Question:
Quelles sont les raisons de s'attendre à ce que la gravité soit quantifiée?
MBN
2011-03-15 23:50:50 UTC
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Ce qui m'intéresse, ce sont des exemples / raisons spécifiques pour lesquelles la gravité devrait être quantifiée. Quelque chose de plus que "bien, tout le reste est, alors pourquoi pas la gravité aussi". Par exemple, n'est-il pas possible qu'une théorie quantique des champs sur l'espace-temps courbe soit la manière de traiter QFT et la gravité dans des questions où les effets de ni l'un ni l'autre ne peuvent être ignorés?

Cela n'a-t-il pas été abordé dans les questions précédentes?
Peut-être que je n'ai pas pu le trouver. Je peux supprimer celui-ci si quelqu'un peut me montrer les questions.
Je n'ai pas pris la peine de regarder non plus, alors je vous crois sur parole;) En ce moment, c'est la question de la rétrodiction qui est chaude et lourde, alors revenons-y! Et revenons au vôtre plus tard, j'en suis sûr.
Je l'ai peut-être manqué. Je n'ai pas trop cherché bien que je déteste quand les gens répètent des questions et sont trop paresseux pour vérifier. C'est donc le cas désolé. Ce n'est pas urgent, chaque fois que vous en avez le temps.
LOL. Ensuite, nous sommes également paresseux. Cool. J'essaierai de donner une réponse. La question elle-même est très bonne et dont la réponse beaucoup trop de gens tient pour acquise. Par conséquent, tant la théorie des cordes que les gens de lqg ont ces «œillères de quantification», qui les empêchent de voir des solutions à leurs problèmes respectifs - pour ST celle de trouver une description plus naturelle de la nature, c'est-à-dire sans dimensions supplémentaires ni compactification; et pour LQG, la question de savoir comment inclure la matière et les interactions. Comme Jacobson l'a noté, la quantification des ressources génétiques pourrait être aussi utile que la quantification de l'hydrodynamique.
Je pense que c'est précisément parce que "tout le reste est";) Dès que l'on accepte que notre monde est intrinsèquement quantique, il n'y a tout simplement pas d'autre moyen. Et je pense que cela est accepté depuis un certain temps maintenant (enfin, par les scientifiques au moins) ...
@Deepak, dans l'attente de votre réponse. Je serai très surpris si vous pouvez fournir quelque chose de non trivial et d'intéressant :)
@Marek c'est mon honneur et mon plaisir de trouver des moyens de vous surprendre grandement alors je ferai de mon mieux;)
@Marek, cela peut très bien être le cas. Je suis curieux de savoir s'il existe d'autres raisons plus spécifiques et moins philosophiques générales. Par exemple, une fois que vous avez la mécanique quantique, vous devez quantifier le champ électromagnétique. Car si elle est traitée de manière classique, il est facile de faire une expérience de pensée violant le principe d'incertitude, et bien d'autres raisons.
@MBN s'excuse pour la longue réponse, mais là encore, il serait "moralement mal" pour moi de traiter cette question comme une question avec une réponse triviale;)
Je peux voir que la question doit être mise aux voix. Quelqu'un peut-il expliquer pourquoi? Et y a-t-il quelque chose qui puisse être modifié pour qu'il devienne meilleur?
@MBN: Je n'ai pas voté pour fermer, mais en voyant les réponses, j'aurais probablement dû. Cette question (et les réponses aussi) n'apporte aucune valeur, juste une controverse. Une façon d'améliorer cette question est de nous dire pourquoi vous pensez que la gravité * ne devrait pas * être quantifiée car il est assez évident pour tout le monde qu'elle devrait (ou plutôt, doit) l'être. Ou revenons à votre analogie, pourquoi pensez-vous que vous ne travaillez pas dans l'anneau des nombres entiers (et vers quel anneau avez-vous bougé?) Et 1 + 1 = 2 devrait s'arrêter pour tenir? ;)
@Marek: Je ne pense pas que la gravité ne devrait pas être quantifiée. Je pense qu'il DEVRAIT être quantifié. Je ne cherche pas de personnes pour convaincre de quelque chose que je suis déjà. Je ne comprends vraiment pas. Que trouvez-vous si étrange dans ma question. Je n'ai jamais vu ou posé la question "Y a-t-il une autre raison à cela?" ou "Y a-t-il une autre façon de faire cela?". À propos de l'analogie, je ne pense pas que je ne travaille pas dans l'anneau des nombres entiers. Je demande cela. Et c'est une mauvaise analogie.
@MBN: Je pense que c'est une bonne analogie. Encore une fois, vous savez que 1 + 1 = 2 (dans l'anneau des nombres entiers). Mais vous demandez toujours pourquoi. C'est ce que je ne comprends pas. Soit vous comprenez les nombres entiers et alors la déclaration est parfaitement évidente. Ou vous ne les comprenez pas, mais alors vous devriez poser des questions sur les nombres entiers et non sur pourquoi 1 + 1 = 2. Ou dans votre cas, pourquoi notre monde est intrinsèquement quantique parce que ce fait de base montre clairement que la gravité, comme tout autre phénomène doit se comportent selon les règles de la théorie quantique.
@Marek: Je ne demande pas pourquoi, je demande s'il y a d'autres raisons connues. Si personne n'en connaît d'autre, c'est très bien. J'étais simplement curieux. Si vous en connaissez un autre, dites-moi, si vous ne vous sentez pas bien, mais quel est le but de cette discusion sans fin?!
@MBN: le but de cette discussion est de déterminer la valeur de votre question, entre autres. Ce qui est directement lié à votre demande sur la raison du vote négatif et les moyens de l'améliorer;)
Doublons: http://physics.stackexchange.com/questions/52211/is-the-quantization-of-gravity-necessaire-for-a-quantum-theory-of-gravity?lq=1, http: // physique. stackexchange.com/questions/10088/why-does-gravity-need-to-be-quantised?lq=1
En essayant de construire le modèle le plus simple possible pour le potentiel électrique, pour le dipôle magnétique et pour les photons, je suis arrivé à la conclusion que nous n'avons besoin que de deux quanta et clusters de ces deux quanta (résumé voir [ici] (https://en.wikipedia.org/ wiki / Utilisateur: HolgerFiedler / Photons_as_composed_particles)).Je suis convaincu que la quantification des interactions électromagnétiques résulte de l'existence de ces deux quanta et de la séquence continue de tailles d'amas de ces deux quanta....
... Il est très probable que la gravitation soit faite à partir de gravitons mais d'un seul type et la densité de ces monopoles est responsable de la courbure de l'espace.Même si la gravitation est également constituée de particules (gravitons), il n'y a pas de structure à séquence continue.Pour cette raison, il n'est pas possible de quantifier le champ gravitationnel.
Huit réponses:
#1
+36
Luboš Motl
2011-03-16 02:31:01 UTC
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La gravité doit être soumise à la mécanique quantique car tout le reste est également quantique. La question semble interdire cette réponse mais cela ne peut pas changer le fait que c'est la seule bonne réponse. Cette proposition n'est pas une vague spéculation mais une preuve logiquement incontestable de la quanticité.

