[论文解读] Emergent quantum mechanics as a classical, irreversible thermodynamics
本文提出半经典量子力学与经典不可逆热力学之间存在直接对应关系，表明在高斯、线性响应近似下，量子传播子和路径积分可自然地从热力学概率分布中涌现。关键结果是，量子力学可被解释为源于经典热力学的涌现现象，其作用量对称性由底层动力学中的熵所取代。
We present an explicit correspondence between quantum mechanics and the classical theory of irreversible thermodynamics as developed by Onsager, Prigogine et al. Our correspondence maps irreversible Gaussian Markov processes into the semiclassical approximation of quantum mechanics. Quantum-mechanical propagators are mapped into thermodynamical probability distributions. The Feynman path integral also arises naturally in this setup. The fact that quantum mechanics can be translated into thermodynamical language provides additional support for the conjecture that quantum mechanics is not a fundamental theory but rather an emergent phenomenon, i.e., an effective description of some underlying degrees of freedom.
研究动机与目标
- 建立量子力学与经典不可逆热力学理论之间的具体、明确对应关系，特别是在高斯（线性响应）近似下。
- 证明量子力学概念——如传播子、路径积分和波函数——可在耗散性、随机性框架下被重新解释为热力学量。
- 通过展示其形式体系源于经典热力学，为量子力学非基本而为涌现的猜想提供独立支持。
- 探讨该对应关系的更深层含义，包括时空的涌现以及量子不确定性的本体论地位。
- 为将此映射关系拓展至非线性不可逆热力学领域奠定基础。
提出的方法
- 通过随机过程框架，将热力学中的不可逆高斯马尔可夫过程映射到量子力学的半经典近似。
- 在量子力学与热力学中均使用柯尔莫哥洛夫-查普曼方程，建立共享的动力学结构。
- 在线性区域内，利用福克-普朗克方程与福克-普朗克-柯尔莫哥洛夫方程，从热力学概率分布推导出量子传播子。
- 从热力学转移概率重构费曼路径积分，表明其在不可逆过程中自然涌现。
- 通过对称性原理建立作用量与熵之间的对偶性，以耗散性、不可逆动力学取代幺正演化。
- 将该对应关系应用于具体系统（如自由粒子、谐振子），在高斯极限下验证热力学与量子表达式的精确一致。
实验结果
研究问题
- RQ1能否从经典不可逆热力学的形式体系中推导出量子力学传播子与路径积分？
- RQ2量子力学的半经典近似在多大程度上对应于不可逆热力学的线性响应区域？
- RQ3作用量与熵之间的对称性如何构成经典热力学过程向量子行为涌现的基础？
- RQ4该对应关系对量子力学的本体论地位意味着什么——它是否可能是涌现而非基本的？
- RQ5若空间变量可映射为热力学变量，时空与量子概念能否被视为源于更深层的热力学框架？
主要发现
- 在半经典极限下，量子力学传播子与不可逆、高斯马尔可夫过程中的热力学转移概率同构。
- 费曼路径积分自然地从不可逆热力学中的随机路径描述中涌现，无需假设量子原理。
- 量子力学中波函数的时间演化对应于热力学分布向平衡态的弛豫，具有相同的数学结构。
- 建立了作用量与熵之间的基本对称性，以耗散性、不可逆动力学取代幺正演化。
- 在高斯近似下，该对应关系对自由粒子与谐振子完全成立，热力学与量子表达式显式一致。
- 该映射表明，量子力学并非基本理论，而是一种涌现描述，时空与量子不确定性均源于底层热力学不可逆性。
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