[論文レビュー] Why Current Interpretations of Quantum Mechanics are Deficient

Elliott Tammaro|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2014

Quantum Mechanics and Applications参考文献 51被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、コペンハーゲン解釈、多世界解釈、ド・ブロイ＝ド・インプルーヴィング力学、その他の主要な解釈を批判的に評価し、測定問題、微調整、論理的不一致、実験的不適合といった未解決の欠陥をすべて抱えていると主張する。結論として、現在の解釈はすべて実験と完全に一致しながらも基礎的問題を完全に解決できず、既存の枠組みの妥当性を疑問視し、量子理論のより深い再解釈を求めるものである。

ABSTRACT

Quantum mechanics under the Copenhagen interpretation is one of the most experimentally well verified formalisms. However, it is known that the interpretation makes explicit reference to external observation or "measurement." One says that the Copenhagen interpretation suffers from the measurement problem. This deficiency of the interpretation excludes it as a viable fundamental formalism and prevents the use of standard quantum mechanics in discussions of quantum cosmology. Numerous alternative interpretations have been developed with the goals of reproducing its predictive success while obviating the measurement problem. While several interpretations make distinct, falsifiable, predictions, many claim to precisely reproduce the results of standard quantum mechanics. The sheer number of interpretations raises several issues. If the experimental predictions are identical, how are they to be assessed? On what grounds can an interpretation be said to trump another? Without recourse to experimental findings, one may continue to assess an interpretation on its logical structure, self-consistency, and simplicity (number and plausibility of its assumptions). We argue, and where possible, demonstrate, that all common interpretations have unresolved deficiencies. Among these deficiencies are failures to resolve the measurement problem, fine-tuning problems, logical/mathematical inconsistencies, disagreement with experiment, and others. Shortcomings as severe as these call into question the viability of any of the common interpretations. When appropriate, we indicate where future work may resolve some of these issues.

研究の動機と目的

• 未解決の基礎的問題を踏まえて、広く受け入れられている量子力学解釈の妥当性を評価すること。
• 微調整、論理的不一致、実験的不適合といった、主な解釈に共通する持続的な欠陥を特定・分析すること。
• 標準的予測を再現する解釈が同等に有効であるという仮定を疑問視し、より深い理論的整合性の必要性を強調すること。
• 現在の解釈が量子宇宙論や量子重力に対して十分でないことを主張し、新たな手法の必要性を示すこと。
• 統一的で実験的に整合的かつ論理的に一貫した量子力学の再解釈を促す研究を刺激すること。

提案手法

• 論理的整合性、単純性、実験的一致の基準に基づき、コペンハーゲン、多世界解釈、ド・ブロイ＝ド・インプルーヴィング力学、一貫した歴史、取引解釈、時空対称量子力学といった主な解釈を体系的に評価すること。
• 各解釈が測定問題にどのように対処するか、特に波動関数の収束や非ユニタリ過程の役割を分析すること。
• 数学的・物理的仮定の検討、特に取引解釈や時空対称量子力学のような解釈で、導出のないボルン則の使用。
• 複数の解釈に共通する微調整問題の特定、例えば極めて特殊な初期条件を必要とするもの。
• 時空対称量子力学の形式的枠組み（式24）を用いて、測定問題が解決されるかを検証し、非ユニタリな時間発展に依然として依存していることが判明。
• 測定を根本的な公理としてではなく、物理的プロセスとして記述できる能力に基づき、解釈を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の量子力学解釈のどれかが、便宜的な仮定を導入せずに測定問題を完全に解決できるか？
• RQ2 標準的量子力学の予測を再現する解釈は、論理的整合性、単純性、実験的妥当性において本質的に異なるか？
• RQ3 コペンハーゲン解釈や取引解釈のようなモデルで、波動関数の収束や非ユニタリな時間発展を物理的に正当化できるのか、それとも単なる現象論的仮定にすぎないのか？
• RQ4 時空対称的または後向き因果的解釈（例：時空対称量子力学）は、ボルン則を公理として用いずに測定を一貫した形で記述できるか？
• RQ5 多世界解釈やド・ブロイ＝ド・インプルーヴィング力学には、それらが量子理論の完全かつ一貫した基礎としての地位を損なう根本的欠陥があるのか？

主な発見

• コペンハーゲン解釈は、外部の測定に依存するため、普遍的適用性に欠け、測定問題が未解決のまま残る。
• 多世界解釈は、優先される基底の欠如と、分岐選択における微調整問題を抱え、根本的な理論として不完全である。
• ド・ブロイ＝ド・インプルーヴィング力学は非局所性を要し、微調整された初期条件を必要とし、相対性理論の不変性と常に一致するとは限らない。
• 取引解釈は、単一の発信者・吸収体ペアを仮定しており、複雑な系では物理的に現実的ではなく、なぜ唯一つの確認プロセスが発生するのか説明がつかない。
• 時空対称量子力学は数学的に洗練されているが、ボルン則の導出なしに依存しており、非ユニタリな時間発展のメカニズムを説明しないまま、測定問題を解決できない。
• 検討された解釈すべてに論理的不一致、微調整、実験的不適合が見られ、それらは完全に妥当な基礎理論とは言えないという結論に至る。