Considérons une simple expérience de pensée. Installez un détecteur de noyau en décomposition, connecté à un chat Schrödinger. Le chat est connecté à une bombe qui divise la Terre en deux rochers lorsqu'elle explose. Le champ gravitationnel des deux demi-terres diffère du champ gravitationnel de la planète unique que nous connaissons et aimons.

Le noyau évolue vers une superposition de plusieurs états, faisant inévitablement la même chose avec le chat et avec la Terre aussi. Par conséquent, la valeur du champ gravitationnel de la place précédemment occupée par la Terre se retrouvera également dans une superposition de plusieurs états correspondant à plusieurs valeurs - car il y a une certaine amplitude de probabilité pour la Terre d'avoir explosé et une certaine amplitude de probabilité pour qu'elle ont survécu.

S'il était possible de dire "objectivement" si le champ gravitationnel est celui d'une Terre ou de deux demi-Terres, il serait aussi possible de dire "objectivement" si le noyau s'est désintégré ou ne pas. Plus généralement, on pourrait faire des déclarations "objectives" ou classiques sur n'importe quel système quantique, de sorte que les systèmes microscopiques devraient également suivre la logique de la physique classique. De toute évidence, ce n'est pas le cas, donc il doit être impossible que le champ gravitationnel soit "simplement classique".

Ceci est juste une preuve explicite. Cependant, on peut présenter des milliers d'incohérences liées qui découleraient de toute tentative de combiner des objets quantiques avec les objets classiques dans une seule théorie. Une telle combinaison est simplement logiquement impossible - elle est mathématiquement incohérente.

En particulier, il serait impossible pour les "objets classiques" de la théorie hybride d'évoluer en fonction des valeurs d'espérance de certains opérateurs quantiques. Si tel était le cas, «l'effondrement de la fonction d'onde» deviendrait un processus physique - parce qu'il modifie les valeurs d'espérance, et cela se refléterait dans les quantités classiques décrivant le secteur classique du monde potentiel (par exemple, si le champ gravitationnel dépendait uniquement des valeurs attendues de la densité d'énergie).

Une telle physicalité de l'effondrement conduirait à des violations de la localité, de l'invariance de Lorentz, et donc aussi de la causalité. On pourrait transmettre de manière superlumineuse les informations sur l'effondrement d'une fonction d'onde, et ainsi de suite. Il est totalement essentiel pour la cohérence de la mécanique quantique - et sa compatibilité avec la relativité - de garder «l'effondrement» d'une fonction d'onde comme un processus non physique. Cela interdit aux quantités observables de dépendre des valeurs d'attente des autres. En particulier, il interdit aux observables dynamiques classiques d'interagir mutuellement avec les observables quantiques.

