[論文レビュー] Unified description of quantum nonlocal and relativistic local correlations: Both assume free will and happen without connection in space-time

Antoine Suárez|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、量子非局所性と相対論的局所性を統一的な枠組みで提示し、両者とも『自由意思』を仮定し、連続的な時空の接続なしに発生すると主張する。両現象が時空の外縁から生じることを示唆し、時空の量子化を示し、未解決の『測定問題』を、量子力学と相対性理論を統合する中心的役割を果たすものとする。

ABSTRACT

It is argued that quantum and relativistic correlations can be described in a unified way, in that both assume free will as an axiom, and happen without any continuous connection in space-time. This description may contribute to a coherent definition of "space-time quantization" and highlights the importance of solving the "measurement problem".

研究の動機と目的

• 量子非局所性と相対論的局所性を、共通の基礎的原則を特定することで統合すること。
• 観測と不可逆性の役割を明確にすることで、測定問題を解決すること。
• 時空の量子化が、連続的な時空接続のない相関から生じることを提案すること。
• 量子的相関と相対論的相関が互いに意味し合うことを主張し、量子力学と相対性理論の間にあると見なされる対立を挑戦すること。
• 観測者問題を、特異点やブラックホールの事象の地平線において、量子力学と一般相対性理論の両者にとって根本的であると再定式化すること。

提案手法

• 単一光子の時空的非局所的ミケルソン＝モーリー実験を、量子的および相対論的相関を検証する基礎的思考実験および実験的枠組みとして用いる。
• 検出結果を記述するための確率振幅式 $ P(a) = \frac{1}{2}(1 + a\cos\Phi) $ を適用し、ここで $ \Phi = \omega\tau $ であり、位相差が経路差に依存することを示す。
• 信号伝播なしに非局所的相関を説明するため、『時空を越えた波動関数の収束』の概念を導入し、相対論的因果律を保つ。
• 量子的および相対論的相関が、時空の外縁から生じることを提案し、時空が根本的構造ではなく、理想化であることを示唆する。
• 検出事象の不可逆性を物理的境界条件として分析し、計算可能性理論における『停止問題』に類似した性質を持つとみなす。
• 量子物理学における測定問題と一般相対性理論における特異点問題の類似性を指摘し、共通の基礎的問題を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子非局所性と相対論的局所性は、同一の概念的枠組みで記述可能か？
• RQ2 『自由意思』は、量子的および相対論的相関において果たす役割は何か？ また、測定プロセスとどのように関係するか？
• RQ3 連続的な時空の接続なしに、時空的に分離された検出事象がどのように相関するのか？ これにより、時空の量子化にどのような含意が生じるか？
• RQ4 なぜ測定プロセスは不可逆的なのか？ そして、この不可逆性は観測者および物理的復元の限界とどのように関係するか？
• RQ5 量子力学と相対性理論は、どの程度お互いに意味し合うのか？ そして、この相互含意が、非局所性と相対性理論の間にある見かけ上の矛盾をどのように解消するのか？

主な発見

• 量子的および相対論的相関は、両者とも連続的な時空の接続なしに発生しており、物理的相関の背後にあるより深い、幾何学的でない起源を示唆している。
• 単一光子の時空的非局所的ミケルソン＝モーリー実験は、量子非局所性と相対論的不変性が互いに補い合うことを示し、量子力学と相対性理論が対立するのではなく、相補的であることを示唆している。
• 検出結果の確率は $ P(a) = \frac{1}{2}(1 + a\cos\Phi) $ で与えられ、ここで $ \Phi $ は光路差に依存しており、干渉効果が、片方の検出器が作動しても、両方の経路の知識が必要であることを示している。
• 実験は、検出における意思決定—『どの検出器が作動するか』—が、時空を介した信号によって決定されず、非局所的かつ時空を超えたプロセスによって決定されることを確認している。
• 測定問題は、単に量子論的問題にとどまらず、相対性理論にも影響を及ぼす。不可逆性（例：死）は、現在の物理的能力では逆転できないため、復元の根本的限界を示唆している。
• ブラックホールの事象の地平線における『世界の終わり』、すなわち事象の地平線または死の地平線によって定義される点以降には、物理的時空構造は存在しない。これは、時空が根本的ではなく、非局所的相関から生じる現象的構造であるという考えを強化する。