[논문 리뷰] On the Incompatibility of Special Relativity and Quantum Mechanics

Marco Mamone-Capria|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 09.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 39인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 EPR 상관관계가 암시하는 초광속 원인관계 영향을 고려할 때 양자역학과 특수상대성이론이 본질적으로 상충됨을 주장한다. 이는 일반적으로 양자역학이 상대성과 조화를 이룰 수 있다는 믿음을 도전한다. 논문은 이러한 상관관계가 빛보다 빠른 속도로 정보를 전송할 수 있음을 보이며, 사영(postulate) 공리가 올바르게 고려되지 않으면 상대성 원리의 인과성 원칙을 위반함을 보여주며, 일반적으로 사용되는 상충성 부정론적 논거들을 반박한다.

ABSTRACT

Some of the strategies which have been put forward in order to deal with the inconsistency between quantum mechanics and special relativity are examined. The EPR correlations are discussed as a simple example of quantum mechanical macroscopic effects with spacelike separation from their causes. It is shown that they can be used to convey information, whose reliability can be estimated by means of Bayes' theorem. Some of the current reasons advanced to deny that quantum mechanics contradicts special relativity are refuted, and an historical perspective is provided on the issue.

연구 동기 및 목표

• 양자역학의 EPR 상관관계가 특수상대성의 원칙에 위배되는 초광속 인과관계 영향을 암시함을 보여주는 것.
• 신호 국지성, 전통적 동시성 개념, 또는 사영 공리의 거부를 근거로 하는 상충성 부정 논거를 반박하는 것.
• 신호, 정보 전달, 인과관계 영향을 구분하지 못함이 상충성에 대한 오해를 초래하는 근본 원인임을 보여주는 것.
• 역사적으로 이러한 상충성을 받아들이지 못한 이유가 상대성과 양자역학에 대한 오해, 특히 동시성과 인과성에 대한 오해에서 비롯됨을 주장하는 것.
• 미래의 EPR 유사 실험에서 초광속 영향이 루프 없이 확인된다면 특수상대성이론이 대체되어야 할 가능성을 제안하는 것.

제안 방법

• 스페이스타임적으로 분리된 얽힌 입자들이 나타내는 상관관계가 초광속 인과관계 영향을 암시함을 보여주는 EPR 생각 실험을 분석하는 것.
• 베이즈 정리(Bayes’ theorem)를 적용하여 EPR 상관관계를 통한 정보 전달의 신뢰도를 평가하며, 이를 확률적 추론 과정으로 간주하는 것.
• 사영 공리를 생략하거나 거부하는 양자역학 해석을 비판하며, 이러한 접근이 비국소성 문제를 은폐함을 주장하는 것.
• 상대성 이론에서 동시성과 비표준 동기화의 역할을 분석하여, 이러한 방법이 인과적 갈등을 해결하지 못함을 보여주는 것.
• 아인슈타인, 보어, 봉너, 벨의 역사적 분석을 통해 상충 논의의 발전을 추적하고 초기에 문제를 인식한 사례를 강조하는 것.
• EPR 유사 실험의 실험적 루프홀을 평가하며, 해결되지 않은 가정이 결론을 약화시키고 이론적 갈등을 유지함을 주장하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EPR 상관관계를 사용해 빛보다 빠르게 정보를 전송할 수 있으며, 만약 그렇다면 이는 특수상대성의 원칙을 위반하는가?
• RQ2 초광속 인과관계 영향의 증거가 있음에도 불구하고 많은 물리학자들이 여전히 양자역학이 특수상대성과 호환된다고 주장하는 이유는 무엇인가?
• RQ3 양자역학에서 사영 공리를 생략하거나 재해석할 경우 비국소성 문제는 어떻게 은폐되는가?
• RQ4 상대성 이론에서 동시성에 대한 관례론적 시각이 양자역학과의 진정한 상충성을 얼마나 가로막는가?
• RQ5 EPR 유사 실험이 초광속 영향을 확실히 입증한다면 이론적·실험적 결과로는 무엇이 예상되는가?

주요 결과

• 베이즈 정리로 정량화된 바에 따르면 EPR 상관관계는 높은 신뢰도로 정보를 전달할 수 있으며, 이는 초광속 인과관계 영향을 암시한다.
• 신호, 정보 전달, 인과관계 영향을 구분하지 못함이 양자역학이 상대성과 호환된다고 오해하는 주요 원인임을 보여준다.
• 양자역학에서 사영 공리를 거부하거나 재해석할 경우 비국소성이 과소평가되며, 결과적으로 상충성이 은폐됨을 보여준다.
• 상대성 이론에서 비표준 동기화는 인과성 역전이나 초광속 영향 문제를 해결하지 못하며, 양자 얽힘의 존재 속에서 상대론적 인과성 원칙을 유지하지 못함을 보여준다.
• 역사적 자료는 아인슈타인, 봉너, 벨이 이미 초기에 상충성을 인식했음을 보여주며, 벨이 이 문제를 처음으로 밝혀냈다는 주장을 반박한다.
• 논문은 양자역학과 특수상대성이론 사이의 이론적 갈등이 실재하며 1930년대부터 이미 인식되었음을 결론내며, 향후 확실한 EPR 실험이 특수상대성이론을 반증할 수 있음을 제안한다. 그러나 이는 해석 문제를 해결하지 못한 채로는 양자역학을 자동으로 지지하지는 않는다.