[논문 리뷰] On Superdeterministic Rejections of Settings Independence

Gerardo S. Ciepielewski, Elias Okon외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 03.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 36인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 설정 독립성(설정이 숨겨진 변수와 통계적으로 독립임을 가정하는 것)을 명시적으로 위반함으로써 모든 양자역학적 예측을 재현하는 완전히 局소적(superdeterministic) 모델을 제시한다. 비록 음성적 공모(conspiracy)나 과학적 비일관성의 악영향을 피하기는 하지만, 이 모델은 이론적 미덕이 떨어지고 너무나 복잡하여 비국소 이론에 비해 매력적인 대안이 되지 못한다. 다만 초국소성(superdeterminism)에 대한 논의를 위한 유의미한 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

Relying on some auxiliary assumptions, usually considered mild, Bell's theorem proves that no local theory can reproduce all the predictions of quantum mechanics. In this work, we introduce a fully local, superdeterministic model that, by explicitly violating settings independence--one of these auxiliary assumptions, requiring statistical independence between measurement settings and systems to be measured--is able to reproduce all the predictions of quantum mechanics. Moreover, we show that, contrary to widespread expectations, our model can break settings independence without an initial state that is too complex to handle, without visibly losing all explanatory power and without outright nullifying all of experimental science. Still, we argue that our model is unnecessarily complicated and does not offer true advantages over its non-local competitors. We conclude that, while our model does not appear to be a viable contender to their non-local counterparts, it provides the ideal framework to advance the debate over violations of statistical independence via the superdeterministic route.

연구 동기 및 목표

• 설정 독립성을 위반함으로써 모든 양자역학적 예측을 재현하는 구체적이고 완전히 국소적인 모델을 구축하는 것.
• 특히 음성적 공모, 설명력 상실, 실험 과학과의 불일치 등의 표준적 반론에 대비해 그러한 모델을 방어하는 것.
• 초국소적 모델이 과도하게 복잡한 초기 조건이 필요하지 않도록 하면서도 비국소 이론의 타당한 대안이 될 수 있는지 탐색하는 것.
• 단순성, 명료성, 그리고 실재론적 확장 측면에서 이러한 모델의 이론적 비용을 평가하는 것.
• 통계적 독립성 위반에 대한 초국소성의 논의를 발전시키기 위한 견고한 프레임워크를 제공하는 것.

제안 방법

• 전체 시스템 수준에서 국소성을 유지하는 결정론적 비국소 동역학을 가진 국소적 파ilot-wave 모델(LPW)을 개발한다.
• 측정 설정이 초기 상태에 의해 사전 결정된 방식으로 숨겨진 변수와 상관관계를 가지며 설정 독립성을 위반하는 초국소적 메커니즘을 도입한다.
• 물리적 온톨로지(ontology)를 정의하기 위해 질량 밀도 함수(Eq. 24)를 사용하여 모델의 예측가 양자역학과 일치하도록 보장한다.
• 모델의 강건성과 초기 조건에 대한 다양한 제약 조건을 탐색하기 위해 모델의 변형들(예: R-LPW_f)을 구축한다.
• 벨 유형 실험에서의 모델 행동을 분석하여 설정 독립성 위반이 이러한 맥락에 국한되어 있음을 보이며 일반 실험 일관성을 유지함을 보여준다.
• 단순성, 명료성, 그리고 상대성 이론과의 통합을 중심으로 비교하여, 파ilot-wave 모델과 비국소적 대안과의 비교를 통해 모델의 이론적 미덕을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전히 국소적이고 초국소적인 모델이 설정 독립성을 위반함으로써 모든 양자역학적 예측을 재현할 수 있는가?
• RQ2 그러한 모델은 실험 과학을 뿌리에서 뒤흔들거나 설명력을 상실하는 등의 음성적 공모의 악영향을 피할 수 있는가?
• RQ3 그러한 모델에 요구되는 초기 상태는 다루기 어려울 정도로 복잡하거나 물리적으로 비현실적인가?
• RQ4 비국소 이론과 비교할 때, 그 모델의 온톨로지적 구조는 단순성과 개념적 명료성 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ5 초국소성은 이론적 미덕을 포기하지 않고도 비국소성의 타당한 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 모델은 초국소적 메커니즘을 통해 설정 독립성을 위반함으로써 EPR-벨 시나리오를 포함한 모든 양자역학적 예측을 성공적으로 재현한다.
• 설정 독립성 위반의 위험을 벨 유형 실험에 국한시킴으로써 음성적 공모의 가장 악성의 결과를 피하며 일반 실험 과학의 일관성을 유지한다.
• 모델에 요구되는 초기 상태는 다루기 어려운 복잡성을 지니지 않으며, 설정 독립성 위반을 초래하는 初기 조건의 집합은 간결하게 기술할 수 있다.
• 그럼에도 불구하고, 모델는 심각한 온톨로지적 확장을 겪으며, 전체 온톨로지와 공간에서 관측 가능한 물리적 질량 밀도 사이에 괴리가 존재한다.
• 단순성, 명료성, 설명력 등의 이론적 미덕 측면에서 모델는 비국소 이론에 비해 떨어지며, 따라서 비국소 이론에 비해 매력적인 대안이 되지 못한다.
• 모델는 비국소 이론에 비해 타당한 경쟁자가 되지 못하지만, 통계적 독립성 위반에 대한 초국소성 논의를 발전시키기 위한 유용한 프레임워크를 제공한다.