[论文解读] Consistent Quantum Measurements

Robert B. Griffiths|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 40被引用 13

一句话总结

本文针对Okon和Sudarsky对量子力学一致历史（CH）诠释的批评进行辩护，证明CH通过允许多个不相容框架、拒绝经典统一性原则，唯一地解决了第二个测量问题——即从测量结果反推预测量量子属性。它表明CH能正确描述一个Stern-Gerlach实验，优于GRW、德布罗意-玻姆力学和多世界诠释在此方面的表现。

ABSTRACT

In response to recent criticisms by Okon and Sudarsky, various aspects of the consistent histories (CH) resolution of the quantum measurement problem(s) are discussed using a simple Stern-Gerlach device, and compared with the alternative approaches to the measurement problem provided by spontaneous localization (GRW), Bohmian mechanics, many worlds, and standard (textbook) quantum mechanics. Among these CH is unique in solving the second measurement problem: inferring from the measurement outcome a property of the measured system at a time before the measurement took place, as is done routinely by experimental physicists. The main respect in which CH differs from other quantum interpretations is in allowing multiple stochastic descriptions of a given measurement situation, from which one (or more) can be selected on the basis of its utility. This requires abandoning a principle (termed unicity), central to classical physics, that at any instant of time there is only a single correct description of the world.

研究动机与目标

• 回应Okon和Sudarsky对量子力学一致历史（CH）诠释的批评。
• 证明CH唯一解决了第二个测量问题——即从测量结果反推预测量量子属性。
• 阐明CH不以测量作为基础，而是将测量视为受相同量子规则支配的物理过程。
• 主张放弃经典统一性原则——即任何时候仅存在一种正确的世界描述——是获得正确量子理解的必要条件。
• 将CH基于框架的方法与GRW、德布罗意-玻姆力学和多世界诠释等替代方案在解决测量问题方面的表现进行比较。

提出的方法

• 以一个现代化的Stern-Gerlach实验作为量子测量的具体实例进行分析。
• 应用一致历史形式化方法，使用历史族来描述量子属性和测量结果。
• 使用准经典框架来描述宏观的指针位置和预测量自旋态。
• 根据物理相关性和实用性来评估框架选择，而非唯一性，拒绝存在单一正确描述的观点。
• 将CH的基于框架的方法与标准量子力学、GRW、德布罗意-玻姆力学和多世界诠释进行比较。
• 主张只有CH能以一致的方式将测量结果与预测量属性联系起来，从而满足第二个测量问题的要求。

实验结果

研究问题

• RQ1 一致历史诠释如何解决第二个测量问题——即从测量结果反推预测量量子属性？
• RQ2 为何在量子力学中拒绝统一性（即任何时候仅存在一种正确的世界描述）是必要且合理的？
• RQ3 CH使用多个不相容框架的方法，与GRW、德布罗意-玻姆力学和多世界诠释的单框架方法相比有何不同？
• RQ4 为何替代诠释即使解决了第一个测量问题，仍无法解决第二个测量问题？
• RQ5 在CH中，框架选择起什么作用？其物理合理性如何，而非通过假设唯一描述来确立？

主要发现

• 一致历史通过允许多个框架，唯一地解决了第二个测量问题，其中一个框架可同时描述预测量自旋态和后测量指针结果。
• CH方法正确识别出一个同时包含测量前微观属性（如自旋态）和宏观结果的框架，从而实现对预测量属性的推断。
• 拒绝统一性——即仅有一个描述在任何时刻为真——是CH的核心，类似于在天文学中放弃地心说模型，是向非经典思维的根本性转变。
• GRW和多世界诠释等替代诠释无法提供机制来识别测量结果揭示了哪个预测量属性。
• 德布罗意-玻姆力学虽可给出合理答案，但其结果并不总与实验物理学家的预期一致。
• 批评CH因框架选择而失败是无效的，因为框架选择基于物理相关性和实用性，而非任意决定。