Wow, c'est une excellente réponse. Je n'y ai jamais pensé de cette façon.
* Ceci est juste une preuve explicite * ... ce n'est pas une telle chose. En fait, le raisonnement que vous utilisez a déjà été utilisé par Penrose et est celui à la base de sa proposition sur l'effondrement de la fonction d'onde dû aux effets gravitationnels. C'est une chose de créer une superposition d'un état d'un seul, voire de plusieurs qubits. C'est tout autre chose de prétendre que vous pouvez créer une superposition d'un corps gravitationnellement massif tel que la terre. En fait j'ai parlé à Penrose une fois (chanceux moi) et comme il l'a dit, c'est précisément la situation où l'argument échoue ...
... Donc, à moins que vous ne puissiez expliquer ou décrire à quoi devrait ressembler la superposition du champ gravitationnel d'un objet massif en deux endroits distincts, votre expérience de pensée ne tient pas vraiment. En fait, ce n’est pas simplement une autre possibilité, mais une possibilité qui fait actuellement l’objet d’une enquête. Voir les PRL sur "Vers des superpositions quantiques d'un miroir" [ref1] (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v91/i13/e130401), [ref2] (http://prl.aps.org / résumé / PRL / v94 / i3 / e030401)
Cher @keenan,, vous avez raison, c'est une excellente façon de penser au problème. Seulement cela a été fait auparavant (par Penrose pour être précis) et conduit à des conclusions tout à fait opposées à ce que déclare @Lubos. Il n'y a pas de moyen cohérent de construire une superposition d'états d'objets gravitationnellement massifs dans n'importe quel cadre actuel, sans également déclencher l'argument de Penrose selon lequel cela conduirait à l'effondrement de la fonction d'onde de l'objet.
@Lubos, J'ai exclu cette réponse parce que c'est la plus évidente, je le sais, et je ne veux pas voir dix réponses disant cela. Ah, et ce que Deepak a dit.
Juste pour jouer l'avocat du diable: quelqu'un comme Penrose considérerait l'expérience Gedanken de Lubos comme une preuve qu'il pourrait y avoir une "réduction objective" induite par la gravité, modifiant ainsi la mécanique quantique, il reste donc une possibilité logique (bien que physiquement invraisemblable) que la gravité ne devrait pas être quantifiée.
@MBN: excuses, mais encore une fois, il ne peut y avoir de réponse inéquivalente car l'incompatibilité de l'évolution classique avec l'évolution quantique est la seule (mais très importante) raison possible pour laquelle la gravité classique ne peut pas être ajoutée à un monde quantique. Si vous vouliez éviter des échanges infinis avec Deepak, vous auriez donc dû éviter de vous poser complètement cette question.
@Deepak: votre proposition audacieuse - que les objets macroscopiques pourraient éviter la mécanique quantique - est encore bien pire que la proposition de cette question même, à savoir que les champs gravitationnels pourraient éviter la mécanique quantique. Des morceaux arbitrairement grands d'un solide (par exemple un cristal ou un métal), pour prendre un exemple, suivent les lois de la mécanique quantique. Demandez à n'importe quel physicien de la matière condensée qui étudie ces mêmes questions tout le temps. Vous pouvez essayer de défendre vos propositions absurdes par l'autorité d'un mathématicien britannique, mais comme il n'a aucune idée du fonctionnement de la QM, cet argument ad hominem est très faible.
@MBN: donc vous voulez savoir à quoi 1 + 1 est égal mais vous excluez 2 parce que vous le savez et vous ne voulez pas voir de réponses disant que ...
@Lubos, c'est OK, je peux accepter cette réponse s'il n'y a pas d'autre raison. Personnellement, je pense que tout devrait être quantifié. Mais est-ce que tout cela signifie qu'on ne peut pas être curieux et se poser la question!
QMarek, non pas exactement. Je sais que 1 + 1 est 2 dans l'anneau des nombres entiers, je demande si cela doit être le cas dans n'importe quel anneau. L'analogie n'est pas géniale.
@Luboš Un problème que j'ai avec cette réponse est que cet argument n'établit pas que la constante de Planck doit déterminer l'échelle des fluctuations et / ou des incompatibilités de mesure en géométrodynamique (ou dans votre théorie préférée). La dynamique émergente à petite échelle est un livre trop fermé. En termes ad hoc, nous pourrions introduire un amortissement qui ne fonctionne qu'à petite échelle.
D'accord. Comment peut-on obtenir le "o" avec le "ˇ" en haut pour le nom @Lubos'? J'ai un mac. Shft + Meta + T me donne ˇ. Mais comment puis-je obtenir cela en plus du «o»?
@Deepak Copier et coller?
@Deepak, Je suis intéressé par cet argument de Penrose. Quelle est une bonne référence pour cela? Ce? http://books.google.com/books?id=FFeyTEU10BAC&pg=PA179
@Keenan, il faudrait peut-être en parler dans un de ses livres, "Road to Reality". Sinon, voir son article dans le livre "Physics meets Philosophy at the Planck Scale". Voir également les articles que j'ai liés à quelques commentaires et références. Bonne idée @mmc! Mais ce n'est qu'une solution à court terme.
Ou plus simplement voici un lien vers le pdf de son article [On Gravity's Role in Quantum State Reduction] (http://210.75.240.142/upload/blog/file/2010/8/201081019170575880.pdf)
@MBN: Je ne comprends pas votre analogie. Soit vous connaissez la réponse, soit vous ne le savez pas. Si vous le faites, je ne sais pas pourquoi vous posez cette question (sauf pour susciter la controverse). Sinon, je ne sais pas pourquoi vous interdisez certaines réponses.
@Marek: C'était votre analogie. J'ai expliqué pourquoi je l'interdis. Je veux voir d'autres raisons. S'il n'y a pas d'autres raisons, cela me convient. Et quelle controverse pourrait-il y avoir ici!
@MBN: quelles autres raisons? Il n'y a qu'une seule raison et cela rend la réponse évidente: notre monde se comporte selon la mécanique quantique, un fait qui a été testé sans aucun doute. Vous n'avez besoin de rien d'autre (et il ne peut y avoir rien d'autre) pour répondre à votre question mais vous interdisez toujours cette réponse. C'est ce que je ne comprends pas.
@Marek: y pense de cette façon. Je connais une preuve d'un théorème et je veux savoir s'il existe d'autres preuves connues. Notez que je sais que le théorème est vrai, je n'ai pas besoin d'une preuve car j'en ai une. Je suis simplement curieux de savoir s'il y en a d'autres. Pourquoi est-ce si difficile à obtenir !!!
@MBN: c'est difficile à obtenir car c'est en fait la * toute première * fois que vous dites cela;) Alors merci d'avoir enfin fourni cette information qui aurait dû être présente dans la question depuis le tout début ...
@Marek: J'ai dit quelque chose à ce point à plusieurs reprises. Par exemple, dans mon premier commentaire ici à Lubos, j'ai dit que c'est la réponse évidente et je sais, donc je cherche autre chose. Quoi qu'il en soit, il semble que ce sont toutes les réponses que j'obtiendrai.
@MBN: ouais, mais vous n'avez pas vraiment dit pourquoi. Désolé mais je ne vous ai vraiment pas compris et à en juger par les réponses et les commentaires, je ne suis pas le seul. En d'autres termes, votre question ne dit pas "Je veux une preuve différente de cela", mais plutôt "Pourquoi diable cela devrait-il tenir?"
Oui, ce n'est probablement pas assez clair, mais vous pouvez demander dans les commentaires après la question pour que je vous explique. Je ne sais pas pourquoi tout le monde (la plupart) saute aux conclusions. Ce que j'ai demandé n'était pas "Pourquoi diable cela devrait-il tenir?" c'était "Quelles sont les raisons pour lesquelles cela tient?" Quoi qu'il en soit, si je l'ai mal écrit, je n'obtiens pas de bonnes réponses, donc je sais pour la prochaine fois.
Pourrais-je étendre cet argument / question à la possibilité d'insérer n'importe quel champ classique (pas seulement la gravité) dans une théorie quantique? Vraisemblablement, par les arguments ci-dessus, cela doit également être rejeté?
Si nous étions des fourmis mesurant les ondes électromagnétiques tout en étant inconsciemment dans un guide d'ondes, nous conclurions que la fréquence est quantifiée, nous aurions raison ... mais aussi tort.Vous aimerez peut-être (ou pas) cette question certes phénoménologique que j'ai posée: https://physics.stackexchange.com/questions/336066/why-shy-away-from-non-local-nature-of-gravitational-energy-momentum Excellentquestion btw!.
#2
+19
user346
2011-03-16 01:50:35 UTC
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Raisons pour lesquelles pourquoi la gravité devrait se prêter à une "quantification":

  1. Parce que tout le reste ou comme le dit @Marek parce que "le monde est intrinsèquement quantum". Ceci en soi est plus un article de foi qu'un argument en soi .

