[論文レビュー] Can quantum theory and special relativity peacefully coexist?

M. P. Seevinck|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 18被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、量子非局所性が局所的因果性を破るため、量子理論と特殊相対性理論が根本的になじみえないとして主張する。これは広く受け入れられている「平和的共存」の教義に挑戦する。著者は、ノーサイニング定理が相対性理論の仮定に依存しているため循環的であると主張し、相対性理論的量子理論、動的崩壊モデル、あるいは時間の新しい理論といった根本的な概念的刷新を求める。相対性理論と量子理論の両立を事前に仮定するのではなく、むしろそれらの根本的不整合を解決することが優先されるべきだと提唱する。

ABSTRACT

This white paper aims to identify an open problem in 'Quantum Physics and the Nature of Reality' --namely whether quantum theory and special relativity are formally compatible--, to indicate what the underlying issues are, and put forward ideas about how the problem might be addressed.

研究の動機と目的

• 量子理論と特殊相対性理論が平和的共存しているという広く受け入れられている考えを挑戦すること。
• ノーサイニング定理が相対論的局所性を前提としており、それを証明するのではなく、結論を前提にしているため、循環的であると主張すること。
• 量子理論が局所的因果性を破ることで、相対性理論の時空構造と根本的に不整合を来していることを強調すること。
• この不整合を解消するには、量子理論の再定式化、相対論的力学、あるいは時間の理論の必要性を検討すること。
• 量子重力の研究を進める前に、この基礎的対立を解決することを優先すべきだと提唱すること。

提案手法

• ベルの局所的因果性の概念を分析し、量子力学においてそれが破られていることを示す。
• 微小因果性（microcausality）に依存しているため、ノーサイニング定理が問題であると批判する。微小因果性は、超光速の信号伝達を防ぐために仮定されるものであり、量子力学の原則から導かれるものではない。
• ドン・ブーム理論、エヴェレット理論、動的崩壊モデルなどの代替解釈やフレームワークを検討する。
• ツムルカの相対論的に不変な崩壊モデルが、相対論的量子力学への道筋を提供する可能性を評価する。
• ジシンの「真の成立」（true becoming）と非局所的時間の概念を、時空外の量子事象を概念化する方法として検討する。
• エヴェレット解釈がローレンツ共変性を保ちながらも、非局所性の問題を解決できないことの限界を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子理論と特殊相対性理論の間の「平和的共存」の教義は論理的に妥当なのか、それとも循環的なのか？
• RQ2 ノーサイニング定理は相対性理論の整合性を証明するものと見なせるのか、それとも結論を前提にしているのか？
• RQ3 ベルの定理が示す量子理論の非局所性は、特殊相対性理論と本質的に不整合を来していると見なせるか？
• RQ4 優先的な時空スライスを導入せずに、量子力学の相対論的に不変な定式化を達成できるか？
• RQ5 量子非局所性と相対性理論を調和させるには、時間の新しい理論や「成立」の概念といった根本的な概念的転換が必要ではないか？

主な発見

• ノーサイニング定理は循環的である。なぜなら、超光速信号伝達を防ぐために仮定される微小因果性を前提としており、量子力学の原則から導かれてはいないからである。
• 量子理論は局所的因果性を破る。これは特殊相対性理論の因果構造と直接的に矛盾しており、根本的な不整合を示している。
• 「平和的共存」の主張は、厳密な証明がなく、根拠となる定理の循環性によって損なわれている。
• ツムルカの相対論的に不変な動的縮約モデルは、相対論的に不変な崩壊理論への有望な道筋を提供するが、標準量子力学から逸脱する必要がある。
• ジシンの量子事象を「真の創造の行為」とみる立場は、非局所的相関が時空外から生じる可能性を示唆しており、時間の新しい理論の必要性を示唆している。
• エヴェレット解釈は、ローレンツ共変性を保ちながらも、非局所性の問題を解決できない。相対論的整合性の面で依然として課題を抱えている。