引力子物理学：引力子的量子场论、引力子噪声与引力退相干——简明教程

2015年引力波的探测开启了引力波天文学的新纪元，能够探测黑洞和中子星的强场动力学。它为实验室和空间测试爱因斯坦经典广义相对论理论开辟了一个激动人心的新窗口。近年来，有两个有趣的提议旨在揭示微扰引力的量子性质：1) 关于早期宇宙引力子噪声的理论预测，该噪声源于引力场真空在暴胀膨胀期间的强烈压缩；2) 利用两个处于叠加态的质量之间的量子纠缠的实验提议。第一个提议涉及量子场的随机性质，第二个则涉及量子信息的一个关键概念。另一个同样基本且有趣的问题是，询问引力是否以及如何导致量子系统在表现上变得经典，即所谓的引力退相干。由于引力的普遍性，引力导致的退相干特别引人关注。这是宏观量子现象中的一个重要问题。要充分理解这些激动人心的发展，需要具备经典GR、量子场论和量子信息的工作知识，以及对随机过程（即量子场中的噪声）的一定熟悉。传统上，新研究者可能只熟悉GR、QFT、QI、SP这四个学科中的一两个，具体取决于其背景。本教程试图提供它们之间的必要联系，帮助来自这四个学科中任何一个的读者跨越到这些跨学科研究主题的前沿。这里我们将处理标题中列出的三个主题，不包括引力纠缠，因为其宣称的与量子引力相关的性质和含义仍包含许多争议性元素。