与当前量子重力模型的相对论同步量子力学的同步不同。它起源于物理学哲学的根源和相对论和量子力学的基本概念。它强调了两个有意识的观察者需要体验一个有意识的时刻的事实。已经讨论了各种意识概念,并强调了引入新的量子意识模型的必要性。已经对量子坐标系进行了研究,以解释对“观察”和“现实”现象的当前理解。已经阐述了物理定义的观察结果仅限于Lorentz时空坐标系统,Minkowski协调系统和一般相对论。但是,如果不考虑另一种隐藏的转换来解释量子坐标系,将量子状态转化为相对坐标系,这是两个有意识的观察者之间通过量子状态的交互机制解释的两个有意识的观察者之间的相互作用,就无法完成观察现象。通过产生有意识的时刻的机制来说明流程图,并提出了一种新的意识模型。它强调了以下事实:“现实”与物理学定义的“观察”不同。它影响了特殊相对论的相对论因素,并提出了对其的修改。如果通过实验证明了这种修改的相对论因素,则结果确立了意识的机制和意识研究物理学的显着突破。
量子场论是描述几乎所有基础物理现象的现代理论框架。这包括基本粒子物理的标准模型,其中有电磁力、弱力和强力,而且很可能以某种方式包括暗物质和引力。量子场论与量子力学有着密切的联系,历史上,当人们清楚地认识到相对论版本的量子力学不一致时,量子场论就发展成为无限多自由度的量子理论。在现代理解中,量子场论实际上是非相对论量子力学的基础,后者在极限上遵循前者。还有一种非相对论版本的量子场论,它可以描述非相对论粒子的少体物理,但也可以很好地用于描述多体物理和凝聚态物质。另一个非常有趣的联系是量子场论和统计场论之间的联系。相对论量子场论所需的许多概念只有从统计物理学的角度才能正确理解,而且,同样的概念也可用于描述随机理论,其中波动不是量子起源,而是有不同原因。这甚至超越了物理学和自然科学。相对论量子场论与群论、对称理论也有有趣的交集。具体来说,各种李群在理解基本粒子物理标准模型的现象方面起着重要作用。这里还可以提到时空对称性的后果,如守恒定律或粒子实际上的基本概念。它与(量子)信息论还有一个非常有趣的关系,目前正在更详细地探索。未来几年,很有可能对量子场动力学有进一步的了解。
自从量子参考系 (QRF) 变换首次出现以来,它就得到了广泛的讨论,将物理定律的协方差推广到量子领域。尽管取得了重大进展,但仍然缺乏洛伦兹对称性的 QRF 变换公式。本研究旨在填补这一空白。我们首先引入一种独立于任何优选时间切片概念的相对论量子力学的重新表述。在此基础上,我们定义了在不同相对论 QRF 视角之间切换的变换。我们引入了“量子洛伦兹变换”和“洛伦兹增强叠加”的概念,作用于量子粒子的外部自由度。我们分析了两种效应,即时间膨胀的叠加和长度收缩的叠加,只有当参考系同时表现出相对论和量子力学特征时才会出现这两种效应。最后,我们讨论了如何通过测量相对论 QRF 的波包扩展来观察这些效应。
可能会觉得,如果脱离广义相对论或更广泛的场论考虑,就无法充分理解能量-质量“等价性”。这种态度的表达见 Lehmkuhl (2011, p.454, n.1)。但有充分的理由认为,可以在狭义相对论粒子动力学的有限背景下以富有启发性的方式研究能量-质量关系,事实上,这种受限背景是探究能量与质量关系的合适起点。首先,爱因斯坦 (1905) 所阐述的质量与能量的最初关联完全基于狭义相对论粒子动力学。因此,存在一个简单的概念问题,即如何理解这种等价性,它早于任何广义相对论或场论考虑。爱因斯坦认为,质量和能量的同一性已经建立在相对简单的点粒子动力学相对论理论之上。其次,下文讨论的对公认观点提出的哲学挑战在广义相对论的更广泛背景下再次浮现。正如 Hoefer (2000) 所指出的,能量和质量的概念地位在该背景下更成问题。因此,从更简单的情况开始是一种很好的哲学方法,希望对狭义相对论粒子动力学的清晰理解可以指明理解更复杂背景的方向。这里提出的解释是否可以适当地扩展到包括广义相对论在内的经典领域,这是一个悬而未决的问题。
这是查尔斯大学 2023/24 年开设的“弯曲时空中的量子信息”课程的学习教材。该教材以爱德华多·马丁-马丁内斯在滑铁卢大学圆周研究所开设的类似课程为基础,并源自最近的多篇论文。基本上,我们将涉及相对论量子信息 (RQI) 研究的一些主题,这是一门在 2010 年左右出现的新学科,旨在合并三个领域:广义相对论 (GR)、量子场论 (QFT) 和量子信息 (QI)。主要思想是将相对论描述纳入 QI 处理,并从 QI 的角度研究时空结构和重力性质。例如,我们想解决以下问题:
