[論文レビュー] Quantum Theory Needs (And Probably Has) Real Reduction

R. E. Kastner|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2023

Quantum Mechanics and Applications被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準量子理論（SQT）が、ユニタリ動的法則にのみ依存することで生じる実験的・論理的矛盾により、根本的に欠陥を有すると主張している。その結果、単一の観測者に対して矛盾する予測が生じる。本論文は、物理的で非ユニタリな崩壊を導入することで、一意な単一の結果を保証し、理論的整合性を回復できるのは、唯一、客観的崩壊モデル（例えば、相対的取引解釈やペンローズ・ディオージの重力的崩壊）に限ると主張している。

ABSTRACT

The traditional, standard approach to quantum theory is to assume that the theory ``really'' contains only unitary physical dynamics--i.e., that the only physically quantifiable evolution is that given by the time-dependent Schrodinger equation. This leads to two distinct classes of interpretations for the standard theory in its orthodox form: (i) an Everettian-type approach assuming that all mutually exclusive outcomes occur in different ``branches'' of the universe; or (ii) single-outcome approaches that assume a ``projection postulate'' (PP) with no accompanying physical account within quantum theory. A contrasting, unorthodox approach is to suggest forms of quantum theory that involve physical non-unitarity; these are called ``objective collapse models.'' Among these are Penrose's theory of gravitation-induced collapse and the Transactional Interpretation. The primary focus of this paper is an example demonstrating that standard quantum theory (with or without the projection postulate) can in-principle yield empirically consequential inconsistencies. Thus, it appears that for quantum theory to be viable in a realist sense (as opposed to being an instrumentalist protocol in which inconsistencies are evaded by changing the protocol), it must possess genuine, physical non-unitarity yielding well-defined single outcomes. This leads to the conclusion that objective collapse models should be more seriously considered.

研究の動機と目的

• 標準量子理論（SQT）がユニタリ動的法則にのみ依存することで、実験的・論理的整合性が欠如していることの証明。
• 物理的非ユニタリティの欠如が、単一の観測者に対して自己矛盾する予測を生じさせ、理論の実在的妥当性を損なうことの示唆。
• Wignerの友人的パラドックスのような解釈的異常を「教訓」として受け入れるのではなく、理論の失敗の兆候とみなすことの挑戦。
• 特に相対的取引解釈（RTI）とペンローズ・ディオージの重力的崩壊を含む、客観的崩壊モデルの真剣な検討を提唱すること。これらは実験的根拠に基づいた代替理論として有効である。
• 理論的固定観念が、理論の矛盾を「古典的偏見」として無視する原因となっているが、実際にはSQTにおける致命的欠陥であると主張すること。

提案手法

• ユニタリのみの動的法則がもたらす測定問題を、ユニタリ性の極端な適用による帰謬法として分析し、観測者レベルでの矛盾を示す。
• Wignerの友人的パラドックスを、SQTにおける自己矛盾の具体的な例として特定。単一の観測者が矛盾する予測を受ける。
• ユニタリ動的法則＋射影仮説またはエヴェレット的分岐の標準的手法と、物理的で非ユニタリな動的法則を導入する客観的崩壊モデルを対比。
• 相対的取引解釈（RTI）を、非標準的だが実験的に同等の理論として評価。場の理論的取引過程を介して物理的非ユニタリ性を統合。
• ペンローズ・ディオージの重力的崩壊モデルを、物理的動機づけに基づく代替理論として検討。シュレーディンガー方程式に非線形項を導入して崩壊を誘発。
• RTI やペンローズ・ディオージのような理論が、任意の「カット」や隠れた変数に依存せず、崩壊を動的で物理的なプロセスとして統合できることを主張。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準量子理論がユニタリ動的法則に限定された場合、単一の観測者に対して一意な結果を一貫して予測できるか？
• RQ2 すべての測定結果が別々の分岐に存在する（エヴェレット的解釈）か、便宜的な射影仮説に依存するという仮定の実験的・論理的結果は何か？
• RQ3 自己矛盾の根本的問題を解決できないまま、解釈的操作（例：矛盾を「主観的」または「一意性の違反」として扱う）がなぜ失敗するのか？
• RQ4 RTI やペンローズ・ディオージのような客観的崩壊モデルは、解釈的仮説に依存せず、測定問題を物理的に整合的に解決できるか？
• RQ5 理論的固定観念は、物理学界が標準量子理論の自己矛盾の本質を認識しないように妨げているのか？

主な発見

• オーソドックスであろうと、アンソロポチックであろうと、標準量子理論は、便宜的な射影仮説なしには、明確な単一の結果を導けないため、実験的に不十分で論理的に整合性が欠如している。
• 理論は単一の観測者に対して、互いに排他的な予測を生じさせ、自己一貫性の原則に反し、実験的レベルで非論理的である。
• Wignerの友人的パラドックスは、哲学的珍説ではなく、標準量子理論における致命的整合性欠如の具体的な現れである。
• 相対的取引解釈（RTI）やペンローズ・ディオージの重力的崩壊といった客観的崩壊モデルは、物理的根拠に基づいた非ユニタリな動的法則を提供し、任意のカットや隠れた変数なしに単一の結果を生じさせる。
• 理論的固定観念が、矛盾を「教訓」や「一意性の違反」と誤解させ、実際には理論の失敗の兆候であると誤認させている。
• 本論文は、客観的崩壊モデルが、実在的かつ実験的に整合的な量子理論の唯一の有効な道筋であると結論づける。