[論文レビュー] Are Local Causal Models of Quantum Theory Feasible at All?

Hans H. Diel|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、量子理論（QT）および量子場理論（QFT）における局所的因果モデルの妥当性を検討し、一般の因果モデルは可能であるが、空間的点の局所性によって定義される厳密な局所的因果モデルは、もつれや測定における非局所性のため実現不可能であると結論づける。著者は、非局所性を量子対象に限定する洗練された「対象局所的」モデルを提唱し、因果性を保ちつつも、空間的点の局所性を放棄する新しい枠組みを提供する。

ABSTRACT

This article presents an analysis of the extent to which local causal models or local realistic models of quantum theory (QT), including quantum field theory (QFT), are theoretically possible and practically feasible in light of the present state of these theories. Quantum physicists consider Bells famous inequality and its violation in experiments to be a strong indication that local realistic or local causal models of QT are not possible and that quantum theory as a whole is therefore not a local realistic or local causal theory. Based on a proposed definition of a "formal causal model" for a theory of physics (such as QT), this paper investigates the possibility of having a local causal model for QT. Areas of QT are identified in which the construction of a causal model is impeded because of deficiencies in the state of the respective theory. It is shown that the removal of the deficiencies can be achieved by the provision of a causal model. Whereas the construction of a causal model of QT, including QFT, appears to be feasible after the removal of certain deficiencies, the construction of a local (causal) model does not appear to be possible. As a consequence of the conclusion that local (causal) models of QT/QFT are not possible, if a strong interpretation of locality is assumed, a locality model is proposed in which the non-localities are confined to "quantum objects".

研究の動機と目的

• 量子理論（QT）および量子場理論（QFT）における局所的因果モデルが理論的に可能かどうかを評価すること。
• 因果モデルの構築を阻害するQTの欠陥、特にもつれ、測定、QFTの相互作用における問題点を特定すること。
• 測定問題や干渉の崩壊則といった主要な問題を解消するQT/QFTの因果モデルを提唱すること。
• 非局所性を「量子対象」に限定することで、局所性を再定義し、因果性を保ちつつ、空間的点の局所性を排除すること。
• QTに完全な因果モデルがないのは、本質的に因果性と不整合であるのではなく、理論的ギャップに起因するという主張をすること。

提案手法

• 因果モデル、実在的モデル、局所的因果モデルの形式的定義を提示し、基礎的用語を明確化すること。
• 因果モデリングに失敗するQTの問題領域（もつれ、測定問題、干渉の崩壊則、QFTの相互作用）を分析し、理論的ギャップに起因することを特定すること。
• 非局所性を解消するために複合量子対象にグローバルな性質を割り当てる、包括的なQT/QFT因果モデルを構築すること。
• 非局所効果を空間的点ではなく量子対象に限定する「対象局所性」という洗練された局所性概念を導入すること。
• 因果モデルを用いて、もつれや波動関数の崩壊といった量子現象を、構造的オントロロジー内での因果的プロセスとして再解釈すること。
• QFTの相互作用にモデルを適用し、非因果的または非局所的な場の相互作用を回避する因果フレームワークを提案すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子理論および量子場理論に完全な因果モデルを構築することは可能か？
• RQ2 空間的点の局所性に基づく厳密な局所性定義のもとで、量子理論の局所的因果モデルは実現可能か？
• RQ3 因果モデルの構築を阻害する量子理論の主な欠陥は何か？
• RQ4 もつれや測定における非局所性を、因果性を損なわずに量子対象に限定することは可能か？
• RQ5 提示された対象局所的因果モデルは、量子現象を解釈するための整合的で一貫した枠組みを提供するか？

主な発見

• 測定問題や干渉の崩壊則といった理論的欠陥が解消されれば、量子理論および量子場理論の因果モデルは可能である。
• 完全な因果モデルは構築可能であるが、空間的点の因果性による局所性定義では、必然的に非局所性を含む。
• 空間的点の相互作用に基づく厳密な局所性定義のもとでは、QT/QFTの局所的因果モデルは実現不可能である。
• 提示された対象局所的因果モデルは、量子対象にグローバルな性質を割り当てることで、非局所性を量子対象に限定し、対象レベルでの因果性を保つ。
• 量子対象と対象グローバル性の導入は技術的妥協ではなく、物理的に意味のある枠組みであり、QTの基礎的問題を解消する。
• 結果として得られる対象局所的モデルは、もつれや波動関数の崩壊といった量子現象を、構造的オントロロジー内での因果的プロセスとして新たな解釈を提供する。