奇点在基础物理学的最佳理论中占有重要地位:量子场论(QFT)是粒子物理学标准模型的框架,描述了所有基本粒子和力,而广义相对论(GR)将引力描述为时空的曲率。这些奇点有多种类型,引发了人们对它们对这些理论的地位和未来理论发展所暗示的不同诊断。然而,至少其中一些被标准解释为促使人们寻找一种更基本的理论:量子引力(QG)。此外,这些奇点在广义相对论和量子场论中的出现通常被认为表明了量子引力的某些特征,这些特征将使非基础理论中的奇点不再成为问题;也就是说,人们期望新理论将解决或消除特定的奇点,并解释它们在当前理论中的出现。因此,奇点通常不仅被视为寻找新理论的动机,而且还为该理论的形式提供了宝贵的见解。鉴于缺乏可用于辅助其发展的经验动机、指导原则和约束,这一点对于寻找量子引力场至关重要。鉴于奇点的重要性和潜在价值,值得更彻底地研究奇点在广义相对论和量子场论中的意义,以了解它们对寻找量子引力场有何启示。特别有趣的是,对比这些理论对不同奇点的不同态度,并探究对量子引力场的推测含义是否有充分的动机。这是本文的目的。我们首先考虑广义相对论中的两种时空奇点:测地线不完备性(§2.1)和曲率奇点(§2.2)。关于广义相对论中这些奇点的意义,物理学界和哲学界的主流态度已经存在分歧。在物理学中,时空奇点通常被认为代表广义相对论的“崩溃”,因而指出需要量子广义相对论。我们在哲学中发现了相反的态度,因为一些著名文献试图明确广义相对论“崩溃”的意义,却找不到任何可以指责该理论不完备的答案。我们概述了一些论据,说明为什么每一种类型的奇点都可能被认为是有问题的,从而需要加以解决。特别是,§2.3 提出了一个论据,说明曲率奇点如何可能被认为是广义相对论“崩溃”的信号,我们认为这在哲学文献中一直被低估了。然后,我们考虑 QFT 中的两种奇点:紫外发散,通常被认为源于使用微扰理论(§3.1);以及朗道极点,紫外发散,通常被认为不是源于使用微扰理论(§3.2)。接下来(§3.3),我们考虑在量子场论的框架下以微扰方式处理广义相对论中的发散(即与爱因斯坦-希尔伯特作用的不可重正化相关的发散),以及渐近安全场景提出的潜在解决方案。在§3.4中,我们发现了对量子场论奇点的四种可能立场。这四种立场是当前理论中对奇点的四种更一般态度的案例。在§4中,我们概述了对奇点的四种态度,这主要基于对物理学文献的调查。虽然似乎普遍一致认为至少一些奇点必须或将会被重正化,但这并不意味着我们对奇点的态度是绝对的。
摘要。我们从协变完全正映射构造相对论量子马尔可夫半群。我们首先将 Stinespring 膨胀中的一个步骤推广到一般的不完全性系统,并将其基于庞加莱群。所得噪声通道具有相对论一致性,并且该方法适用于任何基本粒子,尽管我们针对类光粒子的情况进行了演示。相对论一致性完全正身份保持映射的克劳斯分解(我们的设置在海森堡图中)使我们能够构造一致连续的协变量子马尔可夫半群。我们从小群中诱导表示,以确保由于传递系统不完全性而具有遍历性的量子马尔可夫半群。
物理学中最为成熟的两个理论框架是广义相对论和量子场论。广义相对论认为,与刚性背景相反,时空本身是一个动态实体,它与存在于其中的物质相互作用。另一方面,量子场论声称,我们与之相互作用的所有基本粒子实际上都是场的量化激发。这两种理论都经受住了实验的考验,精度令人难以置信;然而,它们都存在概念问题,这表明还有我们尚未发现的更深层次的理论。广义相对论在模拟从苹果掉落到宇宙膨胀等现象方面非常成功,但它也预测了自身的失败:时空奇点不可避免地由恒星坍缩形成,此时曲率变为无限大。另一方面,量子场论受到无限性的困扰更为严重。许多表达式仅以形式表达式的形式存在,尽管可以通过重正化方案消除一些分歧,但我们仍然对量子场论作为自然基本描述的真正有效性产生了质疑。除此之外,尽管广义相对论和量子场论是两种经过最精确测试的理论,但它们是由不相容的数学框架构建的,因此不可能同时成立。还有其他更微妙的问题,例如黑洞信息悖论,它促使我们重新审视我们目前可用的理论。
量子力学改变了我们对物理世界的看法,在过去的二十年中,物理系统的量化特征也已成为技术不同分支的资源[1,2]。尤其是,当计量学遇到量子机械时,就可以使用整个新的新特征来提高物理测量的精度,并构想新颖的量子增强方案以表征信号和设备[3-5]。相对论也改变了物理的范例,并发现了相关的技术应用[6]。因此,是否可以共同利用相对论和量子机械性能以提高物理测量的精度。在本文中,我们遵循了这一想法,并证明了范式相对论特征,重力时间扩张确实可能代表了可以与量子叠加一起使用的资源,以证明重力常数的估计或其变化。