Ny forskning syntetiserer forskellige aspekter af kausalitet i kvantefeltteorien

I den nuværende kvantefeltteori, kausalitet defineres typisk ved forsvinden af ​​feltkommutatorer for rumlignende adskillelser. To forskere ved University of Massachusetts og Universidade Federal Rural i Rio de Janeiro har for nylig gennemført en undersøgelse, der diskuterer og syntetiserer nogle af de centrale aspekter af kausalitet inden for kvantefeltteori. Deres papir, udgivet i Physical Review Letters, er resultatet af deres undersøgelse af en teori om kvantegravitation, der almindeligvis kaldes "kvadratisk tyngdekraft".

"Ligesom ingredienserne i standardmodellen, kvadratisk tyngdekraft er en renormaliserbar kvantefeltteori, men det har nogle særegne egenskaber, "John Donoghue, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Den lille krænkelse af kausalitet er den vigtigste af disse, og vores mål var at forstå dette bedre. I processen, vi indså, at nogle af indsigterne er af mere generel interesse, og vi besluttede at skrive vores forståelse som et fysisk gennemgangsbrev, at dele denne indsigt mere bredt. "

Papiret skrevet af Donoghue og hans kollega Gabriel Menezes syntetiserer mange forskellige aspekter af kausalitet, der har været en del af kvantefeltteorien i flere årtier nu. Erkendelsen af, at der kan være mikroskopiske krænkelser af kausalitet i visse teorier går tilbage til 1960'erne, specifikt til fysikernes arbejde T.D. Lee og G.C. Væge. I deres undersøgelse, imidlertid, Donoghue og Menezes hentede også inspiration fra en nyere undersøgelse udført af Donal O'Connell, Benjamin Grinstein og Mark B. Wise.

Indtil nu, mest teoretiske diskussioner om kausalitet, specifikt "tidens pil, "har hævdet, at fysikkens love ikke har nogen præference for tidens strøm. Men denne særlige antagelse er ikke gældende for kvantefysik, hvor en retning for årsagseffekter er til stede.

"De forskellige faktorer jeg i kvantiseringsprocedurerne er relateret til retningen af ​​årsagssag, hvilket fører til 'kausalitetspilen' i kvantefysikken, "Forklarer Donoghue." Denne forbindelse diskuteres ikke ret ofte. "

Donoghue og Menezes blev fascineret af, at den makroskopiske følelse af kausalitet, som også gælder for klassisk fysik, skyldes den underliggende struktur i kvanteteorien. I deres seneste papir, de undersøgte således dette særlige aspekt af kausalitet yderligere, for at indsamle indsigt i dens betydning og konsekvenser.

"Tanken om, at der kan være duellerende kausalitetspile inden for samme teori, er endnu mere uklar, "Sagde Donoghue." Men det sker i en meget enkel indstilling, hvor lagrangianerne for teorien har flere afledte beføjelser end normalt. Dette er hvad der sker i kvadratisk tyngdekraft, men det kan også ske i andre teorier. "

Selvom kausal indflydelsesretning er en konvention, der er forbundet med valget af en beskrivelse af måling af tid, dens eksistens er et nødvendigt krav baseret på lovene i kvantefysikken. I denne sammenhæng, Donoghue og Menezes observerede, at kausalitetspilen potentielt kan krænkes ved at have modstridende konventioner.

"Måske er den vigtigste implikation af vores undersøgelse, at vi indsamlede beviser for kausal usikkerhed på grund af udsving i rumtiden, der kan opstå i en kvanteteori om tyngdekraft, "Menezes sagde." Dette ville give os en dyb intuitiv forståelse af kausalitetens oprindelse. "

For cirka et årti siden, O'Connell, Grinstein og Wise udførte en undersøgelse, der delvist var baseret på en række foredrag af Sidney Coleman. De foreslog specifikt, at i en wavepacket -beskrivelse af en spredningsproces med blandede årsagspile, man kan kontrollere, at henfaldsprodukterne kan detekteres tidligere end forventet fra produktionstidspunktet, og den tilhørende sandsynlighed for påvisning falder eksponentielt baglæns i tiden. I deres undersøgelse, Donoghue og Menezes undersøgte denne idé yderligere.

"En implikation af vores undersøgelse er, at selvom idéerne fremsat af O'Connell og hans kolleger, såvel som andre forskerhold, kunne i princippet overholdes, der er ingen konflikt med eksperimenter i tilfælde af tyngdekraften, da fænomenet forekommer ved energier af orden i Planck -skalaen, som er 15 størrelsesordener større end det energiområde, der er tilgængeligt for LHC, "Sagde Menezes.

Den nylige undersøgelse af Donoghue og Menezes tilbyder en generel og værdifuld diskussion af kausalitet og kausalitetspilen, specifikt fokuseret på, hvordan en given teori kan have både pil frem og tilbage. Denne diskussion berører emnet tidsomvendelse i feltteori, så det kunne informere en række fysikstudier. Det kan også hjælpe med at tydeliggøre kvante teorien om kvadratisk tyngdekraft, som stadig har mange ubesvarede spørgsmål.

Samlet set, Donoghue og Menezes antyder, at blandede konventioner i individuelle fysikteorier faktisk kunne være mulige, og at fremtidige undersøgelser skulle undersøge dette emne yderligere. Forskerne arbejder nu på et projekt med det formål fuldt ud at undersøge fænomenet kausalitetsusikkerhed på grund af kvanteudsving i tyngdefeltet.

"Der er nogle andre tekniske overvejelser, vi skal tage fat på vedrørende denne beskrivelse af kvantegravitation som en renormaliserbar kvantefeltteori, "Sagde Menezes." En af dem vedrører stabiliteten af ​​kvadratisk tyngdekraft i buede baggrunde, som allerede er undersøgt af andre forfattere. Forhåbentlig vil disse også være en del af dette fremtidige arbejde. Under alle omstændigheder, den mest spændende undersøgelse, vi håber at foretage, vil være undersøgelsen af ​​effekten af ​​årsagssikkerhedsusikkerheden i det tidlige univers. "

© 2019 Science X Network