[論文レビュー] Bohr's Conception of the Quantum Mechanical State of a System and Its Role in the Framework of Complementarity

Henry J. Folse|ArXiv.org|Oct 10, 2002

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、ニールス・ボーアの量子力学的状態の概念を、内在的性質を持つ実体ではなく、全体的で分離不能な相互作用として再解釈する。補完性は、測定結果の明確で伝達可能な記述を求める認識論的要請から生じると主張する。主な貢献は、量子系を独立した対象ではなく、観測者と系を含む全体的現象として再定式化することで、古典的実体／性質の本体論を放棄し、関係的で文脈依存的な相互作用を採用することにより、パラドックスを解消することにある。

ABSTRACT

What Niels Bohr called the `epistemological lesson' of `complementarity' was the result of reasoning analogically from the classical conception of a mechanical state to a new quantum mechanical conception of an `object' in a mechanical state. Bohr proposed to redefine the `objectivity' essential for scientific description in terms of the epistemological demand for unambiguously communicable descriptions of observational results, a move which has profound consequences for how we can understand the concept of the quantum mechanical state and the nature of the `system' which is `in' this state. Here it is argued that the old notion of the `object' which is in a classical mechanical state is drawn from a substance/property ontology derived from Aristotle's analysis of categorical propositions. In moving to describing a system in a quantum mechanical state, the system that is `in' such a state can no longer be so regarded as a substance possessing properties. Bohr argues that the concept refers to an interaction which has a feature of wholeness or `individuality' that implies that the distinction between `object system' and `observing system' is relative to the context of the description. This conclusion, in turn, implies the need for a combination of complementary modes of description; however, because of his reticence in making ontological claims, he failed to develop this dimension of his new framework of complementarity.

研究の動機と目的

• 後の形式的記法や「コペンハーゲン解釈」というレーベルから解放された、ボーアの元来の量子力学的状態の概念を再構築すること。
• ボーアの認識論的転換——古典的実体／性質の本体論から、関係的で文脈依存的な枠組みへの移行——が、彼の補完性原理を支えていることを明確にすること。
• 量子系は固定された性質を持つ実体ではなく、測定相互作用を含む分離不能な現象であると主張すること。
• 補完性の本体論的含意を十分に発展させなかったのは、ボーアが明示的な形而上学的主張を避けたためであると示すこと。
• 量子の不確実性と非局所性はパラドックスではなく、相互作用を分離可能な実体ではなく全体として扱う結果であると示すこと。

提案手法

• アリストテレスの実体／性質の本体論に基づく古典力学的状態から、量子状態へのボーアの概念的転換を追跡することで、彼の推論を分析する。
• 歴史的・哲学的再構築を用いて、ボーアの未発表の思考を解釈し、ヒルベルト空間や波動関数の収束といった現代の量子形式的記法を時代遅れに用いない。
• 古典力学から量子力学への類推的推論を適用し、明確で伝達可能な記述を求める認識論的要請に焦点を当てる。
• 測定が量子状態を定義する役割を検討し、系が孤立したものではなく、測定装置を含む全体的現象の一部であると主張する。
• ボーアが時空的図像の拒否と非分離性を強調したことを強調し、それらを量子相互作用の分離不能性と結びつける。
• 古典的客観性（性質を持つ実体）と、ボーアの客観性（測定結果の伝達可能で文脈依存的な記述）を対比する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ボーアの量子力学的状態の概念は、どのように古典力学的状態から進化したのか。この変容の背後にある認識論的転換とは何か。
• RQ2 なぜボーアは、古典的実体としての系（固有の性質を持つもの）の概念を、関係的で全体的記述に代えることを選んだのか。
• RQ3 系が実体ではなく相互作用である場合、その本体論的状態は何か。
• RQ4 量子現象の分離不能性が、補完的記述の必要性を生じる理由は何か。
• RQ5 補完性が彼の枠組みの基盤的役割を果たしているにもかかわらず、なぜボーアはその本体論的含意を十分に発展させなかったのか。

主な発見

• ボーアの量子力学的状態は、実体の性質ではなく、物体と測定系の間の相互作用を含む、全体的で分離不能な現象の記述である。
• アリストテレスのカテゴリー的命題に由来する古典的実体／性質の概念は、量子力学においては量子の仮説により失敗する。
• 測定結果は、孤立した系の属性ではなく、準備と検出を含む全体的現象によって定義され、曖昧さを避けるためには、それらを一つの全体として記述する必要がある。
• 『物体系』と『観測系』の区別は、記述の文脈に依存する相対的なものであり、観測者と観測対象の古典的分離を根底から覆す。
• 量子系は非分離的かつ非局所的である。なぜなら、空間的に位置する実体ではなく、『原子的』または分離不能な性質を持つプロセスであるからである。
• 非局所性や不確実性といった量子力学の驚くべき性質は、パラドックスから生じるのではなく、現実の基本的単位を相互作用として捉える本体論的転換から生じる。