  2. Parce que QFT sur un espace-temps courbe (dans son avatar traditionnel) n'est valable que tant que la contre-réaction est négligée. En d'autres termes, si vous avez une théorie des champs, cela contribue à $ T _ {\ mu \ nu} $ et par les équations d'Einstein, cela doit à son tour affecter l'arrière-plan via:

    $$ G _ {\ mu \ nu } = 8 \ pi G T _ {\ mu \ nu} $$

    Par conséquent, l'approche QFTonCS n'est valable que tant que l'on considère des intensités de champ qui n'affectent pas sensiblement le fond. En tant que tel, il n'y a pas de traitement technique sur la façon d'incorporer la réaction inverse pour les distributions de matière arbitraires. Par exemple, le calcul de Hawking pour le rayonnement BH se décompose pour les densités de matière $ \ gt M_ {planck} $ par unité de volume et peut-être beaucoup plus tôt. Gardez à l'esprit que $ M_ {planck} $ n'est pas un nombre astronomique mais c'est $ \ sim 21 \, \ mu g $, c'est-à-dire la masse d'une colonie de bactéries!

    La grande majorité des astrophysiques les processus se produisent dans des champs gravitationnels forts avec des densités de matière suffisamment élevées pour que nous nous méfions de ces calculs semi-classiques dans ces régimes.

  3. Eh bien, il n'y a pas vraiment de troisième raison pour laquelle je peux penser de, autre que "cela vous donne quelque chose à mettre sur une proposition de subvention";)

La justification du pourquoi se résume donc à a). parce qu'il est obligatoire et / ou serait mathématiquement élégant et satisfaisant, et b). parce que nos autres méthodes échouent dans les régimes intéressants.

Face à la nature "intrinsèquement quantique" du monde, nous avons besoin d'arguments solides pour pourquoi pas . En voici quelques-uns:

  1. Le monde n'est pas seulement "intrinsèquement quantique" mais il est également "intrinsèquement géométrique" tel qu'incarné par le principe d'équivalence. Nous ne connaissons aucune formulation appropriée de la gestion de la qualité qui puisse naturellement incorporer l'indépendance de fond au cœur de la GR. Ou du moins c'était le cas avant le développement de LQG. Mais les détracteurs de LQG affirment qu'en l'absence de résolution satisfaisante de certaines questions fondamentales (voir un article récent d'Alexandrov et Roche, Aperçu critique des boucles et des mousses). Malgré les récents succès, on ne sait pas non plus comment intégrer la matière dans cette image. Il semblerait que les préons topologiques soient les candidats les plus naturels pour la matière étant donné la structure géométrique de LQG. Mais il ne semble pas y avoir de moyen simple d'obtenir ces états tressés sans sortir du cadre LQG normal. Une tentative courageuse est faite dans cet article, mais il reste à voir si cette ligne de pensée portera des fruits sucrés et délicieux et non des déchets infestés de vers!

  2. À partir de Jacobson (AFAIK) ( Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State, PRL, 1995), il existe la démonstration que les équations d'Einstein surgissent naturellement dès que l'on impose les lois de la thermodynamique ($ dQ = TdS $) sur le rayonnement émis par les horizons de Rindler locaux tels qu'ils sont ressentis par tout observateur accéléré. Cette preuve semble suggérer que la physique des horizons est plus fondamentale que les équations d'Einstein, qui peuvent être vues comme une équation d'état. Cela revient à dire que l'on peut déduire la loi des gaz parfaits de l'hypothèse qu'un gaz parfait devrait satisfaire les première et deuxième lois de la thermodynamique dans une limite thermodynamique appropriée ($ N, V ​​\ rightarrow \ infty $, $ N / V \ rightarrow $ constante). Et la dernière raison de pourquoi pas ...

  3. Parce que les autres approches directes de "quantification" de la gravité semblent avoir échoué ou au mieux atteint une impasse.

Dans l'ensemble, il semblerait que l'on puisse trouver des raisons plus convaincantes pour pourquoi pas de quantifier la gravité que pour pourquoi nous devrions le faire. Alors qu'il n'y a pas de justification autonome pour pourquoi (mis à part les résultats nuls que je mentionne ci-dessus), les raisons de pourquoi pas ont seulement commencé à se multiplier. Je mentionne le travail de Jacobson mais ce n'était que le début. Le travail de l'élève de Jacobson (?) Christopher Eling ( réfs) avec Jacobson et quelques autres a étendu l'argument original de Jacobson au cas où l'horizon est dans un non-équilibre Etat. Le résultat de base étant que si l'hypothèse d'équilibre conduit aux équations d'Einstein (ou de manière équivalente l'action d'Einstein-Hilbert), l'hypothèse d'écarts par rapport à l'équilibre donne l'action d'Einstein-Hilbert plus des termes d'ordre supérieur tels comme $ R ^ 2 $, ce qui apparaîtrait également comme des corrections quantiques de toute théorie de la gravité quantique complète.

En outre, il y a les articles de Padmanabhan et Verlinde qui a fait vibrer le monde de la physique de cris de "gravité entropique". Ensuite, il y a le principe holographique / lié à l'entropie covariante / ads-cft qui suggère également une interprétation thermodynamique de GR. A titre d'illustration simple, un trou noir dans $ AdS_5 $ avec une température d'horizon $ T $ code un état CFT frontière qui décrit un plasma quark-gluon à l'équilibre à température ... $ T $!

Vers le haut tout cela il y a le travail très récent de Bredberg, Keeler, Lysov et Strominger - De Navier-Stokes à Einstein qui montre une correspondance (apparemment) exacte entre les solutions de l'équation incompressible de Navier-Stokes dans $ p + 1 $ dimensions avec des solutions des équations d'Einstein sous vide en $ p + 2 $ dimensions. Selon le résumé:

La construction est une réalisation mathématiquement précise de suggestions d'une dualité holographique reliant fluides et horizons qui a commencé avec le paradigme de la membrane dans les années 70 et a refait surface récemment dans les études de la correspondance AdS / CFT.

