一世紀以上にわたり、物理学は現実についての二つの相容れない記述の間に捉えられてきた。一般相対性理論は重力を時空の曲がりとして記述する,滑らかで、連続的で、古典的である。量子力学はその他すべてを確率的で、離散的で、根本的に不確かなものとして記述する。
この二つを量子重力理論に統合することは、数十年にわたり理論物理学の聖杯であった。弦理論は余剰次元を提案する。ループ量子重力は時空を離散的なスピンネットワークに量子化する。両方のアプローチは重力を量子化する、すなわち重力を量子的にする。しかし、第三の道が静かに支持を集めており、それはまったく逆のアプローチを取る。
ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドンの理論物理学者ジョナサン・オッペンハイム氏は、重力を古典的に保ち、代わりに量子的世界に根本的なランダム性を導入する理論を提案した。2023年にPhysical Review Xに掲載された彼の「古典重力のポスト量子理論」は、現在では十分な後続研究、批判的応答、実験的提案を生み出し、統一理論を追求するすべての者の注目に値するものとなっている。
核となるアイデア
オッペンハイム氏の重要な洞察は騙されるほどシンプルである：重力を量子化して量子論に適合させるのではなく、量子論を修正して古典重力に対応させるのである。
標準的な量子力学では、シュレーディンガー方程式が系の波動関数を決定論的に発展させ、測定がそれを確率的に崩壊させる。オッペンハイム氏は決定論的な発展を根本的に確率的なものに置き換える。古典的重力場に浸された量子系のダイナミクスは、根本的なレベルで予測不可能になる,測定のためではなく、時空そのものが系の進化にランダムな変動を導入するからである。
これはコペンハーゲン解釈の「測定による崩壊」とは同じではない。ポスト量子重力において、ランダム性は内在的で連続的である。標準的な量子力学で確率を与える計算ツールであるボルンの規則は、公理として課されるのではなく、数学から自然に現れる。
数学的に、オッペンハイム氏は厳密なトレードオフ関係を導出した：系がデコヒーレンスする（時空との相互作用により量子コヒーレンスを失う）ほど、より拡散する（時空からのランダムな変動を受ける）。このトレードオフは、量子系を古典系と結合させるあらゆる理論において避けられないとオッペンハイム氏は示した。
検証可能な予測
ポスト量子重力を統一理論の中で特異なものにしているのは、現在の実験で検証可能な具体的で反証可能な予測を行う点である。
第一に、時間のゆらぎ：時空が根本的に古典的で確率的であれば、時間の経過速度は微小なランダム変動を受けるはずである。すでに驚異的な精度で時間を測定する精密原子時計がこのジッターを検出できる可能性がある。
第二に、質量変動：超高感度の秤に置かれた標準質量は、10⁻¹⁵ gのオーダーのランダムな重量変動を示すはずである。国際度量衡局の1 kg原器および同様の高精度質量標準器は、原理的にこの信号を検出できる。
第三に、最小ノイズ限界：2026年3月のプレプリントで、Fabianoらはあらゆる古典重力理論が生み出さなければならない確率的ノイズの下限を導出した。この閾値を下回る変動を測定すれば、重力が量子的であることを決定的に証明できる,明確な実験的反証である。
オッペンハイム氏自身、自身の理論が正しい確率は低いと認めている。挑戦を受けて、彼は自身の理論に反する注目すべき5000:1の賭けを、ジェフ・ペニントン氏（スタンフォード大学の弦理論研究者）およびカルロ・ロヴェッリ氏（ペリメーター研究所のループ量子重力の先駆者）と行った。実験が予測された時空変動を検出すれば、オッペンハイム氏の勝ちである。検出されなければ、彼が支払う。
批判
この理論には異論がないわけではない。物理学者で流行理論への批評家であるザビーネ・ホッセンフェルダー氏は、この枠組みは説得力があるものの、修正ニュートン力学（MOND）を再現するというオッペンハイム氏の主張には欠陥があると論じている,補正項は重力ポテンシャルにおいて線形であるが、MONDは非線形領域を必要とする。
より形式的には、マーク・ハーツバーグ氏（タフツ大学/MIT）とアヴィ・ローブ氏（ハーバード大学）は2024年にJournal of Cosmology and Astroparticle Physicsで批判を発表し、四つの具体的な問題を特定した：理論が誤った力の法則を予測する、そのMOND様の振る舞いは実際にはMOND的でない、予測された変動スペクトルが観測と一致しない、数学的枠組みに理論的不整合がある。
オッペンハイム氏は、これらの批判の一部は理論の初期バージョンに適用されるものであり、枠組みはまだ進化中であると応答している。彼は自身の研究を「完成された理論というよりも研究プログラム」と表現し、ポスト量子アプローチが数学的に整合的で実験的にアクセス可能であることを示す試みであって、最終的な答えではないとしている。
なぜ重要なのか
ポスト量子重力が正しいかどうかはともかく、その重要性は統一理論がどのようなものであり得るかの展望を広げることにある。数十年にわたり、重力は量子化されなければならないという前提があった,それが唯一の自己矛盾のない道のように思われてきた。オッペンハイム氏は、古典重力＋確率的量子理論が数学的に実行可能であることを示し、量子化のみのアプローチが決して考慮しなかった実験的経路を開いた。
自然界がどの経路が正しいかを決定するだろう。しかし、一世代の中で初めて、理論のクラス全体を排除できる具体的な実験が存在する,そしてそれは、結果がどうであれ、進歩なのである。
出典
Oppenheim, J. 「A Postquantum Theory of Classical Gravity?」 Physical Review X 13, 041040 (2023). DOI：10.1103/PhysRevX.13.041040
New Scientist：Random wobbles in time could finally solve gravity’s greatest mystery
雅子 訳