Enredo cuántico versus inflación en el universo primitivo

Encontré este artículo: Cosmological quantum entanglement , de E. Martin-Martinez y NC Menicucci.
(última revisión el 19 de octubre de 2012)

AbstractoRevisamos la literatura reciente sobre la conexión entre el entrelazamiento cuántico y la cosmología, con énfasis en el contexto de los universos en expansión. Discutimos resultados teóricos recientes que informan sobre la producción de entrelazamiento en campos cuánticos debido a la expansión del espacio-tiempo subyacente. Exploramos cómo estos resultados se ven afectados por las estadísticas del campo (bosónico o fermiónico), el tipo de expansión (de Sitter o asintóticamente estacionario) y el acoplamiento a la curvatura del espacio-tiempo (conforme o mínimo). Luego consideramos la extracción del entrelazamiento de un campo cuántico mediante el acoplamiento a detectores locales y cómo se puede usar este procedimiento para distinguir la curvatura del calentamiento por su firma de entrelazamiento. Revisamos el papel que jugaron las fluctuaciones cuánticas en el universo temprano en la formación de núcleos de galaxias y otras estructuras cósmicas a través de su conversión en anisotropías de densidad clásicas durante y después de la inflación. Informamos sobre la literatura actual que intenta dar cuenta de esta transición de manera rigurosa y discutimos la importancia del entrelazamiento y la decoherencia en este proceso. Concluimos con algunas perspectivas para futuras investigaciones teóricas y experimentales en esta área. Estos incluyen extensiones de los esfuerzos teóricos actuales, posibles actividades de observación futuras y análogos experimentales que emulan estos efectos cósmicos en un entorno de laboratorio. Informamos sobre la literatura actual que intenta dar cuenta de esta transición de manera rigurosa y discutimos la importancia del entrelazamiento y la decoherencia en este proceso. Concluimos con algunas perspectivas para futuras investigaciones teóricas y experimentales en esta área. Estos incluyen extensiones de los esfuerzos teóricos actuales, posibles actividades de observación futuras y análogos experimentales que emulan estos efectos cósmicos en un entorno de laboratorio. Informamos sobre la literatura actual que intenta dar cuenta de esta transición de manera rigurosa y discutimos la importancia del entrelazamiento y la decoherencia en este proceso. Concluimos con algunas perspectivas para futuras investigaciones teóricas y experimentales en esta área. Estos incluyen extensiones de los esfuerzos teóricos actuales, posibles actividades de observación futuras y análogos experimentales que emulan estos efectos cósmicos en un entorno de laboratorio.

Más recientemente (14 ago. 2014): Enredo en espaciotiempos curvos y cosmología , de los mismos autores.

AbstractoRevisamos los resultados recientes sobre el entrelazamiento en campos cuánticos en el espaciotiempo cosmológico y fenómenos relacionados en el espaciotiempo plano, como el efecto Unruh. Estamos con un resumen de resultados importantes sobre el entrelazamiento de campos y las matemáticas de las transformaciones de Bogoliubov que se usan muy a menudo para describirlo. Luego analizamos el modelo de detector de Unruh-DeWitt, que es un modelo útil de un detector de partículas local genérico. Este modelo de detector se ha utilizado con éxito como herramienta para obtener muchos resultados importantes. En este contexto, discutimos dos tipos específicos de estos detectores: un qubit y un oscilador armónico. Se ha demostrado recientemente que este último tiene aplicaciones importantes cuando se quiere probar la física no perturbativa de los detectores que interactúan con los campos cuánticos.

Uno de los problemas que resuelve la inflación es el llamado problema del horizonte . El problema es que partes del cielo que no parecen haber estado en contacto causal tienen la misma temperatura. La inflación resuelve este problema porque antes del período de rápida expansión todas las partes del cielo estaban en contacto causal.

Consideremos si el entrelazamiento, que es una correlación de larga distancia, puede ayudarnos a correlacionar partes del cielo que tienen la misma temperatura pero que no parecen haber estado en contacto causal. Desafortunadamente, nos encontramos con un obstáculo:

Para que dos subsistemas estén en un estado entrelazado, deben haber interactuado (es decir, haber estado en contacto causal) en el pasado.

Sin pasar por una realización detallada de su idea, no creo que vaya a sortear el problema del horizonte. El entrelazamiento no podía explicar cómo partes del cielo se entrelazaban si no estaban en contacto causal.

El entrelazamiento se produce cuando el sistema en consideración pertenece a una solución mecánica cuántica del problema específico.

El período inflacionario , tal como se introdujo al comienzo del modelo del Big Bang, es una solución de la mecánica cuántica al problema de los límites del universo muy primitivo. A esos tamaños y densidades de energía se supone que todo está descrito con un modelo mecánico cuántico. Se utilizan modelos específicos para comprobar la coherencia con la radiación cósmica de fondo y la densidad de los cúmulos de galaxias en el universo observable, con más o menos éxito.

El modelo teórico de campo cuántico dominante en la actualidad es el que tiene un campo escalar:

Según la teoría de la inflación, el inflatón es un campo escalar que es responsable de la inflación cósmica en el universo primitivo. Se espera una partícula cuantificada para este campo, similar a otros campos cuánticos, llamada inflatón. El campo proporciona un mecanismo por el cual se puede generar un período de expansión rápida de 10−35 a 10−34 segundos después de la expansión inicial, formando el universo.

Es consistente con la observación. El objetivo es explicar las observaciones y este modelo mecánico cuántico conduce a la inflación en el universo primitivo, y los campos y partículas que postula están enredados por construcción.

Es posible que otro modelo mecánico cuántico pueda describir la homogeneidad de las observaciones sin conducir a una inflación rápida, pero sería por diferentes campos y suposiciones de límites; el entrelazamiento existirá en cualquier modelo mecánico cuántico.

He estado contemplando este mismo fenómeno. Es cierto que la mecánica cuántica predominó en el universo temprano antes de la primera luz y, por lo tanto, debe haber existido una cantidad significativa de entrelazamiento cuántico. Se ha demostrado, hasta donde yo sé, que las partículas entrelazadas cuánticas tuvieron que estar en estrecha comunicación en algún momento del pasado, pero es posible que si dos o más partículas dispares e idénticas asumen exactamente el mismo estado cuántico, entonces es posible que se enreden incluso si están separados por grandes distancias en el espacio y el tiempo. No estamos lo suficientemente avanzados en este campo de investigación como para descartar totalmente esa posibilidad. Si suficientes partículas distribuidas a través de un volumen de espacio-tiempo lo suficientemente amplio se enredan, eso podría resultar en una transferencia de información (pero no de materia) a distancias mayores de lo que normalmente permitiría la limitación del horizonte. Sin embargo, la probabilidad de que eso sea muy escasa. El campo escalar, y el período inflacionario predicho por él, parece ser un candidato mucho más probable para describir el Universo primitivo y las ligeras variaciones de temperatura medidas en el CBR.

Quizás el entrelazamiento en cuestión no sea el de los campos cuánticos "habituales", sino más bien el entrelazamiento de los propios elementos del espacio-tiempo cuántico. La tunelización cuántica de la energía de enredo en la mayor parte puede haber ocurrido como resultado del Big Crunch. Dado que no existía un vacío coherente en el momento del Big Bang, la propagación de un campo entrelazado no estaría limitada a la velocidad c. El campo inflatón se ve entonces como un campo entrelazado, estableciendo el vacío con su métrica rígida de Minkowski y energía de alto vacío.