引力,允许二阶运动方程,但后来人们发现,如果满足合适的退化条件,更一般的退化高阶标量张量 (DHOST) 理论可以允许二阶运动方程(参见[17]的评论)。Horndeski 和 DHOST 理论在其作用中包含任意函数,这使得场方程非常繁琐,研究起来也很困难。多信使事件 GW170817/GRB170817 [ 18 , 19 ] 证实了引力波模式以光速传播,这基本上排除了结构最复杂的 Horndeski 理论 [ 20 ],但仍存在许多可能性(对应于作用中的四个自由函数)。因此,很难掌握这些理论及其解决方案的详细物理意义,并且大部分工作必然局限于形式理论方面和寻找分析解决方案。
在这篇评论中,我们讨论了黑洞信息悖论方面的一些最新进展。在深入研究之前,让我们先讨论一下总体动机。研究量子引力的主要动机之一是了解宇宙的最初时刻,我们预计量子效应占主导地位。在寻找这一理论时,最好考虑更简单的问题。一个更简单的问题涉及黑洞。它们的内部也包含一个奇点。这是一个各向异性的大挤压奇点,但这也是量子引力必不可少的情况,因此很难分析。然而,黑洞为我们提供了从外部研究它们的机会。这更简单,因为远离黑洞我们可以忽略引力的影响,我们可以想象提出尖锐的问题,从远处探测黑洞。这些问题之一将成为这篇评论的主题。我们希望,通过研究这些问题,我们最终能够理解黑洞奇点,并为大爆炸吸取一些教训,但我们不会在这里这样做。70 年代对黑洞的研究表明,黑洞表现为热物体。它们的温度会导致霍金辐射。它们还具有由视界面积决定的熵。这表明,从外部的角度来看,它们可以被视为一个普通的量子系统。霍金通过我们现在所知的“霍金信息悖论”反对这一想法。他认为黑洞会破坏量子信息,而宇宙的冯·诺依曼熵会因黑洞形成和蒸发的过程而增加。90 年代使用弦理论(一种量子引力理论)的结果为研究非常具体的引力理论的这一问题提供了一些精确的方法。这些结果强烈表明信息确实会出现。然而,目前的理解需要量子系统具有某些对偶性,而时空的几何形状并不明显。在过去的 15 年中,人们对引力系统的冯·诺依曼熵有了更好的理解。熵的计算也涉及表面面积,但表面不是视界。它是一个使广义熵最小化的曲面。这个公式几乎和黑洞熵的贝肯斯坦公式一样简单 [1,2]。最近,该公式被应用于黑洞信息问题,提供了一种计算霍金辐射熵的新方法 [3,4]。最终结果与霍金的结果不同,但与幺正演化一致。细粒度熵公式的第一个版本由 Ryu 和 Takayanagi [5] 发现。随后,许多作者对其进行了改进和推广 [3,4,6–11]。最初,Ryu-Takayanagi公式被提出来计算反德西特时空中的全息纠缠熵,但目前对这个公式的理解更为普遍。它既不需要全息术,也不需要纠缠,也不需要反德西特时空。相反,它是与引力耦合的量子系统的细粒度熵的通用公式。