[論文レビュー] No Evidence for Particles

Casey Blood|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2008

Quantum Mechanics and Applications参考文献 13被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、光電効果、単一粒子検出、泡 chamber の軌跡といった、従来は量子力学における粒子の証拠と解釈されてきた現象が、すべて波動関数または状態ベクトルだけですべて説明可能であると主張している。主な貢献は、波動関数の内在的性質から波粒二重性が自然に生じることであり、ベル＝アッセプト実験における非局所性といった量子の謎も、粒子が存在すると仮定せずに説明可能である点にある。

ABSTRACT

There are a number of experiments and observations that appear to argue for the existence of particles, including the photoelectric and Compton effects, exposure of only one film grain by a spread-out photon wave function, and particle-like trajectories in bubble chambers. It can be shown, however, that all the particle-like phenomena can be explained by using properties of the wave functions/state vectors alone. Thus there is no evidence for particles. Wave-particle duality arises because the wave functions alone have both wave-like and particle-like properties. Further the results of the Bell-Aspect experiment and other experiments on entangled systems, which seem to imply peculiar properties for particles if they exist, are easily and naturally understood if reality consists of the state vectors alone. The linear equation-Hilbert space structure for the state vectors, by itself, can explain every mystery in quantum mechanics except the origin of the probability law.

研究の動機と目的

• 実験的証拠に基づいて量子粒子が存在するとする伝統的解釈に反論すること。
• 状態ベクトルのみで、実験で観察されるすべての粒子的行動を説明できることを示すこと。
• 粒子を仮定せずに、もつれ系における非局所性といった量子のパラドックスを解消すること。
• 重ね合わせ状態から単一の古典的現実の認識が生じる理由を一貫した形で説明すること。
• ヒルベルト空間の線形構造と状態ベクトルが、確率の法則の起源を除き、すべての量子現象を説明するのに十分であることを示すこと。

提案手法

• 状態ベクトル形式のみを用いて、基礎的量子実験（光電効果、コンプトン散乱、単一粒子薄膜露光）を分析すること。
• 泡 chamber の軌跡を粒子の軌道ではなく、波動関数の進化に伴い生じる有象無象の特徴として再解釈すること。
• ヒルベルト空間の線形構造を用いて、粒子の実在論的仮定を導入せずに量子系をモデル化すること。
• デコherence理論を用いて、量子重ね合わせから古典的行動がどのように生じるかを説明すること。
• 環境との相互作用と状態ベクトルの分岐を経て、普遍的状態ベクトルから単一で明確な現実の認識が生じることを導出すること。
• ベル＝アッセプト実験の結果を、粒子の非局所的行動ではなく、状態ベクトルの非分離性の自然な結果として再解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子力学におけるすべての粒子的現象は、粒子の存在を仮定せずに説明可能か？
• RQ2 波動関数はどのように、局在的検出のような粒子的行動を生じさせるのか？
• RQ3 粒子が存在しない場合、もつれ系が非局所的相関を示すのはなぜか？
• RQ4 重ね合わせ状態において、なぜ単一の古典的現実の認識が生じるのか？
• RQ5 ヒルベルト空間の線形構造は、確率の法則の起源を除き、すべての量子現象を説明するのに十分か？

主な発見

• 離散的エネルギー吸収や局在的検出といった、すべての粒子的行動は、状態ベクトルの性質のみで説明可能である。
• 光電効果やコンプトン効果は、粒子的量子を必要とせず、波動関数のダイナミクスによって完全に説明可能である。
• 写真フィルムにおける単一粒子露光は、粒子ではなく波動関数の振幅の局在化によって生じる。
• 泡 chamber の軌跡は、粒子の軌道の証拠ではなく、媒質と相互作用する状態ベクトルの進化に伴い生じる。
• ベル＝アッセプト実験における非局所的相関は、非分離性に起因する状態ベクトルのダイナミクスの自然な結果であり、粒子の非局所的行動によるものではない。
• 単一の明確な古典的現実の認識は、崩壊や粒子測定ではなく、デコherenceと状態ベクトルの構造から導かれる。