[論文レビュー] On the Incompatibility of Special Relativity and Quantum Mechanics

Marco Mamone-Capria|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2017

Quantum Mechanics and Applications参考文献 39被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、EPR相関が示唆する光速を超える因果的影響が、量子力学と相対性理論の根本的不整合性を示しており、量子力学が相対性理論と調和可能であるという広く受け入れられている考えに挑戦している。EPR相関が光速を超えて情報伝達を可能にし、投影仮説が適切に扱われない限り、相対論的因果性を破る。また、それらの相関の相容れなさを正当化する一般的な根拠を反証している。

ABSTRACT

Some of the strategies which have been put forward in order to deal with the inconsistency between quantum mechanics and special relativity are examined. The EPR correlations are discussed as a simple example of quantum mechanical macroscopic effects with spacelike separation from their causes. It is shown that they can be used to convey information, whose reliability can be estimated by means of Bayes' theorem. Some of the current reasons advanced to deny that quantum mechanics contradicts special relativity are refuted, and an historical perspective is provided on the issue.

研究の動機と目的

• 量子力学におけるEPR相関が、特殊相対性理論の原則に反する光速を超える因果的影響を示していることを示すこと。
• 信号局所性、同時性の形式主義的解釈、または投影仮説の拒否に基づく、不整合性を否認する一般的な主張を反証すること。
• 信号、情報伝達、因果的影響の区別をしないことこそ、調和可能性に関する誤解が生じる主な要因であることを示すこと。
• 歴史的にこの不整合性を受け入れない傾向が、相対性理論および量子力学における同時性と因果性に関する誤解に起因していることを主張すること。
• 将来のEPR型実験が、抜け道のない形で光速を超える影響を確認した場合、特殊相対性理論の置き換えが求められる可能性を示唆すること。

提案手法

• EPR Gedankenexperiment を分析し、空間的に分離したもつれ粒子が、光速を超える因果的影響を示す相関を示すことを示すこと。
• ベイズの定理を用いて、EPR相関を通じた情報伝達の信頼性を評価し、確率的推論プロセスとして扱うこと。
• 投影仮説を省きまたは拒否する量子力学の解釈を批判し、それらが非局所性問題を曇らせるとしている。
• 相対性理論における同時性および非標準的時刻合わせの役割を検討し、それらが因果的対立を解決しないことを示すこと。
• アインシュタイン、ボーム、フォン・ノイマン、ベルの歴史的分析を通じて、不整合論争の発展をたどり、初期段階での問題認識を強調すること。
• EPR型実験における実験的抜け道を評価し、未解決の仮定が結論を弱め、理論的対立を維持していると主張すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EPR相関を用いて光速を超えて情報を伝達できるか？ もしそうなら、それは特殊相対性理論の原則に反するのか？
• RQ2 光速を超える因果的影響の証拠があるにもかかわらず、なぜ多くの物理学者が量子力学が特殊相対性理論と調和可能だと主張し続けるのか？
• RQ3 量子力学において投影仮説が省かれる、あるいは再解釈されることで、非局所性の問題がどのように曇るのか？
• RQ4 相対性理論における同時性の形式主義的見解が、量子力学との真の不整合性をどれほど隠蔽しているのか？
• RQ5 EPR型実験が、抜け道のない形で光速を超える影響を明確に示した場合、理論的および実験的結果として何が生じるのか？

主な発見

• ベイズの定理によって定量化されたように、EPR相関を用いて高い信頼性で情報伝達が可能であり、これは光速を超える因果的影響を示唆する。
• 信号、情報伝達、因果的影響の区別をしないことが、量子力学が相対性理論と調和可能であるという誤解の主な要因である。
• 量子力学における投影仮説の拒否または再解釈は、非局所性の低減を招き、結果として不整合性が曇る。
• 相対性理論における非標準的時刻合わせは、因果の逆転や光速を超える影響の問題を解決しない。なぜなら、量子もつれの存在下でも相対論的因果性を保証しないからである。
• 歴史的記録から、アインシュタイン、フォン・ノイマン、ベルらが早期にこの不整合性を認識していたことが明らかであり、ベルが最初にそれを特定したという主張とは矛盾する。
• この論文は、量子力学と特殊相対性理論の理論的対立が、単に存在するのではなく、1930年代から認識されてきたと結論づけ、将来の決定的なEPR実験が特殊相対性理論を反証する可能性があるが、解釈上の問題が解決されない限り、量子力学が自動的に正当化されるわけではないと結論づけている。