Pour résumer, permettez-moi de citer l'article fondateur de Jacobson en 1995:

Puisque le champ sonore n'est qu'une observable statistiquement définie sur l'espace de phase fondamental du système multiparticule, il devrait ne pas être quantifié canoniquement comme s'il s'agissait d'un champ fondamental, même s'il ne fait aucun doute que les molécules individuelles sont de la mécanique quantique. Par analogie, le point de vue développé ici suggère que il peut ne pas être correct de quantifier canoniquement les équations d'Einstein, même si elles décrivent un phénomène qui est finalement de la mécanique quantique. (emph. Mien)


Clause de non-responsabilité standard: L'auteur conserve les droits sur l'œuvre ci-dessus, parmi lesquels le droit d'inclure le contenu ci-dessus dans ses publications de recherche avec l'engagement de toujours citer à nouveau la question SE d'origine.

Merci pour l'effort, et il est probablement moralement mal de se plaindre, mais cela ne répond pas vraiment à la question comme je l'ai posée. Il semble que vous ne développiez que la partie que j'ai demandée de ne pas donner comme réponse. Comme je l'ai dit dans le commentaire ci-dessus, il y a des raisons pour lesquelles l'électrodynamique devrait être quantifiée. Sinon, cela conduit à des contradictions. Et j'espère voir quelque chose de ce genre. A propos de QFTonCS vous avez raison, mais y a-t-il une raison de soupçonner qu'il ne peut y avoir de formulation satisfaisante? Ne prenez pas cela comme une réaction négative.J'aime bien votre réponse pas exactement, c'est tout aussi ...
... un maudit, je dois dire ceci.
@MBN: il y aura des contradictions partout, je suis sûr que vous pouvez penser à beaucoup vous-même. Ces expériences Gedanken simples sont-elles tout ce que vous recherchez?
@Marek, comme je l'explique dans les commentaires à la réponse d'@Lubos', son expérience de pensée concernant la superposition de deux objets massifs conduit à la conclusion que la gravité devrait déclencher l'effondrement de la fonction d'onde. Par conséquent, au lieu de fournir un support pour la notion de "quantification" de la gravité, cette expérience de pensée nous oblige à répondre * pourquoi * la gravité ne devrait * pas * être un facteur d'effondrement de la fonction d'onde. C'est un argument simple (à première vue) qui mène à une contradiction mais pas du genre que vous espériez: / @MBN - LOL. Se plaindre n'est jamais moralement mauvais! La raison la plus simple pour laquelle le QFTonCS standard
Les techniques ne peuvent pas être étendues aux régimes non perturbatifs, c'est qu'on ne dispose pas d'une formulation de mécanique quantique qui obéisse également au principe d'équivalence et permette de définir de manière cohérente des superpositions d'états quantiques du champ gravitationnel.
@Deepak, oui, il faudrait une «bonne» formulation de QFTonCS.
Les expériences @Marek, gedanken seraient très bien. Je ne suis vraiment intéressé que par la théorie. Ce qui se passe en réalité est une préoccupation pour les physiciens :))
@Deepak: J'ai bien peur de ne pas comprendre votre argument. L'effondrement n'est pas physique et ne peut donc pas vraiment être une base pour une contradiction.
Physiciens expérimentaux @MBN: ... ouais :)
* L'effondrement n'est pas physique * - à droite. Et qu'est-ce qui devrait le remplacer alors? * Je suis d'accord * que l'on peut avoir des états quantiques stables et des superpositions d'objets macroscopiques. La raison pour laquelle je cite l'argument de Penrose est que je ne pense pas que nous observerons le genre de décohérence induite par la gravitation qu'il prédit. Mais nous n'observerons pas non plus le comportement quantique conventionnel dans de tels systèmes. Après tout, il n'y a aucune raison de croire que les systèmes quantiques à plusieurs corps devraient obéir aux mêmes règles que les qubits en ce qui concerne la superposition, etc. Je pense que nous trouverons quelque chose de plus subtil que ces options soit / ou.
@Deepak: rien ne le remplace, ce n'est tout simplement pas là. Dans toute interprétation sensée, vous pouvez expliquer quel a été l'effet qui est apparu comme un effondrement dans l'interprétation de Copenhague.
@Deepak +1. L'invocation de l'approche de Jacobson nous laisse toujours avec une théorie statistique, et donc en l'absence d'une autre mathématique dans un formalisme d'espace de Hilbert, mais l'argument de Jacobson n'établit la signification de la longueur de Planck qu'en l'absence de * toute * autre dynamique détaillée ( cependant je n'ai pas suivi en détail la littérature Jacobson, Padmanabhan, Verlinde). Merci pour la référence Bredberg, Keeler, Lysov et Strominger.
#3
+11
user1355
2011-03-16 13:38:44 UTC
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Je suis très surpris de voir qu'en dehors de toutes les raisons valables (spécialement l'argument, puisque tout le reste est quantique donc la gravité devrait aussi être la même sinon de nombreuses incohérences se développeront ) mentionnées par Lubos et. Al. aucun organisme n'a souligné qu'une des autres principales motivations pour quantifier la gravité était que la GR classique prédisait des singularités dans des situations extrêmes comme le big bang ou les trous noirs. C'était un peu comme l'instabilité du modèle atomique de Ratherford où les électrons auraient dû être en spirale vers l'intérieur du nuclus selon l'électrodynamique classique. La théorie quantique a sauvé la physique de cet échec évident de la physique classique. Naturellement, il est apparu aux physiciens que la théorie quantique devrait également être la réponse au problème de singularité de la GR classique. Cependant, les expériences des 40 dernières années ont été différentes. Loin de supprimer les singularités, il semble que notre meilleure théorie de la gravitation quantique dise que certaines des singularités sont sacrément réelles. Donc, évidemment, la motivation de la quantification de la gravité a changé dans une certaine mesure et c'est l'unification qui dirige maintenant le programme QG à mon humble avis.

Quelques commentaires supplémentaires: @Mbn, Il y a de bonnes raisons de croire que le principe d'incertitude est plus fondamental que la plupart des autres principes. C'est une propriété tellement incontournable de l'univers que tous les physiciens sensés feront de leur mieux pour que chaque partie de leur vision du monde, y compris la gravité, soit compatible avec le principe d'incertitude. Toute la physique fondamentale y a déjà été combinée avec succès, sauf la gravité. C'est pourquoi nous devons quantifier la gravité.

