[論文レビュー] Life as an Explanation of the Measurement Problem

Szymon Łukaszyk|arXiv (Cornell University)|May 13, 2018

Quantum Mechanics and Applications参考文献 26被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、生物学的細胞がホログラフィックスクリーンを通じて量子情報処理装置として機能すると提案している。古典的情報処理—熱力学的不可逆性によって駆動される—が測定問題を解決する。スクリーンに通常速度成分を導入することで、アンル・加速度を導出し、ド・ブロイ波長とコンプトン波長を結びつける。これは、知覚される宇宙が、情報多様性を最大化するためにピタゴラス数に由来すると示唆している。

ABSTRACT

No consensus regarding the universal validity of any particular interpretation of the measurement problem has been reached so far. The problem manifests strongly in various Wigner's-friend-type experiments where different observers experience different realities measuring the same quantum system. But only classical information obeys the second law of thermodynamics and can be perceived solely at the holographic screen of the closed orientable two-dimensional manifold implied by Verlinde's and Landauer's mass-information equivalence equations. I conjecture that biological cell, as a dissipative structure, is the smallest agent capable of processing quantum information through its holographic screen and that this mechanism have been extended by natural evolution to endo- and exosemiosis in multicellular organisms, and further to language of Homo sapiens. Any external stimuli must be measured and classified by the cell in the context of classical information to provide it with an evolutionary gain. Quantum information contained in a pure quantum state cannot be classified, while incoherent mixtures of non-orthogonal quantum states are only partially classifiable. The concept of an unobservable velocity, normal to the holographic screen is introduced. It is shown that it enables to derive the Unruh acceleration as acting normal to the screen, as well as to conveniently relate de Broglie and Compton wavelengths. It follows that the perceived universe, is induced by the set of Pythagorean triples, while all its measurable features, including perceived dimensionality, are set to maximise informational diversity.

研究の動機と目的

• 量子力学における測定問題を、熱力学的および情報理論的原理に根拠を置いて解決すること。
• なぜ古典的情報のみが知覚可能であり、なぜ量子重ね合わせ状態が測定結果において観察されないのかを説明すること。
• 生物学的細胞が散逸構造として、ホログラフィックスクリーンを通じて量子情報を処理できる最小の主体であると提唱すること。
• ホログラフィックスクリーンの通常速度成分を含む幾何学的モデルを通じて、アンル効果、ド・ブロイ波長およびコンプトン波長を統一すること。
• 知覚される宇宙が、情報多様性を最大化するためにピタゴラス数に由来すると示すこと。

提案手法

• 量子情報が古典的情報に投影される2次元閉じた可定向多様体としてのホログラフィックスクリーンを導入する。
• ヴェルリンデおよびランダウエールの質量-情報同等性を適用し、質量と情報の関係を結びつける。これにより、情報処理に根拠を置いた熱力学的不可逆性を定式化する。
• アンル加速度をスクリーンに対する法線力として導出できるように、ホログラフィックスクリーンに観測不能な通常速度成分を導入する。
• 通常速度を用いて、スクリーンの幾何的制約を通じてド・ブロイ波長とコンプトン波長を関連付ける。
• 知覚される宇宙を、ピタゴラス数の集合から生じるものとモデル化し、測定可能な特徴（例：次元）が情報多様性を最大化するように最適化されていることを示す。
• 第二法則熱力学を古典的情報にのみ適用し、知覚を古典的情報の処理に限定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウィグナーの友の思考実験において、異なる観測者が異なる現実を経験する場合、測定問題はどのように解決可能か？
• RQ2 なぜ古典的情報のみが知覚可能であり、純粋な量子状態は分類不能なのか？
• RQ3 生物学的細胞が熱力学的および情報理論的メカニズムを通じて量子情報を処理する役割は何か？
• RQ4 ホログラフィックスクリーンに通常速度成分を導入することで、どのようにアンル効果が導出可能になるか？
• RQ5 情報多様性の最大化という観点から、知覚される宇宙の次元性と構造は、何によって決定されるか？

主な発見

• 生物学的細胞は、散逸構造としての性質と熱力学的不可逆性のおかげで、ホログラフィックスクリーンを通じて量子情報を処理できる最小の主体であると提唱される。
• 第二法則熱力学に従う古典的情報のみが知覚可能であり、純粋な量子状態は分類不能である。
• 観測不能なホログラフィックスクリーンの通常速度が、スクリーンに対する法線力としてのアンル加速度を導出可能である。
• ド・ブロイ波長とコンプトン波長が、通常速度およびスクリーンの曲率に基づく幾何的制約を通じて関連づけられることが示された。
• 知覚される宇宙はピタゴラス数の集合に由来し、その測定可能な特徴（例：次元）が情報多様性を最大化するように最適化されている。
• 直交しない量子状態の不規則混合状態は、部分的にしか分類不能であり、これは量子系における古典的知覚の限界を説明する。