[논문 리뷰] There Is No Action at a Distance in Quantum Mechanics, Spooky or Otherwise

S. P. Boughn|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 01.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 4인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 광범위하게 널리 퍼진 대중적 및 철학적 주장과는 달리 양자역학이 거리에 관계없이 작용한다는 것을 주장한다. Boughn은 '기묘한 거리상의 작용'으로 여겨지는 현상이 파동함수의 실재성에 대한 오해에서 비롯되며, 얽힘은 물리적 현실에서 비국소성을 암시하지는 않지만 수학적 형식에서는 그렇다고 주장한다.

ABSTRACT

I feel compelled to respond to the frequent references to spooky action at a distance that often accompany reports of experiments investigating entangled quantum mechanical states. Most, but not all, of these articles have appeared in the popular press. As an experimentalist I have great admiration for such experiments and the concomitant advances in quantum information and quantum computing, but accompanying claims of action at a distance are quite simply nonsense. Some physicists and philosophers of science have bought into the story by promoting the nonlocal nature of quantum mechanics. In 1964, John Bell proved that classical hidden variable theories cannot reproduce the predictions of quantum mechanics unless they employ some type of action at a distance. I have no problem with this conclusion. Unfortunately, Bell later expanded his analysis and mistakenly deduced that quantum mechanics and by implication nature herself are nonlocal. In addition, some of these articles present Einstein in caricature, a tragic figure who neither understood quantum mechanics nor believed it to be an accurate theory of nature. Consequently, the current experiments have proven him wrong. This is also nonsense.

연구 동기 및 목표

• 양자역학에서 비국소성에 대한 널리 퍼진 믿음을 도전하며, 특히 '기묘한 거리상의 작용'이라는 개념을 도전한다.
• 아인슈타인의 우려가 물리적 것이 아니라 철학적임을 명확히 하며, 그가 양자역학을 기본적으로 올바르다고 여겼지만 부족하다고 여겼음을 밝힌다.
• 파동함수는 실재적인 현실으로 해석되어서는 안 되며, 측정 결과를 예측하는 도구로만 해석되어야 한다고 주장한다.
• 대중 과학에서 아인슈타인이 양자역학을 기각했다고 일반적으로 묘사되는 오해를 바로잡는다.
• 양자 얽힘에서 초광속 신호 전송이 발생하지 않으며, 이는 특수상대성 이론과의 호환성을 유지함을 강조한다.

제안 방법

• 1927년 솔베이 회의와 1935년 EPR 논문에서 아인슈타인의 원래 주장 분석을 통해 '기묘한 작용'에 대한 기원을 추적한다.
• 파동함수의 실재적 해석(물리적 현실로 간주)과 통계적 예측을 위한 도구로서의 역할을 구분한다.
• 코펜하겐 해석과 밀도행렬 형식을 적용하여 파동함수 붕괴가 물리적 영향이 아니라 지식의 변화임을 보여준다.
• Stapp과 Hartle의 언급을 통해 파동함수 붕괴가 관측자에 따라 달라지며 물리적 과정이 아니므로 초광속 신호 전송을 피할 수 있음을 설명한다.
• 아인슈타인의 가정인 분리 원칙을 사용하여 물리적 현실이 먼 사건에 의해 즉각적으로 영향을 받을 수 없다고 주장한다.
• 벨의 정리가 자연에서 비국소성을 증명한다는 주장을 반박하며, 이는 국소적 은닉 변수 이론만 배제할 뿐 양자역학 자체는 비국소적이지 않음을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 얽힘은 물리적 현실에서 거리에 관계없이 작용을 암시하는가?
• RQ2 초광속 신호 전송의 증거가 없음에도 불구하고 대중적 기사들이 왜 지속적으로 얽힘에 비국소성이 포함된다고 주장하는가?
• RQ3 아인슈타인의 진정된 양자역학과 그 완전성에 대한 시각은 무엇이며, 일반적으로 그려지는 편향된 그림과 어떻게 다를까?
• RQ4 파동함수는 물리적 현실로 해석될 수 있는가, 아니면 측정 결과를 예측하는 도구에 불과한가?
• RQ5 코펜하겐 해석은 상대성 이론을 위반하지 않으면서 얽힘에서 나타나는 비국소성 문제를 어떻게 해결하는가?

주요 결과

• 양자역학에는 물리적 거리상의 작용이 없으며, 비국소성의 외관은 파동함수를 실재로 간주하는 오해에서 비롯된다.
• 아인슈타인은 양자역학을 기각하지 않았으며, 오히려 그것이 더 깊은 이론의 극한 경우로 나타나야 한다고 믿었고, 잘못된 이론이 아니라고 여겼다.
• 코펜하겐 해석에서 묘사된 파동함수 붕괴는 물리적 과정이 아니라 정보의 변화이므로 초광속 영향을 암시하지 않는다.
• 얽힌 상태에 대한 실험은 거리상의 작용을 보여주지 않으며, 빛보다 빠른 정보나 신호 전송이 일어나지 않기 때문이다.
• 벨의 정리는 국소적 은닉 변수 이론을 배제하지만, 양자역학 자체가 비국소적이라는 것을 증명하지는 않으며, 오직 이러한 이론들이 양자역학 예측을 재현할 수 없다는 것만을 보여준다.
• '기묘한' 작용의 인식은 파동함수에 물리적 실재성을 부여하는 데서 비롯되며, Boughn은 이를 물리적 오류가 아니라 철학적 오류로 주장한다.