@sb1 c'est un très bon point. +1.
Un bon point, mais pourquoi considérez-vous cela comme «la gravité doit être quantifiée» et non comme QFT doit être fait sur un espace-temps courbe.
@MBN: L'essentiel est qu'il existe une gravité qui devrait avoir une description quantique par souci de cohérence avec tous les autres phénomènes de la nature et qui doit produire des réponses finies (sans divergence).
C'est exactement ma question. Quelles sont les raisons de penser que, pour être cohérent, la gravité doit être quantifiée? Dire que c'est l'essentiel ne me suffit pas. J'aimerais voir les lignes au-dessus du bas.
@MBN: Je ne comprends pas du tout votre commentaire. Soit je ne vous comprends pas, soit vous jouez simplement avec des mots sans but précis.
@sb1: Je suppose que je ne vous comprends pas, mais votre réponse me semble encore être des remarques très générales et rien de spécifique.
* Cependant, les expériences des 40 dernières années ont été différentes.Loin de supprimer les singularités, il semble que notre meilleure théorie de la gravité quantique dit que certaines des singularités sont sacrément réelles. * Hein?Je ne comprends pas de quoi vous parlez.
#4
+8
Lawrence B. Crowell
2011-03-16 21:13:10 UTC
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Pour les besoins de l'argumentation, je pourrais proposer une alternative plausible. Nous pourrions avoir un fondement quantique à la gravitation, mais nous pourrions en fait ne pas vraiment avoir de gravitation quantique. Il est possible que la gravitation soit un phénomène émergent d'un substrat théorique du champ quantique, où la continuité de l'espace-temps pourrait être similaire à l'observation à grande échelle de la supraconductivité ou de la superfluidité. L'AdS / CFT est une question de géométrie classique et de sa relation avec une théorie quantique des champs. Ainsi le $ AdS_4 / QFT $ suggère une continuité de l'espace-temps qui a une correspondance avec le plasma quark-gluon, qui a une échelle hydrodynamique de Bjorken. La dynamique des fluides de la QCD, actuellement apparente dans la physique des ions lourds du LHC et du RHIC, pourrait faire allusion à ce type de connexion.

Nous n'avons donc peut-être pas vraiment de gravité quantique en tant que telle. ou s'il y a des effets spatio-temporels quantiques, cela pourrait être plutôt des corrections quantiques aux fluctuations avec un champ quantique sous-jacent. Actuellement, il existe des modèles qui donnent jusqu'à 7 corrections de boucle ou 8 ordres de quantification par gravité quantique. Bien sûr, le niveau de l'arbre de la gravité quantique est formellement le même que celui de la gravité classique.

Ceci n'est pas suggéré comme une théorie que j'offre, mais comme une façon possible de penser les choses.

C'est intéressant.
#5
+3
anna v
2011-03-16 02:12:24 UTC
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J'ai vu deux chemins convergents comme des raisons impérieuses de quantifier la gravité, tous deux dépendant d'observations expérimentales.

L'une est le succès des théories de jauge en physique des particules au cours des dernières décennies, des théories qui ont organisé les connaissances mathématiquement et économiquement et élégamment. Les équations gravitationnelles sont très tentantes car elles ressemblent à une théorie de jauge.

L'autre est la théorie du Big Bang du début de l'univers qui doit forcément faire évoluer la génération de particules et les interactions à partir d'un modèle unifié, comme les microsecondes grandissent. Il est attrayant et élégant que le tout soit unifié dans une théorie quantique qui évolue vers toutes les interactions connues, y compris la gravité.

La question ne parlait pas d'unification des forces. Juste à propos de la quantification de la gravité. Alors que votre réponse n'est pas ...
@Marek Je pense qu'il est évident qu'on ne peut pas unifier une théorie quantique avec une théorie non quantique en utilisant les mêmes descriptions mathématiques.
@anna: et alors? Vous parlez à nouveau d'unification. La question n'est pas ...
Je pense qu'@anna essaie de dire que l'attente (ou l'exigence) est que les quatre forces s'unissent à une certaine échelle, avec le fait que (au moins) trois d'entre elles sont des QFT. Donc, la théorie unifiée serait aussi, vraisemblablement, un QFT. Et la logique de la grande unification implique alors que la gravité, qui est un secteur de cette grande théorie, devrait également avoir une description quantique.
@Deepak Vaid. Oui. Mon utilisation de la langue anglaise doit être en faute. @Marek la question en haut demandait "des exemples / raisons spécifiques pour lesquelles la gravité devrait être quantifiée", et j'en ai donné deux, imo.
@Deepak, Je ne comprends pas pourquoi la théorie unifiée devrait être un QFT. Ou même pourrait l'être. Il existe des théorèmes connus sur la quantification de la gravité qui excluent quasiment cette possibilité. De plus, la quantification de la gravité est impliquée par de nombreux faits conceptuels plus simples. La question de l'unification est orthogonale et on peut très bien imaginer un univers où la gravité serait décrite différemment (bien que toujours quantique) du reste des forces.
* Il existe des théorèmes connus sur la quantification de la gravité qui excluent quasiment cette possibilité *, @Marek pourriez-vous m'en indiquer quelques-uns. Je ne sais pas de quoi vous parlez.
@Deepak: [théorème de Weinberg-Witten] (http://en.wikipedia.org/wiki/Weinberg%2dWitten_theorem)
#6
+1
joseph f. johnson
2011-12-15 14:14:30 UTC
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Je prendrai ici une vue très simpliste. C'est une bonne question et elle a été soigneusement formulée: «la gravité ... soit quantifiée ...». L'unification n'est pas tout à fait une réponse à cette question particulière. Si GenRel produit des singularités, comme il le fait, alors on peut se demander si ces singularités peuvent vraiment être la vérité exacte. Puisque les singularités ont été lissées par QM dans d'autres contextes, c'est une motivation pour faire cela à GenREl qui a été fait à la mécanique classique et E&M. Mais pas nécessairement pour «quantifier la gravité». Selon GenRel, la gravité n'est pas une force. C'est simplement l'effet de la courbure de l'espace-temps ... En mécanique classique, la force de Coulomb était une vraie force ... Donc si nous voulons être motivés à faire à GenRel ce qui a été fait à la mécanique classique, il ne serait pas naturel de quantifier la gravité, mais plutôt de formuler la QM dans un espace-temps incurvé (avec la rétro-réaction appropriée --- et cela, bien sûr, est le tueur puisque probablement un tout nouveau et l'idée originale est nécessaire ici, pour que le résultat soit essentiellement assez quantique pour être une unification). MBN a explicitement mis en contraste ces deux options différentes: quantifier la gravité ou faire du QM ou du QFT dans un espace-temps courbe. L'une ou l'autre approche aborde à peu près tous les problèmes soulevés ici: l'une ou l'autre assurerait l'unification. Les deux offriraient l'espoir de lisser les singularités.

