[논문 리뷰] Two different physical interpretations of Schroedinger equation

M. V. Lokajíček, V. Kundrát외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 22.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 양자역학에서 벨의 부등식에 대한 표준적 해석을 도전하며, 그 유도와 적용이 고전적 결정론에 뿌리를 두고 있는 오류 있는 가정에 기반했다고 주장한다. 이는 양자 얽힘 현상이 고전적 현상과 유일하게 구별되는 특성이라는 주장을 약화시킨다. 특히 확률론적 프레임워크인 확장된 슈뢰딩거 방정식에서는 벨의 부등식이 성립하지 않기 때문에, 양자 얽힘 현상이 고전적 현상과 유일하게 다를 뿐 아니라, 보어의 코펜하겐 해석이 아인슈타인의 은닉변수 이론보다 우월하다는 주장도 결정적으로 뒷받침되지 않는다.

ABSTRACT

The assumptions added by Bohr and concerning the Hilbert space (formed by all solutions of Schroedinger equation) changed fundamentally the original physical interpretation of these solutions proposed earlier by Schroedinger. This new alternative was refused by Einstein on the basis of the EPR Gedankenexperiment, but accepted fully for microscopic reality by scientific community. Both the quantum alternatives were discussed, however, again later. Bell tried to find a possibility how to decide between them; he generalized Einstein's Gedankenexperiment assuming that also spins of two detected particles would be measured. He derived then some inequality for a special combination of four coincidence probabilities, and it was commonly assumed that his inequality held for the original Schroedinger interpretation but not in Bohr's Copenhagen quantum mechanics; without any actual proof having been given. Corresponding experiments were proposed and finished in 1982. The violation of Bell's inequality was then interpreted as decisive victory of Bohr's theory. However, it will be shown that Bell's inequality has been interpreted mistakenly. It has been based always on some assumption that does not hold in any probabilistic theory (i.e., in the given spin experiment) but only in deterministic classical theory. There is not any argument for preferring the Copenhagen quantum mechanics and against Einstein's critical standpoint. Some other consequences will be mentioned, too.

연구 동기 및 목표

• 벨의 부등식 위반은 코펜하겐 양자역학이 아인슈타인의 은닉변수 이론보다 우월하다는 널리 수용된 해석을 도전하기 위해.
• 벨의 부등식이 고전적 결정론 모델 뿐 아니라 확률론적 양자 시스템에서도 성립하지 않음을 보여주기 위해.
• 비고전적 특성을 포함한 확장된 슈뢰딩거 방정식에서도 고전적 실재론적 원칙과 인과성과의 일관성이 유지됨을 주장하기 위해.
• 거시적 및 미시적 물리학 사이의 경계가 타당한지 의심하며, 현재 해석들이 입증되지 않은 가정에 기반했다는 점을 제기하기 위해.
• 기본 힘의 재고를 주장하며, 접촉력과 물체의 치수가 원자 안정성과 구조를 이해하는 데 핵심적이라고 제안하기 위해.

제안 방법

• 벨의 부등식 원래 유도를 분석하며, 모든 시스템에서 확률이 결정론적 한계(B ≤ 2)를 만족해야 한다는 가정에 초점을 맞춘다.
• 이 가정을 확률론적 시스템과 대비하여, 특히 확장된 슈뢰딩거 방정식 프레임워크에서 벨의 부등식이 실패함을 보여준다.
• 아인슈타인-포돌스키-로젠의 사고실험과 얽힌 입자에서 스핀 측정을 포함한 벨의 일반화를 재검토한다.
• 원자 붕괴에서 유래한 광자 쌍을 이용한 1982년 실험적 검증을 검토하며, 그 위반의 해석을 강조한다.
• 빈 네이만의 은닉변수 금지 정리와 그가 과학 공동체가 코펜하겐 양자역학을 수용하는 데 미친 영향을 재평가한다.
• 실재론적 관점에 기반한 물리 모델의 재고를 제안하며, 저에너지 시스템에서 물체의 치수와 접촉력의 중요성을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벨의 부등식은 확률론적 양자 시스템에서도 성립하는가, 아니면 고전적 결정론적 프레임워크에서만 유효한가?
• RQ2 벨의 부등식 위반이 양자역학의 비국소성과 코펜하겐 해석의 우월성을 결정적으로 뒷받침한다고 볼 수 있는가?
• RQ3 비고전적 특성을 포함한 슈뢰딩거 방정식은 어느 정도까지 고전적 실재론적 원칙과 호환되는가, 특히 인과성과의 관계에서?
• RQ4 아인슈타인의 반론과 명백한 거시-미시 경계의 부재에도 불구하고 과학 공동체가 보어의 해석을 수용한 이유는 무엇인가?
• RQ5 물체의 치수와 접촉력은 원자 안정성과 저에너지 상호작용을 설명하는 데 어떤 역할을 하는가, 그리고 전통적인 잠재력 기반 모델에 어떻게 도전하는가?

주요 결과

• 벨의 부등식은 확장된 슈뢰딩거 방정식과 같은 확률론적 시스템에서는 성립하지 않으며, 이는 그것이 양자역학에서만 실패한다는 가정과 모순된다.
• 실험적으로 관측된 벨의 부등식 위반은 아인슈타인의 은닉변수 접근법을 거부하거나 비국소성을 수용해야 한다는 논리적 필연성을 지니지 않는다.
• 보어의 추가 가정에 제약을 받지 않는 한, 슈뢰딩거 방정식은 고전적 실재론적 개념, 특히 인과성과 근본적으로 호환된다.
• 빈 네이만의 은닉변수 반대 주장은 순환적임이 입증되어 코펜하겐 해석의 핵심 기둥 중 하나를 약화시킨다.
• 장거리 잠재력만으로는 수소 원자와 같은 결합 시스템의 안정성을 충분히 설명할 수 없으며, 접촉력이 필요하다는 것을 시사한다.
• 고에너지 충돌을 통해 유도된 양성자 치수는 원자 치수와 상당히 다름을 보이며, 밀도가 높은 핵심부와 약하게 상호작용하는 영역을 가진 복합적 구조를 암시하며, 이는 저에너지 상호작용을 설명할 수 있을 것이다.