[论文解读] Are All Probabilities Fundamentally Quantum Mechanical?

Rajat Kumar Pradhan|arXiv (Cornell University)|May 28, 2011

Quantum Mechanics and Applications参考文献 17被引用 3

一句话总结

本文提出，所有概率——无论是经典还是量子——本质上都是量子力学的，源自于通过引入观察者参与的对偶公理所推导出的底层振幅。通过硬币抛掷和双缝实验等原型案例加以说明，将经典行为解释为一种极限情况，并通过观察者参与解释延迟选择实验中的互补性。

ABSTRACT

The subjective and the objective aspects of probabilities are incorporated in a simple duality axiom inspired by observer participation in quantum theory. Transcending the classical notion of probabilities, it is proposed and demonstrated that all probabilities may be fundamentally quantum mechanical in the sense that they may all be derived from the corresponding amplitudes. The classical coin-toss and the quantum double slit interference experiments are discussed as illustrative prototype examples. Absence of multi-order quantum interference effects in multiple-slit experiments and the Experimental tests of complementarity in Wheeler's delayed-choice type experiments are explained using the involvement of the observer.

研究动机与目标

• 通过受量子观察者参与启发的对偶公理，调和概率的主观与客观方面。
• 通过提出所有概率均源自量子振幅，挑战经典概率观。
• 将经典概率现象（如硬币抛掷）解释为量子力学原理的涌现结果。
• 通过观察者参与，解释多缝实验中不存在高阶干涉现象以及延迟选择设置中的互补性。

提出的方法

• 提出一个对偶公理，通过量子理论中观察者参与统一主观与客观概率。
• 使用标准玻恩规则从量子振幅推导经典概率，将其视为极限情况。
• 将经典硬币抛掷视为量子测量的宏观类比，其中干涉效应被抑制。
• 以双缝实验为原型，说明干涉条纹如何从振幅叠加中自然产生。
• 将多缝实验中无高阶干涉的现象解释为观察者定义的语境性所致。
• 将该框架应用于惠勒的延迟选择实验，表明互补性源于观察者依赖的测量语境。

实验结果

研究问题

• RQ1 在统一的形式体系下，经典概率能否从量子振幅中推导出来？
• RQ2 观察者参与如何解释多缝实验中不存在高阶干涉的现象？
• RQ3 为何延迟选择实验表现出互补性？这能否在量子振幅框架内得到解释？
• RQ4 在何种意义上，经典随机性可被视为量子力学概率的极限情况？
• RQ5 观察者在区分经典与量子概率行为方面扮演何种角色？

主要发现

• 当干涉效应被抑制时，经典概率（如硬币抛掷中的概率）作为量子振幅的极限情况出现。
• 双缝实验表明，干涉条纹自然源于振幅叠加，为概率提供了量子基础。
• 多缝实验显示无高阶干涉，与观察者定义的语境性将干涉限制于成对路径的框架一致。
• 延迟选择实验通过观察者依赖的语境性得到解释，其中测量选择回溯性地定义了系统行为。
• 对偶公理通过将观察者参与嵌入概率公设，成功统一了经典与量子概率。
• 本文结论认为，所有概率本质上都是量子力学的，经典概率是在特定条件下出现的有效描述。