[论文解读] Does Quantum Nonlocality Exist? Bell's Theorem and the Many-Worlds Interpretation

Frank J. Tipler|ArXiv.org|Mar 30, 2000

Quantum Mechanics and Applications参考文献 3被引用 15

一句话总结

本文认为，贝尔定理由量子非定域性所暗示的非定域性，是波函数坍缩假设的产物；在多世界诠释（MWI）下，表观的非定域关联源于对两个纠缠粒子进行的两次测量以及对结果进行的第三次测量，这三个过程均为局域过程，从而恢复了局域性，并表明证实非定域性的实验实际上支持多世界诠释。

ABSTRACT

Quantum nonlocality may be an artifact of the assumption that observers obey the laws of classical mechanics, while observed systems obey quantum mechanics. I show that, at least in the case of Bell's Theorem, locality is restored if observed and observer are both assumed to obey quantum mechanics, as in the Many-Worlds Interpretation. Using the MWI, I shall show that the apparently "non-local" expectation value for the product of the spins of two widely separated particles --- the "quantum" part of Bell's Theorem --- is really due to a series of three purely local measurements. Thus, experiments confirming "nonlocality" are actually confirming the MWI.

研究动机与目标

• 通过重新审视贝尔定理中波函数坍缩的假设，解决量子力学与相对论之间的表观矛盾。
• 证明量子非定域性并非根本性，而是经典观察者假设的产物。
• 表明多世界诠释（MWI）通过将粒子和观察者均视为量子系统，恢复了局域性。
• 证明贝尔定理所预测的量子关联源于一系列局域测量，而非非局域影响。
• 论证证实非定域性的实验实际上支持MWI，而非非定域性本身。

提出的方法

• 使用幺正演化算符 U₁ 和 U₂ 建模测量过程，使测量装置与粒子1和粒子2的自旋态纠缠。
• 利用量子力学的线性性质，将测量过程推广至叠加态，如 singlet 态 |Ψ⟩ = (|↑↓⟩ - |↓↑⟩)/√2。
• 使用 MWI 解释测量结果为多个世界分支，每个世界对应一个确定的测量结果。
• 通过按系数的平方幅值加权所有世界，计算自旋积的期望值。
• 引入第三个局域测量以比较两个远距离观察者的测量结果，从而恢复关联性并定义测量设置的相对取向。
• 证明所得期望值与从 singlet 态导出的量子力学预测 −cosθ = −𝐧₁·𝐧₂ 一致，且不涉及任何非局域性。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子非定域性是否真实存在，还是仅仅是量子力学中假设经典观察者的产物？
• RQ2 贝尔定理所预测的相关性能否在无非局域影响的前提下得到解释？
• RQ3 多世界诠释如何消除波函数坍缩和非局域作用的需要？
• RQ4 第三个测量——即结果比较——在保持空间分隔测量之间的关联性中起什么作用？
• RQ5 证实贝尔不等式的实验是否实际上证实了多世界诠释，而非非定域性本身？

主要发现

• 贝尔定理中的表观非定域性并非源于瞬时影响，而是源于三个局域测量的序列：对两个纠缠粒子各进行一次测量，再对结果进行一次比较。
• 在 MWI 中，自旋积的量子期望值 ⟨σ₁·σ₂⟩ = −𝐧₁·𝐧₂ 被表示为多个世界中加权平均值，其概率由系数的平方幅值给出。
• 远距离粒子之间的关联性并非通过非局域信号维持，而是通过单个世界中对测量记录的局域比较实现。
• MWI 避免了贝尔不等式所依赖的单值结果假设，从而绕过了非定域性结论。
• 证实贝尔型不等式的实验并未证实非定域性，反而证实了 MWI，因为这些实验与局域幺正演化和分支过程一致。
• 波函数坍缩的假设是非定域性幻觉的根源；若无此假设，MWI 框架下所有过程均严格局域。