[논문 리뷰] Two dogmas about quantum mechanics

Jeffrey Bub, Itamar Pitowsky|ArXiv.org|2007. 12. 27.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 양자역학의 '큰' 측정 문제를 두 가지 기초적 교리에 뿌리를 두고 있다고 주장한다: 측정 결과에 대한 역학적 분석이 필요하다는 요구와 양자 상태가 물리적 실재를 나타낸다는 견해. 이러한 교리를 기각하고 정보이론적 실재론적 해석을 선택함으로써, 저자들은 노-클로닝 정리에 기반해 측정 과정이 본질적으로 비가역적 상태 변화를 수반하며, 따라서 측정에 대한 유니터리 역학적 기술이 불가능하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We argue that the intractable part of the measurement problem -- the 'big' measurement problem -- is a pseudo-problem that depends for its legitimacy on the acceptance of two dogmas. The first dogma is John Bell's assertion that measurement should never be introduced as a primitive process in a fundamental mechanical theory like classical or quantum mechanics, but should always be open to a complete analysis, in principle, of how the individual outcomes come about dynamically. The second dogma is the view that the quantum state has an ontological significance analogous to the significance of the classical state as the 'truthmaker' for propositions about the occurrence and non-occurrence of events, i.e., that the quantum state is a representation of physical reality. We show how both dogmas can be rejected in a realist information-theoretic interpretation of quantum mechanics as an alternative to the Everett interpretation. The Everettian, too, regards the 'big' measurement problem as a pseudo-problem, because the Everettian rejects the assumption that measurements have definite outcomes, in the sense that one particular outcome, as opposed to other possible outcomes, actually occurs in a quantum measurement process. By contrast with the Everettians, we accept that measurements have definite outcomes. By contrast with the Bohmians and the GRW 'collapse' theorists who add structure to the theory and propose dynamical solutions to the 'big' measurement problem, we take the problem to arise from the failure to see the significance of Hilbert space as a new kinematic framework for the physics of an indeterministic universe, in the sense that Hilbert space imposes kinematic (i.e., pre-dynamic) objective probabilistic constraints on correlations between events.

연구 동기 및 목표

• 측정 문제의 정당성을 두 가지 기본 가정에 대한 의존성으로 도전함으로써 '큰' 측정 문제의 정당성을 도전한다.
• 양자역학의 실재론적 해석에서 측정 결과가 반드시 역학적으로 설명되어야 한다는 가정이 정당하지 않음을 주장한다.
• 물리적 사건에 대한 진리의 기초로 양자 상태의 실재론적 지위를 기각하고, 대신 정보이론적 해석을 제안한다.
• 양자 상태를 복제할 수 없는 원리가 측정 과정이 반드시 비가역적으로 시스템을 변화시켜야 한다는 것을 보여주며, 이는 측정에 대한 유니터리 역학적 기술이 불가능하다는 것을 의미한다.
• 에버렛 이론과 붕괴 이론의 어느 쪽에도 기초하지 않고, 힐버트 공간의 운동학적 확률 제약 조건에 기반한 양자역학을 제시한다.

제안 방법

• 두 가지 교리를 식별한다: (1) 측정은 반드시 역학적으로 분석되어야 하며, (2) 양자 상태는 실재론적으로 진실이다.
• 글리슨의 정리를 적용하여 양자역학에서 확률이 힐버트 공간의 구조에 의해 유일하게 결정됨을 보여준다.
• 노-클로닝 정리를 사용하여, 양자 상태로부터 완전한 정보를 측정을 통해 추출하는 것은 반드시 그것을 비가역적으로 변화시킴을 증명한다.
• 가능한 가역적 측정과 상태 준비로부터 일반적인 복제 기계를 구성함으로써, 노-클로닝 정리에 따라 이것이 불가능함을 보여준다.
• 정보적으로 완전한 관측량 집합을 포함하는 모든 측정은 반드시 비가역적 상태 변화를 초래함을 보여준다.
• 순수 상태에서 측정 결과로의 전이가 비가역적 정보 추출으로 인해 유니터리 역학으로 기술될 수 없음을 확립한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이 프레임워크에서 '큰' 측정 문제가 왜 가짜 문제로 간주되는가?
• RQ2 양자 상태의 실재론적 지위를 기각함으로써 양자역학의 기초 문제들이 어떻게 해결되는가?
• RQ3 노-클로닝 원리가 측정에 대한 유니터리 역학적 기술을 배제하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 정보이론적 해석은 에버렛 이론과 브라운 이론의 측정 접근 방식과 어떻게 다를까?
• RQ5 힐버트 공간은 불확정적인 세계에서 사건 간 상관관계에 대해 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• '큰' 측정 문제는 측정 결과가 반드시 역학적으로 설명되어야 한다는 정당하지 않은 가정에 기반하므로 가짜 문제이다.
• 물리적 사건에 대한 진리의 기초로 양자 상태를 사용하는 가정은 정보이론적 해석으로 대체된다.
• 노-클로닝 원리에 따르면, 양자 상태로부터 완전한 정보를 추출하는 모든 측정 과정은 반드시 비가역적으로 이를 변화시킨다.
• 일반적인 복제 기계(측정을 통해 상태를 측정해 고전적 확률 분포를 생성하고, 새로운 상태를 준비하는 장치)는 노-클로닝 원리 위반 없이 존재할 수 없다.
• 정보적으로 완전한 관측량 집합을 포함하는 모든 측정은 양자 상태에 비가역적이고 비유니터리한 변화를 초래한다.
• 측정에 대한 유니터리 역학적 기술의 불가능성은 노-클로닝 원리의 직접적 결과이며, 양자역학이 해결해야 할 문제의 특성은 아니다.