[논문 리뷰] Quantum objects as elementary units of causality and locality

Hans H. Diel|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 04.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 9인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 양자 이론과 양자장론에 의해 지배되는 입자 집합인 양자 물체를 국소적 인과론 모델에서 인과성과 국소성의 기본 단위로 제안한다. 양자 물체를 자체의 고유 시간에 의해 구동되는 내부 동역학을 가진 자율 시스템으로 간주함으로써, 비국소성은 내부 상태 전이에 국한되며 상대성 이론에 부합하는 전역 상호작용을 유지할 수 있다. 이는 국소성과 양자 얽힘 간의 갈등을 해결한다.

ABSTRACT

The author's attempt to construct a local causal model of quantum theory (QT) that includes quantum field theory (QFT) resulted in the identification of "quantum objects" as the elementary units of causality and locality. Quantum objects are collections of particles (including single particles) whose collective dynamics and measurement results can only be described by the laws of QT and QFT. Local causal models of quantum objects' internal dynamics are not possible if a locality is understood as a space-point locality. Within quantum objects, state transitions may occur which instantly affect the whole quantum object. The identification of quantum objects as the elementary units of causality and locality has two primary implications for a causal model of quantum objects: (1) quantum objects run autonomously with system-state update frequencies based on their local proper times and with either no or minimal dependency on external parameters. (2) The laws of physics that describe global (but relativistic) interrelationships must be translated to a causal model of interactions between quantum objects and interactions between quantum objects and the space.

연구 동기 및 목표

• 공간 점의 국소성 초월하는 국소성의 재정의를 통해 국소 인과성과 양자 얽힘 간의 불일치를 해결하기 위해.
• 상대성 이론의 전역 수준에서 일관성을 유지하는 양자 이론과 양자장론(QFT)의 국소적 인과론 모델을 개발하기 위해.
• 기존 양자 이론의 알려진 결함을 보완하기 위해 자율적 양자 물체를 기본 실체로 도입하기 위해.
• 비국소성이 양자 물체 내부에 국한되며 물체 간 상호작용 수준에서는 국소성이 유지되는 인과적 프레임워크를 제공하기 위해.
• 양자 물체가 블랙홀과 장에 미치는 영향, 특히 시공간 구조와 장 역학과의 관계를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 세 구성 요소로 이루어진 물리의 인과론 모델을 정의: 물리 엔진, 물리 법칙, 시스템 상태이며, 상태 갱신은 이산 시간 단위로 이루어진다.
• 양자 물체를 양자 이론과 QFT에 의해 지배되는 입자 집합으로 도입하며, 개별 물리 엔진을 통해 자율적인 진동을 갖는다.
• 자기 포함 시스템으로서의 양자 물체를 모델링하여 내부 상태 전이가 비국소적일 수 있지만 물체 내부에 국한되도록 하며, 물체 간 상호작용에서의 비국소성을 방지한다.
• 공간을 에너지-질량 분포에 따라 진화하는 동적 다양체로 표현하며, 장은 공간에 맵핑되고 전역 물리 엔진에 의해 갱신된다.
• 내부 양자 물체 동역학(비국소적이지만 자율적)과 외부 상호작용(국소적, 상대론적)을 구분하여 전역 인과성을 확보한다.
• 블랙홀과 장에 모델을 적용하며, 블랙홀은 결합 상태의 양자 물체로 간주하고 장은 양자 물체가 아니라 공간에 통합된 구성 요소로 간주한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공간 점의 국소성 초월하는 국소성의 재정의가 가능할 경우, 양자 이론과 양자장론의 국소적 인과론 모델을 구성할 수 있는가?
• RQ2 양자 얽힘에서의 비국소성은 어떻게 내부 동역학에만 국한되며 상대성 인과성 위반 없이 유지될 수 있는가?
• RQ3 고유 시간과 자율적 진동이 양자 물체에서 수행하는 역할은 무엇이며, 내부 상태 전이에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 양자 물체는 공간과 장과 어떻게 상호작용하는가? 그리고 시공간 구조는 그들의 에너지-질량 분포에 의해 어떻게 동적으로 결정되는가?
• RQ5 블랙홀는 양자 물체로 해석될 수 있는가? 이는 블랙홀 증발과 정보 손실 문제에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 양자 물체는 양자 이론과 QFT의 국소적 인과론 모델에서 인과성과 국소성의 기본 단위로 확인된다.
• 양자 물체 내부의 비국소적 상태 전이는 허용되며 국한되며, 자율성 가정 하에 일관된 국소적 인과론 모델을 가능하게 한다.
• 양자 물체는 자체의 고유 시간에 기반한 시스템 상태 갱신 주기를 갖는 자율적 진동을 보이며, 외부 의존도를 최소화한다.
• 공간의 전역 구조는 양자 물체의 에너지-질량 분포에 의해 동적으로 결정되며, 일반 상대성 이론과 일관된다.
• 블랙홀는 결합 상태의 양자 물체로 해석될 수 있으며, 이는 블랙홀가 특이점이 아니라 시공간의 기본 단위임을 시사한다.
• 장은 양자 물체로 간주되지 않으며, 공간에 맵핑된 상태 구성 요소로 간주되며 전역 물리 엔진에 의해 갱신된다. 이는 내부 및 외부 동역학 간의 구분을 유지한다.