Quantenverschränkung versus Inflation im frühen Universum

Ich habe dieses Papier gefunden: Kosmologische Quantenverschränkung von E. Martin-Martinez und NC Menicucci.
(zuletzt überarbeitet am 19. Okt. 2012)

AbstraktWir überprüfen die aktuelle Literatur über die Verbindung zwischen Quantenverschränkung und Kosmologie, mit Schwerpunkt auf dem Kontext expandierender Universen. Wir diskutieren neuere theoretische Ergebnisse, die über die Erzeugung von Verschränkung in Quantenfeldern aufgrund der Ausdehnung der zugrunde liegenden Raumzeit berichten. Wir untersuchen, wie diese Ergebnisse von der Statistik des Feldes (bosonisch oder fermionisch), der Art der Ausdehnung (de Sitter oder asymptotisch stationär) und der Kopplung an die Raumzeitkrümmung (konform oder minimal) beeinflusst werden. Anschließend betrachten wir die Extraktion der Verschränkung aus einem Quantenfeld durch Kopplung an lokale Detektoren und wie dieses Verfahren verwendet werden kann, um Krümmung von Erwärmung anhand ihrer Verschränkungssignatur zu unterscheiden. Wir untersuchen die Rolle, die Quantenfluktuationen im frühen Universum bei der Bildung von Galaxien und anderen kosmischen Strukturen durch ihre Umwandlung in klassische Dichteanisotropien während und nach der Inflation spielten. Wir berichten über aktuelle Literatur, die versucht, diesen Übergang auf rigorose Weise zu erklären, und diskutieren die Bedeutung von Verschränkung und Dekohärenz in diesem Prozess. Wir schließen mit einigen Aussichten für weitere theoretische und experimentelle Forschung auf diesem Gebiet. Dazu gehören Erweiterungen aktueller theoretischer Bemühungen, mögliche zukünftige Beobachtungsaktivitäten und experimentelle Analoga, die diese kosmischen Effekte in einer Laborumgebung nachahmen. Wir berichten über aktuelle Literatur, die versucht, diesen Übergang auf rigorose Weise zu erklären, und diskutieren die Bedeutung von Verschränkung und Dekohärenz in diesem Prozess. Wir schließen mit einigen Aussichten für weitere theoretische und experimentelle Forschung auf diesem Gebiet. Dazu gehören Erweiterungen aktueller theoretischer Bemühungen, mögliche zukünftige Beobachtungsaktivitäten und experimentelle Analoga, die diese kosmischen Effekte in einer Laborumgebung nachahmen. Wir berichten über aktuelle Literatur, die versucht, diesen Übergang auf rigorose Weise zu erklären, und diskutieren die Bedeutung von Verschränkung und Dekohärenz in diesem Prozess. Wir schließen mit einigen Aussichten für weitere theoretische und experimentelle Forschung auf diesem Gebiet. Dazu gehören Erweiterungen aktueller theoretischer Bemühungen, mögliche zukünftige Beobachtungsaktivitäten und experimentelle Analoga, die diese kosmischen Effekte in einer Laborumgebung nachahmen.

In jüngerer Zeit (14.08.2014): Verschränkung in gekrümmten Raumzeiten und Kosmologie , von denselben Autoren.

AbstraktWir überprüfen aktuelle Ergebnisse zur Verschränkung in Quantenfeldern in kosmologischen Raumzeiten und verwandte Phänomene in der flachen Raumzeit wie den Unruh-Effekt. Damit sind wir bei einer Zusammenfassung wichtiger Ergebnisse zur Feldverschränkung und der Mathematik der Bogoliubov-Transformationen, die sehr oft zu ihrer Beschreibung verwendet wird. Anschließend diskutieren wir das Unruh-DeWitt-Detektormodell, das ein nützliches Modell eines generischen lokalen Teilchendetektors ist. Dieses Detektormodell wurde erfolgreich als Werkzeug verwendet, um viele wichtige Ergebnisse zu erhalten. In diesem Zusammenhang diskutieren wir zwei spezifische Arten dieser Detektoren: einen Qubit und einen harmonischen Oszillator. Letztere hat kürzlich gezeigt, dass sie wichtige Anwendungen hat, wenn man die störungsfreie Physik von Detektoren untersuchen möchte, die mit Quantenfeldern wechselwirken.

Eines der Probleme, die Inflation löst, ist das sogenannte Horizontproblem . Das Problem ist, dass Teile des Himmels, die anscheinend nicht in ursächlichem Kontakt gestanden haben, dieselbe Temperatur haben. Die Inflation löst dieses Problem, weil vor der Zeit der schnellen Expansion alle Teile des Himmels in kausalem Kontakt standen.

