[论文解读] A nonlocal ontology underlying the time-symmetric Heisenberg representation

Yakir Aharonov, Tomer Landsberger+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 22被引用 6

一句话总结

本文基於海森堡表象，提出了一種時間對稱、非定域、決定論的量子力學本體論，其中物理性質由決定論算符而非波函數表示。結果顯示，干渉與延遲選擇行為源自非定域模動量動力學，而非波動式的坍縮；對預準備與後選擇系統的弱測量揭示了其內在的非定域性質，提供了比標準波函數本體論更深刻的本體論基礎。

ABSTRACT

We maintain that the wavefunction is an ensemble property rather than an individual particle property. For individual particles, we propose an ontology underwritten by the Heisenberg representation. It consists of properties represented by deterministic operators, which may have nonlocal dynamics. Relying on nonlocal dynamics, we show how interference phenomena can be understood without having to conceive of the quantum state as wave-like. Nonlocal information is provided by a modular momentum operator. By augmenting the individual particle ontology with a final state and employing weak measurements, we show how both interference and which-path can be deduced for the same system. This situation is most intuitively understood through a time-symmetric Heisenberg representation. Indeed, we contend that a time-symmetric operator-based ontology captures the essence of quantum mechanics, particularly its nonlocal nature, better than any wavefunction-based ontology.

研究动机与目标

• 挑戰薛定諤表象與波函數本體論在量子基礎中的主導地位。
• 基於海森堡表象，建立一種非定域、決定論、時間對稱的本體論。
• 展示透過對預準備與後選擇系統的弱測量，干渉與路徑資訊可共存。
• 證明動力學非定域性——透過非定域酉演化——是干渉的根源，而非波動行為。
• 主張波函數是系綜性質，而非個體系統的性質，唯有決定論算符才能代表內在物理性質。

提出的方法

• 提出時間對稱的海森堡表象，其中物理態由初始準備與最終後選擇共同定義。
• 引入決定論算符——具有非擾動、可預測測量結果的算符——以代表個體粒子的內在物理性質。
• 引入模動量算符作為關鍵的非定域動力學量，其控制干渉現象，無需波動相位傳播。
• 運用弱測量提取弱值，揭示在預準備與後選擇下個體系統的一致性、非定域性質。
• 在海森堡繪景中使用酉演化，表明非定域動力學——與運動學 entanglement 不同——可直接影響機率分佈。
• 在時間對稱框架下分析雙縫實驗，顯示干渉源自非定域模動量交換，而非波的疊加。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不依賴波函數的情況下，為個體量子系統構建一種非定域、決定論的本體論？
• RQ2 如何在不引入波動行為或態坍縮的情況下解釋干渉現象？
• RQ3 在海森堡表象中，終態在決定量子系統內在性質方面扮演何種角色？
• RQ4 由非定域酉演化產生的動力學非定域性，與糾纏態中的運動學非定域性有何區別？
• RQ5 對預準備與後選擇系統的弱測量能否一致地揭示同一系統的干渉與路徑資訊？

主要发现

• 波函數並非個體系統的性質，而是系綜的統計描述；內在物理性質僅由決定論算符定義。
• 雙縫實驗中的干渉源自酉演化下的非定域模動量交換，而非波動疊加。
• 對預準備與後選擇系統的弱測量可一致推導出干渉與路徑資訊，從而解決波粒二象性悖論。
• 模動量算符是一種動力學非定域算符，其演化控制干渉，並對機率分佈產生可觀測效應。
• 時間對稱的海森堡表象提供了一種決定論、非定域且本體論一致的框架，比標準波函數本體論更能捕捉量子力學的本質。
• 動力學非定域性——與運動學糾纏不同——源自酉演化，會影響機率分佈，使其具有物理可觀測性與可測量性。