[论文解读] Can quantum theory and special relativity peacefully coexist?

M. P. Seevinck|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 18被引用 12

一句话总结

本文主张量子理论与狭义相对论在根本上不相容，原因在于量子非定域性破坏了局域因果性，从而挑战了广为接受的‘和平共存’教条。文章认为，no-signalling定理存在循环论证，因其依赖于相对论的假设，而非证明这些假设。文章呼吁进行彻底的概念革新——可能通过相对论性量子理论、动力学坍缩模型或新的时间理论——而非先验地假设二者兼容。

ABSTRACT

This white paper aims to identify an open problem in 'Quantum Physics and the Nature of Reality' --namely whether quantum theory and special relativity are formally compatible--, to indicate what the underlying issues are, and put forward ideas about how the problem might be addressed.

研究动机与目标

• 挑战广泛接受的观点，即量子理论与狭义相对论可以和平共存。
• 论证no-signalling定理存在循环性，因为它预设了相对论局域性，而非证明这一点。
• 强调量子理论对局域因果性的破坏，与相对论的时空结构存在深层不相容。
• 探讨解决这种不相容性是否需要对量子理论进行新表述、构建相对论性动力学，或提出时间理论。
• 主张应在追求量子引力之前，优先解决这一基础性冲突。

提出的方法

• 分析贝尔关于局域因果性的概念，并证明其在量子力学中被破坏。
• 批判no-signalling定理依赖于微观因果性，即假设不存在超光速信号传递的公设。
• 考察玻姆力学、多世界诠释和动力学坍缩模型等替代诠释与框架。
• 评估Tumulka的相对论性不变坍缩模型作为实现相对论性量子动力学的潜在路径。
• 考虑Gisin提出的‘真实生成’（true becoming）与非局域时间概念，作为在时空之外理解量子事件的方式。
• 回顾多世界诠释在不破坏洛伦兹协变性的情况下，无法有效解决非局域性问题的局限性。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子理论与狭义相对论之间的‘和平共存’教条在逻辑上是否成立？还是存在循环论证？
• RQ2 no-signalling定理能否被视为相对论兼容性的证明？还是它预设了结论？
• RQ3 正如贝尔定理所揭示的，量子理论的非定域性是否构成与狭义相对论的真实不相容？
• RQ4 是否可能在不引入首选时空切片的情况下，实现量子力学的相对论性不变表述？
• RQ5 为调和量子非定域性与相对论，是否需要进行彻底的概念变革——例如提出新的时间理论或‘生成’理论？

主要发现

• no-signalling定理存在循环性，因为它假设了微观因果性，即为防止超光速信号传递而预设的条件，而非从量子原理中推导而来。
• 量子理论破坏了局域因果性，这与狭义相对论的因果结构直接冲突，表明存在根本性不相容。
• ‘和平共存’的主张缺乏严谨证明，且因底层定理的循环性而受到削弱。
• Tumulka的相对论性动力学约化模型为实现相对论性不变的坍缩理论提供了有希望的路径，尽管需偏离标准量子力学。
• Gisin将量子事件视为‘真正的创造行为’的观点，暗示非局域关联可能源自时空之外，暗示需要新的时间理论。
• 多世界诠释未能以保持洛伦兹协变性的方式解决非局域性问题，因其仍面临相对论一致性的问题。