[論文レビュー] Vacuum fluctuations the clue for a realistic interpretation of quantum mechanics

Emilio Santos|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2012

Quantum Mechanics and Applications参考文献 27被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、量子力学が実際の真空揺動——すべての基本場に共通する確率的ノイズ——から生じることを提案している。プランク定数は、こうした揺動のスケールを決定づける。量子現象、たとえば不確定性関係や波動と粒子の二重性が、こうした確率的力学から生じることを主張し、実験的制約を適切に考慮すれば、ベルテスト実験と整合する現実的で直感的な解釈を提供する。

ABSTRACT

Arguments are gived for the plausibility that quantum mechanics is a stochastic theory and that many quantum phenomena derive from the existence of a real noise consisting of vacuum fluctuations of all fundamental fields existing in nature. Planck's constant appears as the parameter fixing the scale of the fluctuations. Hints for an intuitive explanation are offered for some typical quantum features, like the uncertainty principle or the particle behaviour of fields. It is proposed that the recent discovery of dark energy in the universe is an argument for the reality of the vacuum fluctuations. A study is made of the compatibility of the model with the results of performed tests of Bell\'{}s inequalities.

研究の動機と目的

• 抽象的な形式主義ではなく、物理的で確率的な真空揺動に基づいて、量子力学に現実的で直感的な解釈を与えること。
• 量子のランダムネスが量子真空内の実在の普遍的ノイズに由来することを仮定することで、量子基礎における長年の概念的困難を解決すること。
• 実験的制約、特に不確定性関係に起因するもの——を適切に考慮することで、局所性と隠れ変数を量子力学と調和させること。
• 最近の暗黒エネルギーの発見が、真空揺動の物理的実在を支持する証拠であると主張し、この解釈の根拠を強化すること。
• 現実的な実験条件を考慮した場合、理想化された思考実験におけるベル不等式の「違反」が、局所的隠れ変数モデルを排除しないことを示すこと。

提案手法

• すべての基本場の真空揺動によって駆動される確率的理論として量子力学をモデル化し、プランク定数をこうした揺動のスケールパラメータとする。
• ハイゼンベルクの不確定性関係を用いて、ベル型実験における時空的に分離可能な最小距離に制約を導出し、短距離では非局所性が実験的に達成不可能であることを示す。
• 量子重ね合わせと測定結果を、内在的な不確実性ではなく、揺動する真空場の統計的挙動から生じるものと解釈する。
• 全角運動量 J=0 を持つ系の回転ゼロ点エネルギーを分析し、量子力学が揺動する回転を排除するのではなく、実際にはその測定が不可能であると主張する。
• 非可換関係や反可換関係を、真空揺動に結びついた量子確率の特徴として再解釈することで、量子形式主義と物理的モデルを調和させること。
• 実験的ロジックの穴（たとえば、時間計測、局所化）を特定し、実験的非局所信号伝達が実際に可能でないことを評価することで、モデルがベル不等式テストと整合するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子力学は、抽象的な形式主義ではなく、実際の真空揺動に基づく確率的理論として理解できるか？
• RQ2 真空揺動は、不確定性関係や場の粒子的性質をどのように説明するか？
• RQ3 理想化された状況ではベル不等式の「違反」が見られるにもかかわらず、なぜ実験では非局所信号伝達が検出されないのか？
• RQ4 ハイゼンベルクの不確定性関係は、現実の実験において非局所性のテストが不可能であることを制限する役割を果たすか？
• RQ5 最近の暗黒エネルギーの発見は、真空揺動の物理的実在を示す証拠であるとみなせるか？ そして、これは量子力学の現実的解釈をどのように支持するか？

主な発見

• 量子力学は、すべての基本場の普遍的真空揺動に由来する確率的理論として解釈可能であり、プランク定数がこうした揺動のスケールを決定づける。
• ハイゼンベルクの不確定性関係は、時空的に分離可能な最小距離——質量を持つ粒子では ħc/(mc) のオーダー——に制約を課し、これにより短距離実験では非局所性のテストが意味を持たないことを示唆する。
• 理想化された思考実験におけるベル不等式の「違反」は、現実の実験的制約（たとえば、時間計測、局所化）を適切に考慮すれば、局所的隠れ変数モデルを排除しない。
• 全角運動量 J=0 の系が回転を持たないと予測する量子力学の予測は、運動の欠如を意味するのではなく、実際には揺動する回転を測定することが不可能であることを意味する。
• 暗黒エネルギーの発見は、真空揺動の物理的実在を支持する実証的根拠を提供し、この解釈の根拠を強化する。
• このモデルは、すべてのヒルベルト空間のベクトルや自己随伴演算子が物理的に実現可能な状態を表すわけではないと示唆しており、現在の仮定よりも深い制約が量子形式主義に存在することを示唆する。