[논문 리뷰] Towards a theory of wavefunction collapse Part 2: Collapse as abrupt reconfigurations of wavefunction's evolution in a dynamically expanding spacetime

Garrelt Quandt-Wiese|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 02.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 68인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 시공간이 임계 팽창에 도달할 때 양자 진동수의 붕괴가 자가강화되고 약간의 급격함을 띠는 양자 진동수의 재구성으로 설명되는 동적 시공간 접근법을 제안한다. 시공간 기하학이 한 가지 양자 상태를 선호함으로써 다른 상태들을 간섭의 파괴로 억제함으로써 일반 상대성 이론과 양자 붕괴를 통합한다. 이는 보른의 법칙을 재현하고 삼상 초위상에서의 편차를 예측한다.

ABSTRACT

A new approach to wavefunction collapse is proposed. The so-called Dynamical Spacetime approach enhances semiclassical gravity and enables it for an explanation of wavefunction collapse by postulating that the spacetime region on which quantum fields exist and on which the wavefunction's evolution can be regarded is bounded towards the future by a spacelike hypersurface, which is dynamically expanding towards the future. Collapse is displayed in the way that the wavefunction's evolution becomes unstable at certain critical expansions of spacetime, at which it reconfigures via a self-reinforcing mechanism quasi-abruptly to an evolution resembling a classical trajectory. Thereby, spacetime geometry changes in favour of the winning state, which causes the path of the other state to vanish by destructive interference. This mechanism for collapse can explain the quantum correlations in EPR experiments without coming into conflict with relativity and the Free Will theorem. The Dynamical Spacetime approach is mathematically formulated on basis of the Einstein-Hilbert action and predicts for the Newtonian limit the same lifetimes of superpositions as the gravity-based approaches of Diosi and Penrose. A second important feature of the Dynamical Spacetime approach is its capability to forecast reduction probabilities. It can explain why all experiments performed so-far confirm Born's rule, and predict deviations from it, when solids evolve into three-state superpositions. The basics needed for the derivations in this paper are developed in Part 1 by an analysis of semiclassical gravity.

연구 동기 및 목표

• 상대성 이론과 자유의지 정리와의 충돌을 피하면서도 상대론적이고 기하학적인 파동함수 붕괴 설명을 개발하기 위해.
• 시공간을 동적으로 팽창하고 인과적으로 제한된 것으로 모델링하여 양자 측정과 일반 상대성 이론을 통합하기 위해.
• 보른의 법칙과 일치하는 붕괴 확률을 유도하고 고차 초위상에서의 편차를 예측하기 위해.
• 자기강화되고 약간의 급격함을 띠는 붕괴 메커니즘을 제공하여 시공간 기하학에서 유래되도록 하기 위해.

제안 방법

• 이 접근법은 아인슈타인-힐버트 작용에 기반하며, 미래의 시공간적 초표면에 의해 둘러싸인 동적으로 팽창하는 영역으로서 시공간을 모델링한다.
• 양자장의 진동수는 이 팽창하는 시공간 영역에 제한되며, 임계 팽창 임계점에 도달할 때 붕괴가 발생한다.
• 메커니즘은 승자로 떠오른 양자 상태가 자신의 궤도를 유리하게 만드는 기하학적 재구성으로 이어지는 자기강화 전이를 포함한다.
• 서로 경쟁하는 경로는 시공간 기하학을 변화시킴으로써 간섭의 파괴로 제거되어 실질적으로 사라지게 된다.
• 모델은 약한 필드 근사에서 뉴턴 중력으로 줄어들며, 펜로즈와 디오시의 초위상 수명 예측과 일치한다.
• 감소 확률은 기하학적 역학에서 도출되며, 보른의 법칙 준수와 삼상 시스템에서의 편차 예측이 가능하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 상대성 이론 프레임워크 내에서 파동함수 붕괴를 일관되게 기술할 수 있으며, 인과성이나 자유의지 정리 위반 없이 수행할 수 있는가?
• RQ2 어떤 시공간 기하학적 메커니즘이 초위상에서 확정된 상태로의 약간의 급격한 전이를 유도할 수 있는가?
• RQ3 왜 모든 현재 실험은 보른의 법칙을 확인하는가? 어떤 조건에서 편차가 발생할 수 있는가?
• RQ4 동적 팽창하는 시공간은 어떻게 간섭의 파괴를 통해 경쟁하는 양자 경로를 억제하는가?
• RQ5 이 모델은 펜로즈와 디오시의 중력 기반 붕괴 모델에서 예측한 초위상 붕괴 수명을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 뉴턴 근사에서 펜로즈와 디오시의 중력 기반 접근과 동일한 초위상 수명을 재현한다.
• 붕괴는 임계 시공간 팽창에서 파동함수 진동수의 재구성으로 자가강화되고 약간의 급격함을 띠며 발생한다.
• 이 메커니즘은 인과성 위반 없이 EPR 유형 실험의 양자 상관관계를 설명할 수 있다.
• 이 이론은 이중 초위상에서는 보른의 법칙이 유지되지만, 삼상 초위상으로 진화할 경우 편차가 발생할 수 있음을 예측한다.
• 시공간 기하학은 승자로 떠오른 양자 상태를 선호하여 다른 상태의 경로가 간섭의 파괴로 사라지게 한다.
• 이 접근법은 아인슈타인-힐버트 작용과 수학적으로 일관된 기하학적이고 상대론적인 파동함수 붕괴의 기초를 제공한다.