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去年、私たちはジョナサン・オッペンハイムによる何十年ぶりとなる量子重力の新理論である「ポスト量子重力」を目にしました。この理論だけが私の「2024年ベスト」要約に入りました。しかし正直に言うと、私はこれが正しいとは思っていません。今日はこの理論にもうすぐさよならを言えるだろうと私が考える理由となる新しい論文についてお話ししたいと思います。
この新理論は、ほぼ100年前からの大きな問題を解決できる可能性があります。その問題とは、量子物理学と重力がお互いにうまく折り合わないということです。量子物理学は非決定論的理論と呼ばれます。ランダムな要素があり、内在する不確かさがあり、できることや知ることに限界を設定します。一方、重力は非量子論的理論です。
重力は決定論的です。より良い予測をするための情報が不足している場合にのみ予測不可能となります。しかし、量子粒子には重力的引力があることを知っているので、これらの理論が何らかの形で協調していることを私たちは知っています。自然はどのように機能するかを知っていますが、私たちは知りません。これを実現するには量子重力理論が必要です。
これまでの量子重力へのアプローチのほとんどは、重力に量子的特性を与えることで機能していました。この新理論は異なります。ジョナサン・オッペンハイムによって「ポスト量子重力」と呼ばれるこの理論は、量子物理学のランダム性に合うように重力にランダム性を加えることで機能します。この重力のランダム性は他の何かから来るものではありません。オッペンハイムは、量子力学のランダム性のように、これが単に自然の特性であると仮定しています。
オッペンハイムと彼の共同研究者たちはまた、このランダム性が大規模なスケールで重力の法則を変化させ、ダークマターの必要性をなくす可能性があると述べています。オッペンハイムのグループは、物体の質量の小さな変動を観察することでこのアイデアをテストできると提案していますが、正確に何を探すべきか、またはどのように測定するかはやや不明確でした。
量子重力は通常、他の相互作用と比較して重力がとても弱い力であるため、テストすることが非常に難しいです。しかしオッペンハイムのアプローチでは、重力を変えるだけでなく、量子物理学も変えます。そしてそれをテストすることははるかに簡単です。そしてこれが、別のグループが今この問題に取り組んだ理由です。
arXivに新たに掲載された論文で、彼らは重力が非量子のままであるかどうかをテストする方法を示しています。なぜなら、それは重力の不確実性が量子物理学と互換性を持つために増加しなければならないことを意味し、それはまさにポスト量子重力で起こることだからです。彼らは、これが当てはまる場合、重力的引力がぼやけるようになり、それが小さな物体の量子的不確実性を測定可能なほど増加させると言っています。
二つの振り子、つまり糸にぶら下がった質量体があり、一つを動かすと想像してみてください。最初の振り子の質量は第二の質量に重力的引力を持つので、それもほんの少し揺れ始めます。もし重力にこのランダムな要素があれば、それがない場合よりも質量の位置のばらつきが大きくなるでしょう。これが新しい論文で提案されているテスト方法です。ただし、小さな量子物体を使用します。
興味深いことに、この予測はモデルの詳細に依存しません。なぜなら私たちは重力の強さを知っているからです。とはいえ、これはまだ非常に小さな効果なので、彼らは原子運動からの固有のノイズを抑えるために、非常に低温に冷却できる物体が必要だと言っています。
彼らは現時点ではテクノロジーがまだ十分ではないが、近い将来には可能かもしれないと言っています。おそらく宇宙ミッションで、私たち自身の惑星の重力場からの追加の不確実性を避けることができるでしょう。ちなみに、この論文は以前にペンローズの重力誘導崩壊の考えをテストし、基本的に4年前にそれを否定したのと同じグループからのものです。
このトピックに関する私の以前の動画を見た方は、私がポスト量子重力はこのようにテスト可能だろうと言ったことを覚えているかもしれません。私が未来を見通せるわけではなく、これが事実でなければならないことを証明する数学的定理があるだけです。重力を古典的なままにしておくと、量子物理学をすぐにテスト可能な方法で台無しにしてしまいます。
ここでの教訓は、量子物理学について何かを変えることは本当に難しいということです。それは重力を変えるよりもはるかに難しく、おそらくこれまでの量子重力へのアプローチのほとんどが後者のルートを取った理由でしょう。しかし、先走らないようにしましょう。ポスト量子重力が否定されたわけではありません。サビーネがそれが否定されるだろうと考えているだけです。
私が間違っていて、ジョナサンが正しい可能性は十分にあります。しかし個人的には、ポストモダンアートのように、ポスト量子重力は少し乱雑すぎると思います。
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