[论文解读] Does Indeterminism Give Rise to an Intrinsic Time Arrow?

Shahar Dolev, Avshalom C. Elitzur+1 more|ArXiv.org|Jan 18, 2001

Quantum Mechanics and Applications参考文献 15被引用 4

一句话总结

本文主张，非定域的量子动力学，特别是GRW理论，可以在不依赖低熵初始条件的前提下，产生一种内在的热力学时间箭头。通过证明GRW理论中随机且不可逆的跃迁自然导致熵增，作者表明，仅凭非定域性——当与特定的动力学特征相结合时——即可产生一种根本的时间不对称性，从而提供一种独立于边界条件的解决时间箭头问题的方案。

ABSTRACT

In any physical theory that admits true indeterminism, the thermodynamic arrow of time can arise regardless of the system's initial conditions. Hence on such theories time's arrow emerges out of the basic physical interactions. The example of the GRW theory is studied in detail.

研究动机与目标

• 探究根本物理理论中的非定域性是否能产生一种独立于初始条件的内在时间箭头。
• 考察随机动力学与热力学不可逆性出现之间的关系。
• 评估像GRW这样具有真正量子跃迁的理论，是否能仅从其动力学本身推导出热力学第二定律。
• 厘清动力学中微观时间不对称性与宏观热力学行为之间的区别。

提出的方法

• 分析三种不确定性的拓扑形式——V（非定域性原因）、Λ（定域性结果）和X（原因与结果的联合不确定性）——以识别哪一种能够支持内在的时间箭头。
• 以GRW理论作为真正随机且不可逆动力学框架的实例。
• 应用Albert的方法，从量子退相干推导热力学箭头，以说明熵增如何从随机跃迁中浮现。
• 评估GRW跃迁的具体形式（跃迁至位置本征态）是否能以高概率导致熵增。
• 将GRW与其它退相干理论（如冯诺依曼理论）进行比较，以说明为何只有GRW能产生普遍的热力学箭头。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅凭非定域动力学是否能产生一种根本的、内在的时间箭头，而无需依赖初始条件？
• RQ2 随机动力学与热力学不可逆性出现之间存在何种关系？
• RQ3 为何GRW理论能推导出热力学箭头，而其他退相干理论则不能？
• RQ4 不确定性的拓扑结构（V、Λ、X）与时间不对称性及经验可检验性之间有何关联？

主要发现

• GRW理论中随机且不可逆的跃迁自然导致熵增轨迹，表明非定域性本身即可产生内在的热力学时间箭头。
• GRW中的热力学箭头并非源于初始条件，而是源于量子跃迁的具体形式——即其倾向于跃迁至位置本征态，从而增加熵。
• 该理论的动力学不具备时间可逆性，因此可产生一种与热力学箭头相关联的根本量子力学时间箭头。
• 其他退相干理论（如冯诺依曼理论）无法产生普遍的热力学箭头，因为其随机性仅限于测量情境。
• 只有X型不确定性的拓扑结构（原因与结果的联合非定域性）具有经验可检验性，因此是研究内在时间不对称性的唯一可行框架。