[論文レビュー] On Superdeterministic Rejections of Settings Independence

Gerardo S. Ciepielewski, Elias Okon+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2020

Quantum Mechanics and Applications参考文献 36被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、設定独立性を明示的に破ることで、すべての量子力学的予測を再現する完全に局所的でスーパー決定論的なモデルを提示する。このモデルは、測定設定が隠れた変数と統計的に独立であるという仮定を否定する。陰謀論的または科学的に整合性のない結果を回避するが、理論的美徴に欠け、非局所理論に対する魅力的な代替案とはならず、スーパー決定論の議論に価値ある枠組みを提供する。

ABSTRACT

Relying on some auxiliary assumptions, usually considered mild, Bell's theorem proves that no local theory can reproduce all the predictions of quantum mechanics. In this work, we introduce a fully local, superdeterministic model that, by explicitly violating settings independence--one of these auxiliary assumptions, requiring statistical independence between measurement settings and systems to be measured--is able to reproduce all the predictions of quantum mechanics. Moreover, we show that, contrary to widespread expectations, our model can break settings independence without an initial state that is too complex to handle, without visibly losing all explanatory power and without outright nullifying all of experimental science. Still, we argue that our model is unnecessarily complicated and does not offer true advantages over its non-local competitors. We conclude that, while our model does not appear to be a viable contender to their non-local counterparts, it provides the ideal framework to advance the debate over violations of statistical independence via the superdeterministic route.

研究の動機と目的

• 設定独立性を破ることで、すべての量子力学的予測を再現する、明示的で完全に局所的なモデルを構築すること。
• 特に陰謀論的懸念、説明力の喪失、実験科学との不整合といった標準的な反論に対して、そのようなモデルを擁護すること。
• 初期条件が管理不能に複雑でない限り、非局所理論の代替案としてスーパー決定論的モデルが実現可能かどうかを検討すること。
• そのようなモデルの理論的コストを、単純さ、明確さ、実在論的拡張の観点から評価すること。
• 統計的独立性のスーパー決定論的破壊に関する議論を前進させる強固な枠組みを提供すること。

提案手法

• 全系のレベルで局所性を尊重する決定論的で非局所的な力学を持つ局所的パイロットウェーブモデル（LPW）を構築する。
• 測定設定が初期状態によって予め決定された形で隠れた変数と相関するスーパー決定論的メカニズムを導入し、設定独立性を破る。
• 物理的実在論を定義するために質量密度関数（式24）を用い、モデルの予測が量子力学と一致することを保証する。
• 初期条件に異なる制約を課したモデルの変種（例：R-LPW_f）を構築し、モデルの頑健性をテストし、さまざまな制約下での挙動を検討する。
• ベル型の状況におけるモデルの挙動を分析し、設定独立性の破れがこのような文脈に限定されることを示し、一般実験的一致性を保つ。
• パイロットウェーブ理論や非局所的代替理論との比較を通じて、単純さ、明確さ、相対性理論との統合性の観点から、モデルの理論的美徴を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全に局所的でスーパー決定論的なモデルは、設定独立性を破ることで、すべての量子力学的予測を再現可能か？
• RQ2 このようなモデルは、陰謀論的懸念の最悪の結果（実験科学の根幹を揺るがす、説明力の喪失など）を回避できるか？
• RQ3 このようなモデルに必要な初期状態は、管理不能に複雑であるか、物理的に非現実的であるか？
• RQ4 非局所理論と比較して、このモデルの実在論的構造は単純さと概念的明確さの観点でどう異なるか？
• RQ5 スーパー決定論は、理論的美徴を犠牲にすることなく、非局所性の代替案として実現可能か？

主な発見

• 提示されたモデルは、スーパー決定論的メカニズムにより設定独立性を破ることで、EPR-ベル状況を含むすべての量子力学的予測を成功裏に再現する。
• 設定独立性の破れがベル型実験に限定されることで、陰謀論的懸念の最悪の結果を回避し、一般実験科学の一貫性を保つ。
• モデルに必要な初期状態は管理不能に複雑ではなく、設定独立性の破れを引き起こす初期条件の集合は明確かつ簡潔に特徴付けられる。
• それでも、モデルは顕著な実在論的拡張を示しており、全実在論と空間内での物理的質量密度観測量との間に断絶が生じている。
• 単純さ、明確さ、説明力といった理論的美徴の観点から、非局所理論に比べて著しく劣っているため、魅力的な代替案とはならない。
• モデルは非局所理論の実用的な競合とはなり得ないが、統計的独立性のスーパー決定論的破壊に関する議論を前進させる有用な枠組みを提供する。