[论文解读] Copenhagen Interpretation of Quantum Theory and the Measurement Problem

Martin Kober|ArXiv.org|May 4, 2009

Quantum Mechanics and Applications参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文主张哥本哈根诠释的哲学基础——根植于认识论必要性而非本体论不确定性——对于真正理解量子理论至关重要。通过将量子不确定性的根源归因于不可避免地使用经典宏观测量装置，本文从认识论原则的视角解决测量问题，其方法类似于但比统计力学更为根本，并主张位置空间是抽象希尔伯特空间态的衍生表示，而非自然的基本结构。

ABSTRACT

The Copenhagen interpretation of quantum theory is investigated from a philosophical point of view. It is justified the opinion that the philosophical attitude the Copenhagen interpretation is based on is in principle inevitable for a real comprehension of quantum theory. This attitude is mainly related to epistemological arguments. However, the measurement problem often seems not to be treated clearly enough within the interpretation. By referring to the property of the necessity to use macroscopic measurement instruments obeying classical concepts it is made the attempt to solve the measurement problem. According to this consideration the indeterministic character of quantum theory seems to have its origin in a lack of knowledge and thus it appears in a similar but more principle way than in statistical mechanics. It is emphasized the ontological character of the uncertainty relation and the related non locality of quantum theory suggesting that the existence of a position space is not as fundamental as the assumptions of general quantum theory.

研究动机与目标

• 阐明哥本哈根诠释的哲学基础在于认识论必要性，而非本体论绝对性。
• 通过分析宏观经典测量仪器在态坍缩中的作用，解决测量问题。
• 将量子不确定性重新框架化，不视其为自然的根本属性，而视为感知与测量局限性的结果。
• 论证位置空间并非基本概念，而是希尔伯特空间中量子态的衍生表示。
• 确立非局域性为本体论上本质的特征，而局域性则作为宏观近似的产物出现。

提出的方法

• 区分玻尔与海森堡诠释中的认识论与本体论论据，以避免主观主义误读。
• 分析测量过程本质上涉及宏观经典系统，由于不可及自由度的存在而扰动量子态。
• 将量子不确定性建模为类似于但比统计力学的不确定性更根本，原因在于测量中必须使用经典概念。
• 利用量子理论的抽象希尔伯特空间形式，表明位置空间与动量空间是表示形式，而非基本结构。
• 将非局域性（在EPR型关联中显现）解释为希尔伯特空间动力学非表示性的自然结果。
• 在量子理论与广义相对论的微分同胚不变性之间建立类比，暗示时空是量子态的衍生结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何哥本哈根诠释在真正理解量子理论时具有认识论上的必要性？
• RQ2 如何在不引入根本性坍缩假定的前提下解决测量问题？
• RQ3 不确定性关系的本体论地位是什么？它与经典测量概念有何关联？
• RQ4 为何非局域性在量子理论中显得根本，它与希尔伯特空间结构有何关系？
• RQ5 在量子理论中，位置空间是基本概念还是衍生概念？

主要发现

• 量子理论中的不确定性并非源于自然的根本属性，而是由于认识论上必须使用经典宏观测量装置所导致的必然性。
• 通过认识到对宏观仪器中所有自由度的无知，导致态演化中的有效不确定性，从而解决了测量问题。
• 不确定性关系具有本体论实在性，且独立于测量不确定性，其根基在于非局域性作为量子理论的根本特征。
• 位置空间并非基本概念，而是希尔伯特空间中量子态的衍生表示，其极限由不确定性关系定义。
• 非局域性并非悖论，而是抽象希尔伯特空间形式的自然结果，而局域性则作为宏观近似出现。
• 时空结构（包括其(3+1)维流形形式）被解释为底层量子态关系的表示，类似于广义相对论中的微分同胚不变性。