在量子物理學中存在因果效應!時空「量子漲落」引起因果不確定性

2020-12-03 博科園

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在當前的量子場論中，因果關係通常是由用於類空間分離的場換位消失來定義。麻薩諸塞大學和裡約熱內盧聯邦鄉村大學兩名研究人員現在進行了一項研究，討論並綜合了量子場論中因果關係的一些關鍵方面，其研究發表在《物理評論快報》期刊上，這種理論通常被稱為「quadratic gravity」。開展這項研究的研究人員之一約翰·多諾霍(John Donoghue)說：就像標準模型一樣，quadratic gravity是一種可重整化的量子場論，但它有一些特殊性質。

因果關係的小違反是其中最重要的，研究目標是更好地理解這一點。在這個過程中，研究人員意識到一些見解更具普遍意義。由Donoghue和Gabriel Meneze撰寫的這項研究論文綜合了幾十年來，一直是量子場論一部分的因果關係的許多不同方面。人們意識到，在某些理論中可能存在微觀因果衝突，這可以追溯到20世紀60年代，特別是物理學家T.D.Lee和G.C.Wick的研究。到目前為止，大多數關於因果關係的理論討論，特別是「時間之箭」，都斷言物理定律對時間流動沒有任何偏好。

然而，這種特殊的假設並不適用於量子物理學，在量子物理學中存在因果效應的方向。量化過程中i的各種因素都與因果作用的方向有關，這導致了量子物理中的『因果箭頭』，這種聯繫不常被討論Donoghue和Meneze對這樣一個事實很感興趣，即宏觀的因果感，也適用於經典物理，是由於量子理論的底層結構。因此，在他們的研究論文中，進一步研究了因果關係的這一特定方面，以便收集對其意義和含義的洞察。在同一理論中可能存在因果關係對立箭頭的想法甚至更加模糊。

然而，它發生在一個非常簡單的環境中，理論的拉格朗日函數比通常情況下具有更多導數冪。這是在「quadratic gravity」中發生的情況，但在其他理論中也可能發生這種情況。儘管因果影響的方向是與時間測量描述的選擇相關約定，但它的存在是基於量子物理定律的必然要求。在這一背景下，Donoghue和Meneze觀察到，具有衝突的慣例可能會違反因果關係箭頭。也許研究最重要的含義是：收集了時空漲落引起的因果不確定性的證據。

這種漲落可能出現在量子引力理論中，這將為我們提供對因果關係起源的深刻直觀理解。大約十年前，O『Connell，Grinstein和Wise進行了一項研究，部分基於西德尼·科爾曼的一系列講座。在具有混合因果箭頭散射過程的波包描述中，可以驗證從生產時間起比預期更早地檢測到衰減產品，並且相關的檢測概率在時間上呈指數下降，在研究中，多諾霍和梅內塞斯進一步檢驗了這個想法。雖然O『Connell和同事以及其他研究小組提出的想法理論上可以被觀察到。

但在重力的情況下，這種現象與實驗沒有衝突，因為這種現象發生在普朗克尺度的能量量級，比LHC可獲得的能量範圍大15個數量級。新研究提供了關於因果關係和因果關係箭頭的一般性和有價值的討論，特別關注於給定的理論如何可能同時具有向前和向後箭頭。這個討論涉及到場論中的時間反轉這一主題，因此它可以為各種物理研究提供信息。這也有助於證明「quadratic gravity」的量子理論，該理論仍有許多懸而未決的問題。

總體而言，在個別物理理論中混合慣例實際上是可能的，未來的研究應該進一步探索這一主題。研究人員目前正在致力於一個項目，旨在充分探索由於引力場的量子漲落而導致因果不確定性現象。關於量子引力作為可重整化量子場論的描述，還需要解決一些技術考慮。其中之一是關於彎曲背景中「quadratic gravity」的穩定性，其他研究人員已經對此進行了研究，希望這些也將成為未來研究的一部分。無論如何，最有趣的研究將是對早期宇宙中因果不確定性影響的研究。

博科園｜Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli,Phys參考期刊《物理評論快報》DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.171601博科園｜科學、科技、科研、科普關注【博科園】看更多大美宇宙科學

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