Donc, pour résumer la réponse

À mon humble avis, il n'y a aucune raison impérieuse de préférer la quantification de la gravité au développement de QFT dans un espace-temps courbe, mais ni l'un ni l'autre n'est facile et la communauté de physique n'est encore convaincue par aucune des propositions.

-1: la QM dans un espace courbe ne fonctionne pas, parce que la substance quantique ne correspond pas seulement à la gravité, elle crée aussi la gravité. Donc si vous faites une superposition de masses, vous avez besoin d'une superposition de champs de gravité. En outre, la gravité semi-classique souffre des mêmes problèmes de cohérence qui affectent les interactions électromagnétiques semi-classiques - c'est la théorie BKS qui ne parvient pas à conserver l'énergie. Lorsque vous n'avez pas de gravitons, une onde gravitationnelle ne peut pas interagir avec la matière d'une manière qui conserve l'énergie graviton par graviton, car une seule onde de gravité graviton ne peut exciter qu'une seule position.
> il crée aussi de la gravité. ## ## Je pense que c'est ce à quoi je faisais référence par la réaction de retour _ appropriée_ nécessaire. ## ##> Quand vous n'avez pas de gravitons, une onde gravitationnelle ne peut pas interagir avec la matière en une manière qui économise l'énergie ## ## @Ron J'apprécierais une référence pour ceci
Donc, si vous avez une particule qui est dans une superposition avec une probabilité 1/2 d'être ici et 1/2 d'être là, d'où vient son champ gravitationnel? D'ici? De là? À mi-chemin entre les deux? Il est clair que le champ est superposé. Il n'y a aucun moyen de traiter la matière comme quantique et un champ comme classique. C'est impossible, c'est discrédité, c'est BKS.
Pour des choses bien au-delà du modèle standard, vous faites trop d'hypothèses pour vraiment exclure ce que vous voulez exclure. Les notions de «particule» et de superposition peuvent nécessiter des ajustements, afin que quelque chose qui semble impossible puisse être géré. Tout ce que vous avez fait, c'est pointer un obstacle, et il me serait utile d'avoir une référence précise à un argument publié selon lequel sans gravitons, la conservation de l'énergie échoue. Après tout, les champs quantiques sont toujours aussi en proie à des difficultés, il ne faut pas dépenser tout le stock de son indulgence d'un seul côté!
Je suis sensible à l'idée que la mécanique quantique n'est peut-être pas exacte, je me retourne souvent la nuit sur cette question. Mais un champ de gravité semi-classique interagissant avec la matière quantique n'est certainement pas la réponse. Les arguments pour la non-conservation de l'énergie sont dans l'article BKS, où ils analysent le champ EM semi-classique interagissant avec un atome quantique (avant QM complet, mais les arguments sont les mêmes). L'analyse ultérieure de Bohr Rosenfeld est un argument célèbre selon lequel la quantification de champ est nécessaire, et elle s'applique mutatis mutandis à la gravité.
Je ne pense pas que vous ayez remarqué que les axiomes de QM pourraient rester exactement vrais même si l'on ajustait les notions de particule et de superposition. Les axiomes disent utiliser un espace de Hilbert, ils n'imposent pas lequel. Ils disent utiliser un hamiltonien, ils ne disent pas lequel. Ils ne vous disent pas comment interpréter la superposition d'états et ne vous disent pas comment les hamiltoniens d'appareil de mesure sont corrélés avec Quantum Observable. Tout cela est «réglable». La linéarité, je suppose, ne l'est pas.
#7
  0
Peter Morgan
2011-03-16 19:42:58 UTC
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Il y a deux questions ici. Le premier n'est pas tant de savoir si nous nous attendons à ce qu'une théorie unificatrice soit «quantique» autant que de savoir si nous nous attendons à ce qu'une théorie unificatrice soit probabiliste / statistique. Je suppose qu'à 5 ou 10 ordres de grandeur de l'échelle de Planck ou à moins de 5 ou 10 ordres de grandeur de l'échelle de Planck, nous pouvons nous attendre à devoir encore travailler avec une théorie statistique. Dans la mesure où les méthodes spatiales de Hilbert sont les mathématiques efficaces les plus simples pour générer des mesures de probabilité qui peuvent ensuite être comparées aux statistiques de mesures, il est probable que nous continuerons à utiliser ces mathématiques jusqu'à ce qu'une sorte de théorème de non-droit prouve que nous devons utiliser des plus difficiles à utiliser des outils mathématiques (algèbres non associatives d'observables, etc., etc., etc., dont la plupart d'entre nous ne choisiront pas d'utiliser à moins que nous ne soyons vraiment obligés de le faire).

La caractéristique sans doute la plus caractéristique de la théorie quantique est une échelle d'action, la constante de Planck, qui détermine, entre autres , l'échelle des fluctuations quantiques et les incompatibilités minimales des mesures idéalisées. De là, nous avons l'échelle de longueur de Planck, étant donné les autres constantes fondamentales, la vitesse de la lumière et la constante gravitationnelle. De ce point de vue, dire que nous souhaitons «quantifier» la gravité, c'est supposer que l'échelle de Planck n'est pas remplacée en signification dynamique à de très petites échelles par une autre échelle de longueur.

