[논문 리뷰] How and why the wave function collapses after a measurement

Massimo Fioroni, Giorgio Immirzi|ArXiv.org|1994. 11. 16.

NMR spectroscopy and applications참고 문헌 7인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 측정 중 파동함수 붕괴가 양자 시스템과의 상호작용에 의해 유도되는 매크로스코픽 측정 장치 내의 1차 상전이로 기인한다고 제안한다. 이 비가역적 과정은 추가적인 가정 없이도 붕괴를 설명하며, 매크로스코픽 관측 가능량에서 다름을 보이는 최종 상태들이 상대 위상에서 관측 불가능해지는 방식으로 초위상에서 결정값으로의 전이를 자연스럽게 설명한다.

ABSTRACT

We explain the collapse of the wavefunction with the notion that, in a measurement, the system observed nucleates a first order phase transition in the measuring device. The possible final states differ by the values of macroscopic observables, and their relative phase is therefore unobservable. The process is irreversible, but needs no separate postulate.

연구 동기 및 목표

• 추가적인 가정 없이 파동함수 붕괴를 설명함으로써 양자역학의 측정 문제를 해결하는 것.
• 측정 과정 중 양자 초위상에서 결정된 고전적 결과로의 전이에 대한 물리적 메커니즘을 제공하는 것.
• 측정 장치의 매크로스코픽 관측 가능량이 상대 위상의 관측 불가능성을 어떻게 유도하는지 보여주는 것.
• 상전이 역학을 통해 측정 과정을 열역학적 비가역성과 통합하는 것.
• 상전이의 물리적 원리로부터 파생됨으로써 별도의 붕괴 가정이 필요 없도록 하는 것.

제안 방법

• 측정 장치를 양자 시스템과의 상호작용에 의해 1차 상전이를 겪는 시스템으로 모델링한다.
• 측정 장치 내에서 새로운 상이 핵형성되는 것을 파동함수 붕괴의 물리적 근원으로 식별한다.
• 통계역학을 적용하여 서로 다른 매크로스코픽 값(최종 상태)이 상대 위상에서 상관관계가 없음을 보여준다.
• 상전이의 비가역성을 이용해 측정 후 시스템이 특정 상태에 머무르는 이유를 설명한다.
• 추가적인 가정이 필요 없음을 보이며, 붕괴가 매크로스코픽 시스템의 역학에서 자연스럽게 유도됨을 보여준다.
• 최종 상태에서 매크로스코픽 관측 가능량이 위상적으로 중첩될 수 없음을 바탕으로 상대 위상의 관측 불가능성을 이용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 초위상에서 결정된 측정 결과로의 전이를 뒷받침하는 물리적 과정은 무엇인가?
• RQ2 가정을 추가로 두지 않고도 파동함수 붕괴를 기본 원리로부터 유도할 수 있는가?
• RQ3 측정 과정은 왜 비가역적인가? 이는 파동함수 붕괴와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ4 측정 장치의 매크로스코픽 관측 가능량은 서로 다른 결과 간 간섭을 어떻게 관측 불가능하게 만드는가?
• RQ5 측정 장치 내의 상전이 메커니즘으로 인해 보이는 붕괴를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 파동함수 붕괴는 기본 가정이 아니라 측정 장치 내의 1차 상전이에서 유도되는 것이다.
• 상전이의 비가역성이 측정 후 시스템이 특정 상태에 머무르는 이유를 설명한다.
• 다른 매크로스코픽 결과 간 상대 위상은 상전이의 성질로 인해 관측 불가능해진다.
• 통계역학과 열역학에서 유도된 바에 따라 외부 붕괴 가정이 필요 없어진다.
• 최종 상태가 매크로스코픽 관측 가능량의 고유상태에 해당하므로 표준 양자역학과 일관된다.
• 추가적인 가정 없이도 이 메커니즘이 고전적인 측정 결과의 모습을 자연스럽게 설명한다.