[논문 리뷰] What is wrong in the current models of tunneling

N. L. Chuprikov|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 22.

Quantum optics and atomic interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 터널링에서 양자역학의 기초적 해석을 도전하며, 표준적인 마이크로-고양이 상태를 확률 밀도로 간주하는 관행이 논리적 모순을 야기한다는 주장을 펼친다. 이는 초과된 산란의 한정된 1차원 모델(OCS)을 제안함으로써, 중첩 상태의 확률적 해석을 기각함으로써 터널링 시간 문제를 해결하고, 고전 물리학과의 일관성을 회복하며, 관측자에 의존하는 터널링 시간 정의를 제거한다.

ABSTRACT

After the review by Hauge and Stovneng the old question of How long does it take to tunnel through the barrier? has not still lost its relevance. As before, there is no clear answer to this question even for the one-dimensional completed scattering (OCS). In this paper we show that this seemingly simple question stands alongside with such fundamental problems of quantum mechanics (QM) as the Schrodinger's-cat and and EPR-Bohm paradoxes. Their common feature is that the states of a scattered particle, a radioactive atom and electron EPR-pair represent pure {\it micro-cat} states. It is widely accepted that the EPR-Bohm paradox implies the non-existence of local hidden variables (LHVs), the cat paradox represents a macro-objectification problem and the tunneling time is an observer-dependent quantity whose definitions must be 'operational'. At the same time, according to the probabilistic approach (Accardi, Khrennikov, Philipp, Hess {\it et al.}) to Bell's inequality that underlies the EPR-Bohm experiments, its experimental violation means simply that it contains probability distributions associated with mutually incompatible statistical data. We argue that this approach must be extended onto micro-cat states because they describe, too, mutually incompatible statistical data. The current practice to interpret the squared modulus of a micro-cat state as the probability density should be recognized as erroneous. It is this practice that makes QM incompatible with classical physical theories and, thereby, makes the micro-world 'unspeakable'. The known 'operational' tunneling-time concepts, elaborated in line with this practice, are logically inconsistent. We argue that the TTP and the cat paradox must be solved at the level of single electrons and atoms, without resorting to environment and measurement contexts. We present a new model of the OCS and solve the TTP on its basis.

연구 동기 및 목표

• 1차원 완료 산란(OCS)에서의 미해결 터널링 시간 문제를 해결하기 위해.
• 현재 터널링 시간 모델의 모순의 근본 원인이 마이크로-고양이 상태를 확률 밀도로 오해하는 데 있음을 규명하기 위해.
• 측정 맥락이나 환경적 디코herence를 도입하지 않고도 단일 입자의 수준에서 터널링 시간 문제를 해결하기 위해.
• 벨의 부등식에 대한 확률적 비판(Accardi, Khrennikov 등)을 마이크로-고양이 상태로 확장하여, 이들 역시 상호로 불가결한 통계 자료를 포함한다는 주장을 펼치기 위해.
• 관측자에 의존하지 않는 기존의 운영적 터널링 시간 개념의 논리적 모순을 제거하는 새로운 이론적 모델을 제시하기 위해.

제안 방법

• 벨의 부등식 위반을 비국소성 때문이 아니라 상호로 불가결한 통계 자료 때문이라는 해석을 제공하는 Accardi, Khrennikov, Philipp, Hess의 확률적 프레임워크를 수용함.
• 이 프레임워크를 터널링, 셰르레딩의 고양이, EPR 쌍 등과 같은 마이크로-고양이 상태에 확장하여, 이들을 상호로 불가결한 통계 집단으로 간주함.
• 중첩 상태에 대해 |ψ|²를 확률 밀도로 동일시하는 표준 양자역학적 해석을 기각하며, 이는 고전 이론과의 불일치를 초래한다고 주장함.
• 관측자에 의존하지 않는 터널링 시간 정의를 가능하게 하는 새로운 1차원 완료 산란(OCS) 모델을 구축함.
• 마이크로-고양이 상태를 비확률적이고 맥락적으로 정의된 실체로 재해석한 새로운 해석 기반으로 일관된 운영적 터널링 시간 정의를 유도함.
• 새로운 모델을 사용하여 측정이나 환경적 디코herence에 의존하지 않고도 논리적 일관성을 확보함으로써 터널링 시간 역설을 해결함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 수십 년에 걸친 연구에도 불구하고 현재의 터널링 시간 모델은 여전히 모순을 겪는가?
• RQ2 마이크로-고양이 상태의 제곱 노름을 확률 밀도로 해석하는 데서 발생하는 근본적인 오류는 무엇인가?
• RQ3 벨의 부등식 위반이 양자역학에서 마이크로-고양이 상태의 해석과 어떻게 관련되는가?
• RQ4 환경적 디코herence나 측정 맥락을 언급하지 않고서도 터널링 시간 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ5 OCS에서 기존의 운영적 터널링 시간 정의에 대한 논리적으로 일관된 대안이 존재하는가?

주요 결과

• 마이크로-고양이 상태를 확률 밀도로 간주하는 표준 해석은 논리적으로 모순되며, 고전 물리학과의 불일치를 초래한다.
• Accardi 등이 제시한 확률적 프레임워크는 벨의 부등식 위반을 상호로 불가결한 통계 자료 때문으로 재해석하지만, 이는 마이크로-고양이 상태로도 확장되어야 한다.
• 현재의 운영적 터널링 시간 개념은 중첩 상태의 잘못된 확률적 해석에 기반하여 논리적으로 모순된다.
• 측정 또는 환경 상호작용을 도입하지 않고도 단일 입자의 수준에서 터널링 시간 문제를 해결할 수 있다.
• 관측자에 의존하지 않으며 고전 물리학 이론과의 일관성을 회복하는 새로운 1차원 완료 산란(OCS) 모델이 제안된다.
• 새로운 모델은 터널링 시간을 정의하는 데 있어 논리적이고 비확률적인 기반을 제공하며, 오랫동안 지속된 터널링 시간 역설을 해결한다.