QBox 理論は、量子領域よりも現実に対するより深い洞察を提供できます

物理学者たちはポスト量子理論の世界に新たに進出し、すでに悪名高い量子理論よりも深く奇妙なレベルで現実がどのようなものであるかを発見しています。

1920 年代、物理学者は世界の仕組みについて非常に有用な理論をいくつか持っていましたが、それらの理論が機能しない状況を発見し続けました。いわゆる古典物理学のこれらの穴を通して、彼らはすべての根底にある世界のより深い層、つまり量子の領域を垣間見ることができました。今、物理学者たちは既視感を抱いています。量子理論は信じられないほどうまく機能しますが、重力によって制御される宇宙的に大きな物体に直面すると、大きな穴も生じます。その穴を通して、どのような量子後の世界が現れるのでしょうか?

国立デジタル科学技術研究所のジェームス・ヘフォード氏とパリ・サクレー大学のマット・ウィルソン氏（どちらもフランス）は現在、おそらく現実の最も深い層である、ありそうなポスト量子世界の数学的スケッチを開発した。

「量子論は宇宙全体を説明しているわけではありません」とヘフォード氏は言う。 「物理学における最大の問題の一つは、量子重力理論、つまり量子理論と重力の両方を説明する理論を考え出すことだ。それは何らかの形で量子理論を超えるものでなければならない。」

量子重力理論を開発する方法については多くの提案がありますが、ウィルソンとヘフォードは量子と古典物理学の関係に触発されました。具体的には、ほとんどの物体の量子性を破壊するデコヒーレンスと呼ばれるプロセスのおかげで、私たちは日常生活で奇妙な量子効果に遭遇することはありません。猫が生きているようにも死んでいるようにも見え、粒子が幽霊のように壁を通り抜けることができる量子の世界から、私たちの非常に合理的で具体的な世界が出現するのは、デコヒーレンスのおかげです。研究者らは、「ハイパーデコヒーレンス」の類似プロセスによって量子理論がポスト量子理論から出現するはずだと仮定した。

このアイデアは以前にも研究されていましたが、2018 年の特定の定理により、量子理論を正しく再現する、合理的で内部的に一貫したハイパーデコヒーレンス プロセスを導き出すことは数学的に不可能であることが示されました。ヘフォードとウィルソンは、この定理の基礎となる仮定を注意深く研究し、解決策を考案しました。彼らが支払った代償は、彼らが最終的に非常に奇妙なポスト量子領域、つまり QBox と呼ばれる理論にたどり着くことでした。

その基本的な特徴の 1 つは、従来の因果関係の概念を曲げることです。従来は、イベント A がイベント B を引き起こす、またはその逆の場合もありましたが、QBox では、どちらが正しいとは言えない「A が B を引き起こす」と「B が A を引き起こす」が混在することが許容されます。

「これは因果的不確定性です。量子重力理論を追求したいのであれば、心配する必要があります」と、このプロジェクトには参加していないカナダのカルガリー大学のカルロ・マリア・スカンドーロ氏は言う。それは、私たちの最良の重力理論であるアルバート・アインシュタインの一般相対性理論が、時空の異なる点で原因と結果の異なる順序を課すためである、と彼は言う。

これは、たとえば、異なる宇宙船で旅行し、同じ一連の出来事を観察している人々が、それらの出来事が起こった順序について同意できないという思考実験で明らかになります。

2 人の物理学者はまた、ハイパーデコヒーレンスが QBox を量子論に正しく還元することを確認する必要がありました。たとえば、QBox 内でおおよそしか知ることができない特定のオブジェクトが、ハイパーデコヒーレンス後にはより明確に分からなくなることを確認する必要がありました。ウィルソン氏は、ハイパーデコヒーレンスのプロセスは、QBox 領域で動作するエージェント (その領域内のオブジェクトと対話できる人) がアクセスできる次元が存在することに似ていますが、量子領域または古典領域にしかアクセスできない私たちには隠されていると述べています。

2人の研究者は、これらの次元でどのように考えるか、エージェントが正確に何を経験するかについてまだ詳細を検討中だが、アクセスできなくなる次元は空間的ではなく時間的であるようで、ハイパーデコヒーレンスによって逆に発生するプロセスへのアクセスが遮断され、未来ではなく過去に向かう。

“がある [previously] 「不定の因果順序などの概念をサポートするおもちゃの理論はいくつかありましたが、量子力学のすべてを再現させるのは難しいことであり、誰も本当に正しく理解できそうにありませんでした」と、2018 年の理論の共著者である Spotify 因果推論研究所のキアラン・ギリガン・リー氏は述べています。新しい研究の本当の強みは、それが具体的な理論であり、数学的にも最小限であることです。量子重力理論に到達するために、宇宙ひものようなまったく新しい物体の世界を作成する必要はありません。

重要な次のステップは、ハイパーデコヒーレンスが数学的関数として存在し得ることを示すことに加えて、その物理的詳細を具体化することである、と2018年の定理のもう一人の共著者であるポーランドのグダニスク大学のジョン・セル​​ビー氏は言う。 「現在の実験でなぜそうなったのかを説明する何らかの物語、ストーリーが存在するはずです」 [what is] 彼の意見では、QBox は現実のポスト量子層そのものではありませんが、ヘフォードとウィルソンの数学的研究は有望な出発点です。

ギリガン・リーとセルビーはまた、他の物理学者によってまだ検討されていないが、QBox のような理論が量子論から大幅にデコヒーレンスすることが何を意味するかについて、より厳しい制約を課す可能性がある、新しくて異なる定理を考案しました。

たとえそれが QBox がポスト量子理論がどうあるべきかというより良い要望リストへの足がかりになることを意味するとしても、そのような挑戦は歓迎される、とウィルソン氏は言う。驚くべきことに、この理論は量子波が重なる特定の実験に具体的な影響を与える可能性があるため、最終的には QBox の実験的テストも可能になる可能性があります。

そして、QBox が将来の数学的および実験的な難題に合格した場合、さらに魅力的な質問が関連することになります。 「似ているので、互いに矛盾する理論の塔ができることがある」 [decoherence] 結局のところ、現実のより深い層を探求するには、より数学的な掘り下げが必要になる可能性があります。