[论文解读] Elementary Considerations on the Interpretation of the Foundations of Quantum Mechanics

Albert Einstein|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2011

Quantum Mechanics and Applications被引用 9

一句话总结

爱因斯坦认为，量子力学中波函数的标准玻恩解释尽管在统计上成功，却无法为单个宏观系统提供真实的描述。他批判了德布罗意-玻姆和薛定谔提出的替代实在论方法，指出它们在宏观极限下违反了经典运动规律，最终得出结论：目前解释下的量子力学无法完全解释单个系统的客观实在性，物理学中存在一个基础性缺口，亟需一个关于单个系统的实在论理论。

ABSTRACT

This paper appeared in a collection of papers titled "Scientific Papers Presented to Max Born on his retirement from the Tait Chair of Natural Philosophy in the University of Edinburgh", published in 1953 (Oliver and Boyd), pages 33-40.

研究动机与目标

• 检验量子力学是否能够提供一个独立于观测的、关于单个宏观系统状态的真实、客观描述。
• 评估德布罗意-玻姆和薛定谔等替代解释的可行性，这些解释试图通过放弃玻恩规则来恢复实在论。
• 确定这些实在论替代方案是否能在宏观极限下重现经典力学。
• 论证缺乏对单个系统的真实描述，削弱了量子理论的物理完备性。
• 倡导一种理论框架，用于描述单个系统的‘真实状态’，尤其是考虑到整个自然界本身就是一个单一系统，而非系综。

提出的方法

• 分析一个宏观系统：一个质量为1 mm的子弹在相距1米的两堵墙之间作弹性碰撞，将其建模为一维量子系统。
• 对该系统应用薛定谔方程，并考察其时间依赖的波函数（ψ-函数），特别是其德布罗意形式。
• 通过表达 ψ = Re^{iS} 来评估德布罗意-玻姆方法，从 ∂S/∂x 推导速度，并检验其与经典运动的一致性。
• 考察薛定谔的观点，即ψ本身代表实在性，拒绝在时空上对质心进行局域化。
• 将每种解释的预测与宏观系统必须近似遵循经典轨迹的要求进行比较。
• 利用在定态下 ∂S/∂x 恒为零作为德布罗意-玻姆方法的关键反例，表明其无法描述运动。

实验结果

研究问题

• RQ1 波函数 ψ 是否能够为宏观系统的单个状态提供真实描述，且独立于测量？
• RQ2 德布罗意-玻姆和薛定谔的实在论解释是否成功地在宏观系统中重现了经典力学？
• RQ3 尽管玻恩解释在统计上有效，为何它无法描述单个系统的客观实在性？
• RQ4 在实证主义反对意见的背景下，假设系统存在客观‘真实状态’的物理依据是什么？
• RQ5 鉴于自然界本身是一个单一系统，逻辑上和物理上是否必然需要寻求一个关于单个系统的实在论理论？

主要发现

• 德布罗意-玻姆方法在宏观极限下失效，因为在定态下 ∂S/∂x 恒为零，意味着速度为零，这与经典运动相矛盾。
• 薛定谔的解释将ψ视为实在性，否认了质心位置的局域存在，违反了经典预期。
• 尽管目标是提供真实描述，这两种替代实在论解释均未能重现宏观系统的近似经典行为。
• 玻恩解释虽然在系综层面上具有经验成功，却无法描述单个系统的实在状态，留下一个基础性缺口。
• 物理学必须描述单个系统的客观实在性——尤其是因为自然界本身是一个单一系统——这是不可避免的，而非单纯的哲学问题。
• 目前解释下的标准量子形式主义不足以对世界提供完整的物理描述，必须建立一种新理论，以在单个系统层面恢复实在论。