Le manque de données expérimentales détaillées et une analyse qui indique de manière adéquate une forme naturelle pour un ansatz pour laquelle nous ajusterions des paramètres aux données expérimentales est problématique pour QG. Il y a aussi un problème plus large, l'unification du modèle standard avec la gravité, pas seulement la quantification de la gravité, qui introduit d'autres questions. Dans ce contexte plus large, nous pouvons construire n'importe quelle échelle de longueur que nous aimons en multipliant la longueur de Planck par des puissances arbitraires de la constante de structure fine, dont n'importe laquelle pourrait être naturelle étant donné ce que nous utilisons pour modéliser efficacement la dynamique. La longueur naturelle de l'électro-géométrodynamique pourrait être $ \ ell_P \ alpha ^ {- 20.172} $ (ou peu importe, $ \ ell_P e ^ {\ alpha ^ {- 1}} $ n'est pas naturel dans les mathématiques actuelles, mais quelque chose comme remarquable pourrait être dans le futur), en fonction de la dynamique effective, et probablement nous devrions également considérer les échelles de longueur de QCD.

Nonobstant tout cela, il est raisonnable d'extrapoler les mathématiques actuelles et la dynamique efficace pour découvrir à quelles signatures nous devons nous attendre sur cette base. Nous avons des raisons de penser que déterminer et étudier en détail en quoi les données expérimentales sont différentes des signatures attendues suggérera finalement à quelqu'un un ansatz qui correspond bien aux données expérimentales avec relativement peu de paramètres. Ce sera probablement des sections coniques au lieu de cercles.

Eh bien, je ne posais pas de questions sur l'unification et les questions connexes.
@MBN L'unification sous une forme ou une autre est au moins une partie de la pression pour quantifier la gravité, de sorte que la gravité pourrait alors être unifiée avec le modèle standard de la physique des particules. Je pense que ce n'est pas un argument fort que la quantification est nécessaire, mais ce n'est pas une mauvaise raison d'essayer. Je prendrais cela pour sous-tendre la réponse de Luboš, dans la mesure où il s'inquiète effectivement des contradictions dans le contexte plus large qui inclut la gravité et la théorie quantique.
C'est vrai. (deux autres caractères)
En essayant de construire le modèle le plus simple possible pour le potentiel électrique, pour le dipôle magnétique et pour les photons, je suis arrivé à la conclusion que nous n'avons besoin que de deux quanta et clusters de ces deux quanta (résumé voir [ici] (https://en.wikipedia.org/ wiki / Utilisateur: HolgerFiedler / Photons_as_composed_particles)).Je suis convaincu que la quantification des interactions électromagnétiques résulte de l'existence de ces deux quanta et de la séquence continue de tailles d'amas de ces deux quanta....
... Il est très probable que la gravitation soit faite à partir de gravitons mais d'un seul type et la densité de ces monopoles est responsable de la courbure de l'espace.Même si la gravitation est également faite de particules (gravitons), il n'y a pas de structure à séquence continue.Pour cette raison, il n'est pas possible de quantifier le champ gravitationnel.
#8
-1
lurscher
2011-03-16 04:50:56 UTC
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Je répondrai en refondant la question en tant qu'expérience de pensée, basée sur l'exemple proposé par Lubos;

1) un objet quantique A dans une superposition de deux états séparés par une distance $ X $ quelque part dans un espace vide

2) A a une gravité associée, avec une courbure spatio-temporelle associée

3) maintenant système B , s'approchera de la région où se trouve A et mesurera la courbure spatio-temporelle, mais n'interagira pas directement avec A ou ses champs non gravitationnels

4) maintenant le système M (alias appareil de mesure) s'approche de la région où se trouvent à la fois A et B , et il essaiera de mesurer la corrélation des états entre les états A et B

Résultat potentiel " la gravité est quantique ":

A et B sont statistiquement corrélés (intriqués), ce qui confirme que B associé à un superposition linéaire de champs gravitationnels

" la gravité est classique " résultat potentiel:

A et B sont mécaniquement quantiques non corrélés (un produit direct des deux densités), soutenant que tout champ de gravité substantiel s'effondrera (c'est essentiellement ce que Penrose propose comme mécanisme d'effondrement des mesures)

+1 pour mentionner Penrose et le fait que c'est (à l'origine) son argument!
Alors vous (c'est Penrose) proposez un moyen de tester si la gravitation doit être quantifiée ou non? C'est bien mais tant qu'il ne sera pas joué, nous ne le saurons pas.
Cher Deepak, c'est une raison extrêmement, extrêmement moche de donner une réponse bravo. Et en passant, cette séquence de pensées nie non seulement que la gravité est quantique, mais que * tout * dans le monde est quantique. C'est OK pour un écolier d'une école primaire mais je ne pense pas que ce soit approprié pour SE.
@Lubos J'ai découvert votre faiblesse! Maintenant, si je veux que vous relisez une de mes réponses, je dois juste y insérer le nom de Penrose: p Blague à part. Vous avez vos raisons de voter comme vous le faites. J'ai le mien. Laissons cela comme ça. Quant à la nature quantique de la réalité, bien sûr, la nature est quantique. Ce n'est pas le problème. La question est de savoir si la gravité - telle que codée dans les équations d'Einstein - est une interaction microscopique fondamentale ou si, au contraire, c'est une interaction efficace qui émerge dans une certaine limite thermodynamique du vrai microscopique d.o.f.
Cela s'avère également parfaitement compatible avec l'existence d'états quantiques macroscopiques. En fait, cette approche nous permettrait de mieux contrôler les propriétés quantiques des distributions de masse gravitationnelles non négligeables. Mais si nous ne comprenons pas quel est le vrai ddl microscopique - cordes, boucles, etc. - et continuons d'essayer de «quantifier» l'action d'Einstein-Hilbert, ce serait analogue à essayer de comprendre ce que le ddl microscopique d'un gaz idéal comme en quantifiant l'équation d'état $ PV = nRT $!
@Lubos,, il semble que vous ayez la preuve que l'expérience proposée ci-dessus aura un certain résultat plutôt que l'autre. Mais le fait que «toutes les autres choses sont quantiques» ne prouve pas en soi * qu'un certain résultat dans l'expérience ci-dessus sera inévitable. Les deux sont logiquement possibles, même si nous convenons tous qu'il serait plus esthétique que la gravité soit aussi quantique que «tout le reste»


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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