[논문 리뷰] Precedence and freedom in quantum physics

Lee Smolin|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 16.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 12인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 양자역학의 새로운 해석을 제안하며, 양자 시스템이 측정에 대해 최대한의 자유를 가진다는 점을 중심으로 한다. 이는 동일한 측정에 대한 과거의 결과들 중에서 랜덤으로 선택된 결과에 의해 규정되는 '선례 원리'에 의해 이뤄진다. 핵심 기여는 법칙이 본질적이지 않고 누적된 선례로부터 동적으로 유도되는 양자 이론의 재구성이다. 이는 통계적 예측 가능성을 위반하지 않으면서도 진정된 신규성과 자유를 갖는 양자 진화를 가능하게 한다.

ABSTRACT

A new interpretation of quantum mechanics is proposed according to which precedence, freedom and novelty play central roles. This is based on a modification of the postulates for quantum theory given by Masanes and Muller. We argue that quantum mechanics is uniquely characterized as the probabilistic theory in which individual systems have maximal freedom in their responses to experiment, given reasonable axioms for the behavior of probabilities in a physical theory. Thus, to the extent that quantum systems are free, in the sense of Conway and Kochen, there is a sense in which they are maximally free. We also propose that laws of quantum evolution arise from a principle of precedence, according to which the outcome of a measurement on a quantum system is selected randomly from the ensemble of outcomes of previous instances of the same measurement on the same quantum system. This implies that dynamical laws for quantum systems can evolve as the universe evolves, because new precedents are generated by the formation of new entangled states.

연구 동기 및 목표

• 시간이 기본적이며 법칙이 영원하지 않다는 메타물리적 프레임워크를 제공함으로써, 결정론과 새로운 현상 사이의 갈등을 해결하고자 한다.
• 반복 실험에서 신뢰할 수 있는 법칙이 유지되면서도 새로운 양자 과정에서 진정으로 예측 불가능한 결과가 가능하도록 하는 바탕을 마련하고자 한다.
• 시간이 기본적이며 법칙이 영원하지 않으며, 우주가 양자 선례의 누적을 통해 진화한다는 메타물리적 틀을 제공하고자 한다.
• 컨웨이-코헨의 자유의지 정리에서 영감을 얻은 양자 시스템의 자유가 측정에 대한 반응에서 최대 자유로 형식화될 수 있는지, 그리고 통계적 역사 외에는 결정론적 제약이 없음을 어떻게 정의할 수 있는지 탐구하고자 한다.
• 고정된 영원한 법칙을 가정하는 것에 도전하여, 반복 측정의 통계적 행동으로부터 동적 법칙이 유도된다는 가설을 제시하고자 한다.

제안 방법

• 마사네스와 مول러가 개발한 물리이론에서의 확률에 대한 공리에 기반한, 양자이론을 위한 수정된 공리 체계를 도입한다.
• 선례를 '동일한 시스템에 대해 이전에 수행된 동일한 측정의 결과 집합에서 결과가 무작위로 선택된다'는 원리로 정의한다.
• 개별 시스템이 결정론적 법칙에 의해 제약받는 것이 아니라 과거 행동의 통계적 패턴에 의해 제약받는 운동론적 틀을 구성한다.
• 새로운 얽힌 상태가 새로운 선례를 생성함으로써 법칙이 시간이 지남에 따라 점차 유도되는 과정으로 양자 시스템의 진화를 모델링한다.
• 선례가 없을 경우의 최대 예측 불가능성을 '새로운 양자 과정에 대한 결정론적 제약이 없다'는 것으로 형식화한 '자유' 개념을 사용한다.
• 숨겨진 변수나 영원한 법칙에 의존하지 않는 운영적이고 현상학적인 접근을 통해 이론을 기반으로 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자역학을 재구성하여 법칙이 본질적이지 않고 과거 측정 결과의 통계적 누적에서 유도되도록 할 수 있는가?
• RQ2 양자 시스템이 측정에 대해 얼마나 '자유로운 반응'을 보일 수 있으며, 이는 양자 예측을 위반하지 않도록 어떻게 형식화할 수 있는가?
• RQ3 선례 원리가 반복 실험의 신뢰성을 유지하면서도 양자 과정의 진정된 새로운 현상을 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ4 이 해석에서 시간의 역할은 무엇이며, 영원한 법칙에 기반한 해석과 어떻게 다를까?
• RQ5 선례를 통한 동적 법칙의 유도가 고정된 법칙을 가정하지 않고도 양자역학의 통계적 결과 예측 성공을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 합리적인 물리이론에서의 확률 공리에 기반해, 개별 시스템이 측정에 대해 최대한의 자유를 가진다는 조건에서, 양자역학은 유일하게 특징지어질 수 있는 확률 이론이다.
• 선례 원리는 반복 실험의 재현 가능성을 시간이 지나지 않는 법칙이 아니라 과거 결과의 통계적 기억을 통해 설명하며, 새로운 결과는 이전 사례들 중에서 무작위로 선택된다.
• 특히 얽힌 상태와 같은 새로운 양자 상태는 선례가 없기 때문에 예측 불가능하게 행동할 수 있으며, 이는 진정된 새로운 현상과 자유로운 진화를 가능하게 한다.
• 이 이론은 자연 법칙이 영원하거나 보편적이지 않고, 새로운 선례가 누적됨에 따라 점차적으로 유도된다는 것을 암시한다. 특히 새로운 얽힌 상태의 형성 과정을 통해 그러한 법칙의 유도가 이루어진다.
• 이 틀은 시간이 기본적이며 과거, 현재, 미래의 구분이 객관적이라는 사고를 지지하며, 법칙이 우주와 함께 진화할 수 있음을 가능하게 한다.
• 이 모델은 비국소성과 문맥성과 같은 알려진 양자 현상과 일치하며, 모순 없이 비국소적이고 문맥적 의존성을 가진 은폐 변수를 허용한다.