[論文レビュー] Is Planck's Constant h a "Quantum" Constant? An Alternative Classical Interpretation

Timothy H. Boyer|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2013

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、プランク定数 h が本質的に量子定数であるのではなく、相対論的古典電磁力学におけるゼロ点放射の古典的スケール係数であると提唱している。ゼロ点放射を古典的にモデル化することで、ボーイヤーは、量子仮説を導入することなく、黒体スペクトルや基底状態エネルギーといった主要な量子現象が自然に出現することを示している。これは、従来は量子力学に帰属されてきた現象に古典的基礎を与える可能性を示唆している。

ABSTRACT

Although Planck's constant h is currently regarded as the elementary quantum of action appearing in quantum theory, it can also be interpreted as the multiplicative scale factor setting the scale of classical zero-point radiation appearing in classical electromagnetic theory. Relativistic classical electron theory with classical electromagnetic zero-point radiation gives many results in agreement with quantum theory. The areas of agreement between this classical theory and Nature seem worth further investigation.

研究の動機と目的

• プランク定数 h が排他的に量子定数であるという従来の見解に挑戦すること。
• ゼロ点放射を伴う古典的電磁理論が、通常は量子力学に帰属される結果を再現できるかどうかを調査すること。
• 相対論的古典電子理論に古典的ゼロ点放射を組み込んだ場合、量子予測とどの程度一致するかを調査すること。
• 古典的枠組みが、量子現象の代替的基礎として実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 確率的かつローレンツ不変なゼロ点放射場を伴う古典的電磁理論の形式化。
• ゼロ点放射と相互作用する系に対して、相対論的古典的電子力学を適用すること。
• 古典的統計力学とゼロ点エネルギーを用いて、黒体放射スペクトルを導出すること。
• 古典的放射平衡を用いて、調和振動子の基底状態エネルギーを計算すること。
• エネルギー準位と放射スペクトルについて、古典的予測と量子力学的結果を比較すること。
• スケール係数 h を用いて、古典的ゼロ点エネルギー密度と量子力学的作用を関連させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロ点放射を伴う古典的電磁力学から、黒体放射スペクトルを導出できるか？
• RQ2 ゼロ点放射の存在下での古典的電子力学が、量子調和振動子の基底状態エネルギーを再現できるか？
• RQ3 離散状態を仮定しない古典理論が、どの程度量子に似たエネルギー量子化を再現できるか？
• RQ4 プランク定数 h は、本質的に作用の量子単位ではなく、古典的スケールパラメータとして解釈すべきではないか？
• RQ5 古典的ゼロ点放射と量子場理論との間の対応関係を体系的に確立できるか？

主な発見

• ゼロ点放射エネルギー密度をプランク定数 h でスケーリングした場合、古典的黒体放射スペクトルは、量子的プランクスペクトルと一致する。
• 量子力学における調和振動子の基底状態エネルギーは、古典的モデルでも、古典的振動子と平衡にあるゼロ点放射のエネルギーとして再現される。
• 広範な系において、古典理論は量子場理論と同一のエネルギー揺らぎと放射スペクトルを予測する。
• プランク定数 h は、古典的ゼロ点エネルギーと量子力学的作用を結ぶスケール係数として出現し、これはそれが本質的に量子的ではないことを示唆している。
• ゼロ点放射を伴う相対論的古典電磁力学は、低周波数および高温の極限において、量子理論と一貫した結果をもたらす。
• 古典的および量子予測の一致は偶然ではなく、古典的場理論におけるゼロ点放射の普遍的性質に起因する。