[論文レビュー] Heuristic explanation of quantum interference experiments

Guowen Wang|ArXiv.org|Jan 25, 2005

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、特殊相対性理論内での非拡散波パッケージとしての粒子のモデル化により、量子力学の現実的解釈を提案する。干渉は、鋭いピーク成分と非ピーク成分の間の結合相互作用によって説明される。このアプローチは波動関数の収縮を必要とせず、粒子の物理的実在性を支持する。ベルの不等式は、もはや非局所性や不完全性の証明ではなく、量子確率と古典的確率の違いを示すものとして再解釈される。

ABSTRACT

A particle is described as a non-spreading wave packet satisfying a linear equation within the framework of special relativity. Young's and other interference experiments are explained with a hypothesis that there is a coupling interaction between the peaked and non-peaked pieces of the wave packet. This explanation of the interference experiments provides a realistic interpretation of quantum mechanics. The interpretation implies that there is physical reality of particles and no wave function collapse. It also implies that neither classical mechanics nor current quantum mechanics is a complete theory for describing physical reality and the Bell inequalities are not the proper touchstones for reality and locality. The problems of the boundary between the macro-world and micro-world and the de-coherence in the transition region (meso-world) between the two are discussed. The present interpretation of quantum mechanics is consistent with the physical aspects of the Copenhagen interpretation, such as, the superposition principle, Heisenberg's uncertainty principle and Born's probability interpretation, but does not favor its philosophical aspects, such as, non-reality, non-objectivity, non-causality and the complementary principle.

研究の動機と目的

• 波動関数の収縮を伴わない現実的で非収縮の解釈を通じて、量子力学における波動-粒子二重性のパラドックスを解消すること。
• 観測者が現実を創出するとする仮定を必要とせず、ヤングの二重スリット実験や電子バイプリズム実験のような単粒子干渉実験を説明すること。
• コペンハーゲン解釈の哲学的基盤、特に非実在性と非客観性を挑戦しつつも、その物理的原則を維持すること。
• ベルの不等式の役割を、局所性と実在性の尺度として再評価し、量子力学の完全性を示す決定的証拠ではないと主張すること。
• スクリーニング効果に起因するデコherenceの発生を含む、マクロ世界とミクロ世界の境界を明確にすること。

提案手法

• 粒子を四次元空間（x, y, z, w）における線形相対論的方程式を満たす非拡散波パッケージとしてモデル化し、w は光速cでスケーリングされた固有時間に対応する。
• 原点を中心にした波パッケージのフーリエ積分表現を用い、位相速度cとwおよびx方向の運動量成分を組み込む。
• 干渉を説明するために、波パッケージの鋭いピーク成分（局在化）と非ピーク成分（非局在化）の間の結合相互作用仮説を導入する。
• ヤングの二重スリット実験、単一光子の回折、同じ結合メカニズムを用いた電子干渉を説明する。
• 独立した光子ビームの干渉（ Pfleegor-Mandel実験）を説明するために、非ピーク成分同士のビーム間結合を仮定する。
• 波パッケージと結合相互作用を用いて、時間コherーランス効果（アインシュタインの光子ボックス thought experiment を含む）、量子トンネル効果、もつれ状態の解釈を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 波動関数の収縮を伴わず、1つの粒子が同時に2つのスリットを通過し、自分自身と干渉する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 単粒子実験における量子干渉の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ3 物理的実在性と因果性を保ちつつ、量子力学の現実的解釈を構築可能か？
• RQ4 なぜ低強度ビームを用いた実験でも、粒子を1個ずつ送った場合に干渉縞が現れるのか？
• RQ5 マクロ世界とミクロ世界の境界はどのような性質を持ち、デコherenceはミゾ世界でどのように発生するのか？

主な発見

• 非拡散波パッケージモデルは、波動関数の収縮を回避し、粒子の物理的実在性を支持する一貫した現実的記述を提供する。
• 干渉は、従来の意味での自己干渉ではなく、波パッケージのピーク成分と非ピーク成分の間の結合相互作用に起因する。
• 非局所性や観測者依存的現実を必要とせず、単一光子および単一電子干渉実験を説明できる。
• ベル型不等式の破れは、局所的実在性を排除するものではなく、量子確率と古典的類似確率との根本的差異を示すものである。
• ミゾ世界におけるデコherenceは、より大きな物体におけるスクリーニング効果に起因し、マクロとミクロの行動の間の明確な境界を消失させる。
• 結合相互作用は局所的であり、ド・ブロイ＝ボーム力学における非局所的量子ポテンシャルの物理的起源を示唆する可能性がある。