量子引力的另一种可能：经典-量子动力学的思想
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我想和你们分享一篇我最近读到的论文，它提出了一个非常有趣的想法：如何用经典的引力理论来描述量子场的效应。你可能会问，为什么要这么做呢？我们不是都知道引力和量子力学是不相容的吗？我们不是都在寻找一个统一的量子引力理论吗？这些问题都很合理，但是也有另一种可能的思路：也许我们不需要把引力量子化，也许我们只需要找到一种合理的方式，让经典的引力和量子的物质相互作用。
首先，我们需要明确什么是经典的引力和量子的物质。经典的引力就是我们熟悉的爱因斯坦的广义相对论，它告诉我们时空是一个弯曲的几何结构，它由一个叫做度规的张量来描述，它决定了物体的运动轨迹和光的传播路径。量子的物质就是我们熟悉的量子场论，它告诉我们物质是由一些叫做场的对象组成，它们可以以波或粒子的形式存在，它们遵循一些叫做量子力学的规则，它们可以发生叠加、干涉、纠缠等奇妙的现象。 那么，如何让经典的引力和量子的物质相互作用呢？这看起来是一个不可能的任务，因为它们的逻辑是完全不同的。经典的引力是确定的、连续的、局域的，而量子的物质是不确定的、离散的、非局域的。如果我们想用一个统一的理论来描述它们，我们必须要修改其中一个或者两个的基本假设，这就是量子引力理论的难题。但是，这篇论文的作者提出了一个更加谦虚的目标：他不想修改引力或者量子力学的基本假设，他只想找到一种一致的方式，让它们能够相互影响，就像我们在实验中观察到的那样。他称这种理论为经典-量子动力学。 经典-量子动力学的基本思想是这样的：我们假设引力是经典的，也就是说，度规是一个确定的、实数的张量，它不受量子力学的影响，它只服从爱因斯坦的方程。但是，我们也假设物质是量子的，也就是说，场是一个不确定的、复数的算符，它受量子力学的影响，它服从薛定谔的方程。 然后，我们让它们通过一个叫做耦合的过程相互作用，这个过程的效果是，度规会影响场的演化，而场也会影响度规的演化，但是这种影响是随机的、非线性的、非保持迹的。这就意味着，当我们把一个量子的物质放在一个经典的引力场中时，它的状态会发生一些不可预测的变化，而这些变化也会反过来改变引力场的形状。 这样，作者的理论就可以避开半经典引力理论的一些病态问题，比如奇点、因果循环、信息丢失等。而且，作者的理论在经典极限下回归到爱因斯坦的广义相对论，因此也可以解释我们已经观测到的经典引力现象，比如引力波、弯曲的时空等。 理论的一个重要的特点是，它必须在度规自由度和量子物质场上都具有基本的随机性。这样，它就可以避开一些禁止经典-量子相互作用的无法定理，比如Bell不等式、Kochen-Specker定理、Pusey-Barrett-Rudolph定理等。这些无法定理的共同的假设是，存在一个确定性的、局域的、实在的、隐变量的理论，可以完全描述经典-量子系统的状态和演化。然而，作者的理论并不满足这些假设，因为它是随机的、非局域的、非实在的、无隐变量的。因此，作者的理论并不违反这些无法定理，而是超越了它们。 理论的另一个重要的特点是，它不需要量子力学的测量原理。这是因为，量子自由度和经典时空的相互作用必然导致量子系统的退相干，而退相干就是测量的本质。因此，作者的理论可以自然地解释为什么我们观测到的是经典的现象，而不是量子的现象，而不需要引入任何额外的假设或规则。这也意味着，作者的理论可以自然地解释为什么我们没有观测到量子引力效应，因为量子引力效应会被经典时空的退相干所抹去。 |
