[论文解读] Making nonlocal reality compatible with relativity

Hrvoje Nikolić|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用 6

一句话总结

该论文提出了一种符合相对论协变性的非局域量子实在性玻姆模型，通过利用由相对论波方程支配的确定性、非局域粒子轨迹，避免了偏好参考系和超光速信号传递悖论。该模型在保持与量子力学概率预测完全一致的同时，通过参数化、与参考系无关的粒子动力学表述，维持了洛伦兹协变性。

ABSTRACT

It is often argued that hypothetic nonlocal reality responsible for nonlocal quantum correlations between entangled particles cannot be consistent with relativity. I review the most frequent arguments of that sort, explain how they can all be circumvented, and present an explicit Bohmian model of nonlocal reality (compatible with quantum phenomena) that fully obeys the principle of relativistic covariance and does not involve a preferred Lorentz frame.

研究动机与目标

• 解决非局域量子关联与相对论协变性之间长期存在的矛盾。
• 证明非局域实在性（暗示超光速影响）可与狭义相对论相容。
• 提供一个不依赖偏好洛伦兹参考系的明确、符合相对论协变性的玻姆模型。
• 反驳关于非局域理论中时间旅行悖论和向过去信号传递的常见质疑。
• 表明通过退相干作用，宏观经典性得以出现，从而防止可观测的超光速信号传递。

提出的方法

• 在签名为(+---)的闵可夫斯基时空中，使用克莱因-戈尔登方程表述n粒子的相对论波函数。
• 将波函数表示为极坐标形式ψ = |ψ|e^{iS}，从而基于参数s推导出相对论连续性方程。
• 通过速度场v^μ_a = -∂_a^μ S定义粒子轨迹，该速度场非局域地依赖于同一参数值s下所有粒子的位置。
• 在时空位置上施加一个守恒的概率分布|ψ|²，确保与标准量子力学的统计一致性。
• 利用退相干解释为何超光速影响在宏观尺度上不可检测。
• 证明尽管玻姆速度可能超过c，但可观测结果（如测量仪器状态）与标准量子概率一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 非局域实在性模型能否与相对论协变性原则完全相容？
• RQ2 超光速影响如何避免引发诸如向过去发送信号等逻辑悖论？
• RQ3 尽管在量子域中存在超光速信号，为何在宏观实验中无法检测到？
• RQ4 退相干在抑制经典尺度上非局域性可观测效应方面起什么作用？
• RQ5 一个确定性、非局域的理论能否在保持洛伦兹不变性的同时重现标准量子力学的预测？

主要发现

• 所提出的玻姆模型通过使用参数化、与参考系无关的粒子轨迹表述，满足了相对论协变性。
• 该模型避免了超光速信号传递悖论，因为确定性规律防止了不一致行为——任何代理都无法自由选择发送信号以改变自身过去。
• 退相干确保宏观系统不会表现出可观测的非局域效应，从而维持经典一致性。
• 时空中粒子位置的概率分布与标准量子力学一致，其中P(y) ≈ |c_b|²对应于测量仪器的结果。
• 尽管模型中粒子速度可超过c，但由于退相干以及单个轨迹不可观测，这些速度在实际中不可测量。
• 该理论通过边际概率∫|ψ|² d⁴x ≈ ∑|c_b|²|E_b(y)|²重现了测量结果的玻恩规则，证实了与标准量子预测的一致性。