Lassen Sie uns überlegen, ob die Verschränkung – was eine Fernkorrelation ist – uns helfen kann, Himmelsbereiche zu korrelieren, die die gleiche Temperatur haben, aber anscheinend nicht in kausalem Kontakt gestanden haben. Leider stoßen wir auf ein Hindernis:

Damit sich zwei Subsysteme in einem verschränkten Zustand befinden, müssen sie in der Vergangenheit interagiert (dh in kausalem Kontakt gestanden) haben.

Ohne eine detaillierte Umsetzung Ihrer Idee durchzugehen, glaube ich nicht, dass sie das Horizontproblem umgehen wird. Verschränkung konnte nicht erklären, wie Himmelsflecken verschränkt wurden, wenn sie nicht in kausalem Kontakt standen.

Verschränkung entsteht, wenn das betrachtete System zu einer quantenmechanischen Lösung des spezifischen Problems gehört.

Die Inflationsperiode , wie sie zu Beginn des Urknallmodells eingeführt wurde, ist eine quantenmechanische Lösung für das Grenzproblem des sehr frühen Universums. Bei diesen Größen und Energiedichten wird davon ausgegangen, dass alles mit einem quantenmechanischen Modell beschrieben wird. Spezifische Modelle werden verwendet, um mehr oder weniger erfolgreich die Übereinstimmung mit der kosmischen Hintergrundstrahlung und der Dichte von Galaxienhaufen im beobachtbaren Universum zu überprüfen.

Das derzeit dominierende quantenfeldtheoretische Modell ist das mit einem skalaren Feld:

Nach der Inflationstheorie ist die Inflation ein skalares Feld, das für die kosmische Inflation im sehr frühen Universum verantwortlich ist. Für dieses Feld wird ein quantisiertes Teilchen erwartet, ähnlich wie bei anderen Quantenfeldern, das als Inflation bezeichnet wird. Das Feld stellt einen Mechanismus bereit, durch den eine Periode schneller Expansion von 10−35 bis 10−34 Sekunden nach der anfänglichen Expansion erzeugt werden kann, wodurch das Universum entsteht.

Es stimmt mit der Beobachtung überein. Das Ziel ist es, die Beobachtungen zu erklären, und dieses quantenmechanische Modell führt zu einer Inflation im frühen Universum, und die Felder und Teilchen, die es postuliert, sind konstruktionsbedingt verschränkt.

Es ist möglich, dass ein anderes quantenmechanisches Modell die Homogenität der Beobachtungen beschreiben könnte, ohne zu einer schnellen Inflation zu führen, aber es würde durch andere Felder und Grenzannahmen geschehen; Verschränkung existiert in jedem quantenmechanischen Modell.

Ich habe über dasselbe Phänomen nachgedacht. Es ist wahr, dass die Quantenmechanik im frühen Universum vor dem ersten Licht vorherrschend war und daher eine erhebliche Menge an Quantenverschränkung existiert haben muss. Soweit ich weiß, wurde gezeigt, dass quantenverschränkte Teilchen irgendwann in der Vergangenheit in enger Kommunikation stehen mussten, aber es kann möglich sein, dass zwei oder mehr unterschiedliche und identische Teilchen dann genau denselben Quantenzustand annehmen sie können sich möglicherweise verheddern, selbst wenn sie durch große räumliche und zeitliche Entfernungen voneinander getrennt sind. Wir sind auf diesem Forschungsgebiet noch nicht weit genug fortgeschritten, um diese Möglichkeit vollständig auszuschließen. Wenn genügend Teilchen, die über ein ausreichend großes Raumzeitvolumen verteilt sind, miteinander verschränkt werden, kann dies zu einer Übertragung von Informationen (aber nicht von Materie) über größere Entfernungen führen, als die Horizontbegrenzung normalerweise zulassen würde. Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit dafür sehr gering. Das Skalarfeld und die von ihm vorhergesagte Inflationsperiode scheinen ein viel wahrscheinlicherer Kandidat zu sein, um das frühe Universum und die im CBR gemessenen geringfügigen Temperaturschwankungen zu beschreiben.

Vielleicht handelt es sich nicht um die Verschränkung der "üblichen" Quantenfelder, sondern um die Verschränkung der Elemente der Quanten-Raumzeit selbst. Quantentunneln der Verschränkungsenergie in der Masse kann als Ergebnis des Big Crunch aufgetreten sein. Da zum Zeitpunkt des Urknalls kein kohärentes Vakuum existierte, wäre die Ausbreitung eines Verschränkungsfeldes nicht auf die Geschwindigkeit c beschränkt. Das Inflationsfeld wird dann als Verschränkungsfeld angesehen, das das Vakuum mit seiner starren Minkowski-Metrik und seiner hohen Vakuumenergie herstellt.