[논문 리뷰] Origin and meaning of quantum nonlocality

Luis de la Peña, Ana Marı́a Cetto외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 20.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 10인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 양자 비국소성이 고전적 입자와 확률적인 영점장(zpf) 간의 상호작용에서 기인한다고 제안한다. 여기서 zpf에 의해 유도된 운동량 변동이 입자의 위상공간에서 비국소적인 양자 포텐셜 항을 생성하며, 이에 따라 유도된 동역학은 슈뢰딩거 방정식과 그 복소수 켤레를 재현한다. 이는 비국소성이 zpf의 영향에서 기인하며, 본질적인 양자 postulate에서 기인하지 않음을 보여준다.

ABSTRACT

Quantum nonlocality is revisited from a novel point of view by studying the problem of an originally classical particle immersed in the stochastic zero-point radiation field (zpf). The entire system is left to evolve until it reaches a state in which the radiative terms cancel each other in the mean in a first approximation. The ensuing approximate statistical description reduced to the particle's configuration space contains a nonclassical term due to the dispersion of the momentum, which depends on the density of particles ρ(x) and thus is nonlocal. This description is shown to be equivalent to Schrödinger's equation and its complex conjugate. The nonlocal term is recognized as the so-called quantum potential, thus solving the long standing problem of the origin and meaning of this term. Further, the relationship between the Wigner function and a true Kolmogorovian probability density in phase space is discussed from the perspective provided by this theory.

연구 동기 및 목표

• 드 브로일-볼름 이론에서 양자 포텐셜의 기원과 의미를 밝히는 데 목적이 있다.
• 양자 비국소성이 본질적인 양자 postulate가 아니라, 고전적 입자와 확률적인 영점복사장(zpf) 간의 상호작용에서 기인한다는 것을 보여주는 데 목적이 있다.
• 효과적 기술에서 비국소 항이 입자 밀도 ρ(x)에 의존하는 운동량 산산각에 기인한다는 것을 보여주어, 비국소성을 zpf의 통계적 변동과 연결짓는 데 목적이 있다.
• 진짜 콜모고로프 확률 밀도와 위그너 함수 사이의 관계를 명확히 하여, 후자가 진짜 확률 밀도가 아니라는 이유를 설명하는 데 목적이 있다.
• 양자역학이 고전적 물질이나 장의 본질적 성질이 아니라, zpf를 포함한 더 깊은 확률론적 이론에서 기인하는 탄생 현상임을 확립하는 데 목적이 있다.

제안 방법

• 영점장(zpf)에 결합된 입자의 전체 위상공간 밀도 R(xₛ, pₛ, t)에 대해 리우빌 방정식을 수립하며, 복사 반동과 확률적인 전기장 E(t)를 포함한다.
• zpf의 실현값에 대해 평균을 내어 입자의 운동에 대한 통계적 기술을 도출하고, 전체 위상공간 역학을 입자의 구성공간으로 축소한다.
• 입자 밀도 ρ(x)에 의존하는 운동량 산산각 항을 고려하여 구성공간에서의 효과적 운동 방정식을 유도하고, 비국소 항을 도입한다.
• 이 비국소 항이 드 브로일-볼름 이론의 양자 포텐셜과 일치하며, 결과적으로 유도된 방정식이 슈뢰딩거 방정식과 그 복소수 켤레와 동치임을 보여준다.
• 평균화 및 근사화 이후 단계에서 위상공간 확률 밀도가 위그너 함수로 변환됨을 보이며, 그 비-콜모고로프 성질을 설명한다.
• 복사 없는 극한과 입자-영점장 간의 에너지 균형을 이용하여 효과적 양자 역학을 유도하며, 플랑크 상수 ℏ가 zpf에 의해 유도된 운동량 산산각을 통해 들어간다는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 드 브로일-볼름 이론에서 양자 포텐셜의 물리적 기원은 무엇이며, 고전적 역학에서 어떻게 기인하는가?
• RQ2 확률적인 영점장(zpf)이 외부 상호작용 없이도 한 입자계에서 비국소성을 어떻게 유도하는가?
• RQ3 위그너 함수가 진짜 확률 밀도가 아니며, 이는 평균화 과정에서 스토케스 독립성과 비음성의 손실로 인해 발생하는가?
• RQ4 완전한 양자 형식체계, 즉 비국소성과 비결정성까지 포함하여, 고전적 시스템이 확률적 배경장과 상호작용함으로써 기인할 수 있는가?
• RQ5 비상호작용 입자 간의 얽힘이 zpf를 통해 어떻게 발생하는가? 이 과정에서 비분리 위상공간 분포의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• 효과적 운동 방정식의 비국소 항은 zpf에 의해 유도된 입자 밀도 ρ(x)에 의존하는 운동량 산산각에서 기인하며, 이는 고전적 확률적 배경에서 비국소적인 양자 비국소성을 생성한다.
• 구성공간에서의 효과적 역학은 슈뢰딩거 방정식과 그 복소수 켤레를 재현하며, zpf에 의해 유도된 비국소성이 양자 포텐셜과 동치임을 보여준다.
• 위그너 함수는 zpf 실현값에 대한 평균화 이후 근사적인 위상공간 확률 밀도로 나타나지만, 스토케스 독립성과 음성의 손실로 인해 진짜 콜모고로프 확률 밀도가 아니다.
• 양자 포텐셜은 postulate가 아니라 zpf의 영향으로 유도된 운동량 산산각의 결과이며, 플랑크 상수 ℏ는 이러한 산산각의 강도를 정량화한다.
• 비국소성은 zpf의 비국소적 영향로 인해 입자 밀도에 의존하는 운동량 산산각으로 인해 한 입자계에서도 나타나며, 다체계에서는 입자 간 상관관계로 인해 더욱 복잡해진다.
• 비상호작용 입자 간의 얽힘은 공통적으로 zpf와의 상호작용을 통해 발생하며, 벨 정리와 일치하는 비국소적 상관관계를 제공하는 메커니즘을 제공한다.