[论文解读] A functional model of interactions in quantum theory

Hans H. Diel|arXiv (Cornell University)|May 22, 2014

Quantum Mechanics and Applications参考文献 13被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于离散细胞自动机框架的量子理论相互作用功能模型，通过逐步的过程转换和中间状态来模拟动态演化。该模型通过嵌入概率振幅演化以及从概率到物理事实的多步转换，实现了与量子场论（QFT）的兼容，提供了一种不修改薛定谔方程的过程基解决方案，以解决测量问题。

ABSTRACT

In this paper, a functional model of interactions in quantum theory (QT) is proposed. A functional model describes the dynamic evolution of a physical system in terms of process steps and intermediate states. That is, it describes how things function. The proposed functional model of QT interactions was developed in the context of the author's work toward a computer model of QT with the goal of supporting the largest possible scope of QT concepts. In QT, the results of interactions are computed using quantum field theory (QFT). Therefore, the proposed functional model of interactions is based on QFT. There are a number of important QT concepts, such as measurement, entanglement, and decoherence, that are related to interactions. The functional model of interactions also addresses these phenomena.

研究动机与目标

• 开发一种量子理论相互作用的功能模型，明确描述通过过程步骤和中间状态的动态演化。
• 在不改变薛定谔方程或引入不可证伪假设的前提下，解决量子测量问题。
• 在引入基于过程的相互作用描述的同时，确保与量子场论（QFT）的兼容性。
• 通过显式、分步的机制建模关键量子现象——纠缠、退相干和测量。
• 提供一个计算上可行的框架，用于使用离散时间、空间和波函数路径模拟量子过程。

提出的方法

• 该模型基于具有固定时间步长、空间格点和离散波函数路径的离散细胞自动机。
• 采用一种混合规范语言，结合自然语言、半形式化算法符号和标准QFT方程，以描述状态转换。
• 波函数通过一系列过程步骤演化，其中概率振幅通过QFT计算，随后进行非幺正步骤，以实现从概率到物理事实的转换。
• 纠缠通过粒子之间的共享路径集合来建模，测量则通过选择单一路径并非局域地消除其他路径来实现。
• 退相干被处理为与环境的纠缠过程，但该模型在幺正演化之外引入了一个显式步骤，以解释多世界诠释中世界分支的出现。
• 该模型假设两粒子相互作用为基本单元，多粒子过程被分解为顺序的两体相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将量子场论相互作用描述为包含中间状态的功能过程步骤序列？
• RQ2 能否构建一个与标准量子场论完全兼容的功能性量子理论模型，同时解决测量问题？
• RQ3 什么标准可定义量子相互作用导致从概率振幅向确定物理结果的转变？
• RQ4 如何将纠缠和非局域性建模为路径消除而非直接的值传递？
• RQ5 在功能模型中，退相干的作用是什么？它与标准幺正描述有何不同？

主要发现

• 该功能模型成功地将量子相互作用描述为一系列离散过程步骤，包括中间状态，为标准QFT的声明式特性提供了一种基于过程的替代方案。
• 该模型引入了从概率振幅到物理事实的多步转换，被提议作为不修改薛定谔方程的测量问题解决方案。
• 纠缠通过共享路径集合维持，测量被建模为路径选择，该过程非局域地消除了两个纠缠粒子的其他路径。
• 退相干被处理为环境纠缠的过程，但该模型在幺正演化之外增加了显式分支步骤，以解释多世界诠释中确定结果的出现。
• 初步的计算机模拟显示，其结果在预期范围内与标准QFT预测一致，表明其计算上的可行性与一致性。
• 该模型在涉及从概率到事实的转变的领域有意偏离标准QFT，因为这些领域在QFT中尚无明确对应，且这些偏离可通过模拟进行检验。