[论文解读] Derivation of Bell's locality condition from the relativity of simultaneity

Casey Blood|arXiv (Cornell University)|May 10, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 5被引用 4

一句话总结

本文从同时性的相对性推导出贝尔的局域性条件，表明由于相对论结构，任何隐变量理论——无论局域或非局域——都必须满足这一条件。关键结果是，几乎所有隐变量理论都被阿斯佩实验排除，因为它们与同时性依赖参考系的相对论原理相冲突。

ABSTRACT

One way to deal with the fact that many versions of reality simultanenously exist in the wave function is to suppose there are hidden variables that single out one version for perception. Bell showed theoretically and the Aspect experiment confirmed that there could be no hidden variable theory which satisfied a locality condition. We show here that the locality condition can be derived from the well-established principle of the relativity of simultaneity. Thus virtually all hidden variable theories, not just obviously local ones, are in conflict with the results of the Aspect experiment and are therefore forbidden.

研究动机与目标

• 通过从同时性的相对性推导贝尔局域性条件，建立相对论与量子非局域性之间的基础联系。
• 证明贝尔定理中的局域性条件并非任意假设，而是相对论时空结构的后果。
• 表明几乎所有隐变量理论，不仅经典局域的，都被阿斯佩实验排除，因为它们违反了这一条件。
• 通过将局域性建立在已确立的物理原理基础上，阐明隐变量与量子力学之间的不相容性。

提出的方法

• 本文将同时性的相对性——即在一个惯性系中同时发生的事件在另一参考系中不同时——作为物理原理，用于定义因果结构。
• 将其应用于量子测量设置和结果，表明因果影响在不同参考系中不能超光速传播。
• 通过分析不同惯性系中的时空构型，推导出一个条件：一个粒子的测量结果必须独立于遥远测量设置。
• 推导假设物理过程在参考系中不变，且不存在超光速信号，这与狭义相对论一致。
• 表明贝尔局域性条件自然地从这一相对论框架中产生，无需额外假设。
• 该论证依赖于这样一个事实：如果同时性是相对的，那么任何要求非信号关联的理论都必须满足贝尔的局域性条件，以避免因果悖论。

实验结果

研究问题

• RQ1 贝尔局域性条件能否从一个已确立的物理原理推导出来，而非被假设？
• RQ2 同时性的相对性是否对能够再现量子关联的隐变量理论施加约束？
• RQ3 如果违反了从相对论推导出的局域性条件，所有隐变量理论，即使是非局域的，是否都会被阿斯佩实验排除？
• RQ4 贝尔定理中的局域性条件是否是时空结构的后果，而非一个独立假设？
• RQ5 隐变量与量子力学之间的不相容性是否可以追溯到时空的相对论结构？

主要发现

• 贝尔局域性条件可从同时性的相对性推导出来，表明它并非任意假设，而是狭义相对论的后果。
• 该推导意味着，任何隐变量理论都必须满足贝尔局域性条件，以避免在不同参考系中出现因果不一致。
• 因此，几乎所有隐变量理论都被阿斯佩实验排除，因为它们会违反这一推导出的条件。
• 本文承认尼古拉斯·吉辛此前曾提出类似观点，但本研究从时空结构出发提供了更直接的推导。
• 结论强化了局域实在论与量子力学之间的不相容性，现在这一不相容性被建立在相对论基础之上，而不仅限于量子理论本身。
• 该结果加强了量子非局域性并非仅仅是量子力学的特征，而是与时空几何有深层联系的观点。