[논문 리뷰] Are Local Causal Models of Quantum Theory Feasible at All?

Hans H. Diel|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 13.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 양자 이론(QT)과 양자장론(QFT)에서 국소적 인과 모델의 실현 가능성을 조사하며, 일반적인 인과 모델은 가능하지만 엄격한 국소성(공간점 국소성)을 정의하는 국소적 인과 모델은 양자 얽힘과 측정에서의 비국소성으로 인해 실현 가능하지 않다고 결론을 내린다. 저자는 비국소성을 양자 물체에 국한시키는 보완된 '물체-국소성' 모델을 제안하여 인과성을 유지하면서도 엄격한 공간점 국소성을 피하는 새로운 프레임워크를 제시한다.

ABSTRACT

This article presents an analysis of the extent to which local causal models or local realistic models of quantum theory (QT), including quantum field theory (QFT), are theoretically possible and practically feasible in light of the present state of these theories. Quantum physicists consider Bells famous inequality and its violation in experiments to be a strong indication that local realistic or local causal models of QT are not possible and that quantum theory as a whole is therefore not a local realistic or local causal theory. Based on a proposed definition of a "formal causal model" for a theory of physics (such as QT), this paper investigates the possibility of having a local causal model for QT. Areas of QT are identified in which the construction of a causal model is impeded because of deficiencies in the state of the respective theory. It is shown that the removal of the deficiencies can be achieved by the provision of a causal model. Whereas the construction of a causal model of QT, including QFT, appears to be feasible after the removal of certain deficiencies, the construction of a local (causal) model does not appear to be possible. As a consequence of the conclusion that local (causal) models of QT/QFT are not possible, if a strong interpretation of locality is assumed, a locality model is proposed in which the non-localities are confined to "quantum objects".

연구 동기 및 목표

• 양자 이론(QT)과 양자장론(QFT)의 국소적 인과 모델이 이론적으로 실현 가능한지 평가하기.
• 인과 모델 구축을 방해하는 QT의 핵심 결함, 특히 양자 얽힘, 측정 문제, QFT 상호작용에서의 결함을 특정하기.
• 측정 문제와 간섭 붕괴 규칙과 같은 핵심 문제를 해결하는 QT/QFT의 인과 모델을 제안하기.
• 비국소성을 '양자 물체'로 국한시켜 인과성을 유지하면서도 엄격한 공간점 국소성을 피하는 방식으로 국소성의 정의를 재정의하기.
• QT에서 완전한 인과 모델의 부재가 본질적 불일치 때문이 아니라 이론적 격차 때문이라는 주장을 펼치기.

제안 방법

• 기초 용어를 명확히 하기 위해 '인과 모델', '현실적 모델', '국소적 인과 모델'의 형식적 정의를 제안하기.
• QT에서 인과 모델링에 실패하는 문제 영역—양자 얽힘, 측정 문제, 간섭 붕괴 규칙, QFT 상호작용—을 분석하며 이론적 격차로 인한 원인을 규명하기.
• 비국소성을 해결하기 위해 복합 양자 물체에 전역적 성질을 할당하는 종합적 인과 모델을 구축하여 QT/QFT의 인과 모델을 완성하기.
• 비국소 효과를 공간-시간 점이 아닌 양자 물체에 국한시키는 '물체-국소성'이라는 보완된 국소성 개념을 도입하기.
• 인과 모델을 활용해 양자 현상, 예를 들어 양자 얽힘과 파동함수 붕괴를 체계적인 온톨로지 내의 인과적 과정으로 재해석하기.
• QFT 상호작용에 모델을 적용하여 비인과적 또는 비국소적 장 상호작용이 필요 없도록 인과적 프레임워크를 제안하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 이론과 양자장론에 대해 완전한 인과 모델을 구축할 수 있는가?
• RQ2 공간점 국소성 기반의 엄격한 국소성 정의 하에서 양자 이론의 국소적 인과 모델은 실현 가능한가?
• RQ3 인과 모델 구축을 방해하는 양자 이론의 핵심 결함은 무엇인가?
• RQ4 양자 얽힘과 측정에서의 비국소성은 인과성을 위반하지 않고도 양자 물체에 국한시킬 수 있는가?
• RQ5 제안된 물체-국소적 인과 모델은 양자 현상을 해석하기 위한 일관되고 타당한 프레임워크를 제공하는가?

주요 결과

• 측정 문제와 간섭 붕괴 규칙 등의 이론적 결함이 해결되면, 양자 이론과 양자장론에 대한 인과 모델의 실현이 가능해진다.
• 완전한 QT/QFT 인과 모델은 구축될 수 있지만, 공간점 인과성 기반의 국소성 정의에서는 반드시 비국소성을 포함한다.
• 공간점 상호작용 기반의 엄격한 국소성 정의 하에서는 QT/QFT의 국소적 인과 모델은 실현 불가능하다.
• 제안된 물체-국소적 인과 모델은 복합 양자 물체에 전역적 성질을 할당하여 비국소성을 양자 물체에 국한함으로써 물체 수준의 인과성을 유지한다.
• 양자 물체와 물체-전역 성질의 도입은 기술적 수단이 아니라 물리적으로 의미 있는 프레임워크로서 QT의 기초 문제를 해결한다.
• 결과적으로 도출된 물체-국소 모델은 양자 얽힘과 파동함수 붕괴와 같은 양자 현상을 체계적인 온톨로지 내의 인과적 과정으로 재해석하는 새로운 해석을 제공한다.