[论文解读] Is realism compatible with true randomness ?

Nicolas Gisin|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2010

Quantum Mechanics and Applications参考文献 14被引用 3

一句话总结

本文主张实在论与真正随机性完全相容，提出量子随机性反映的是‘倾向性’——一种非决定论但受规律支配的、根植于预先存在的物理属性的倾向。研究表明，即使仅存在一位的自由意志缺陷，也能阻止贝尔不等式的量子违反，这意味着最小程度的自由意志已足以进行非定域性检验，并将量子非定域性重新解释为真实创造的体现，而非非实在性。

ABSTRACT

It is argued that realism and true randomness are fully compatible. Realistic true random events are acts of pure creation that obey strict laws, but do not necessarily satisfy Kolmogorov's axioms of probabilities. Realistic true randomness is some sort of nondeterministic force, or propensity of physical systems to manifest such and such properties under such and such conditions. Realistic random events reflect preexisting properties, as required by realism, simply the reflection is not deterministic; still, the preexisting properties determine the propensities of the different possible events. It is argued that deterministic extensions of quantum physics are necessarily incompatible with special relativity. Hence, from today's violations of Bell's inequalities one can conclude that all future physics theories will display true randomness as does quantum physics. It is argued that accepting true randomness and realism leads to new questions with interesting answers, allowing one 1) to study nonlocality in configurations with many independent sources and 2) to bound how much free will is needed for a proper violation of Bell's inequality.

研究动机与目标

• 解决量子物理中实在论与真正随机性之间看似存在的矛盾。
• 论证反映预先存在属性的非决定论事件（即倾向性）与实在论相容。
• 研究最小自由意志如何影响非定域性实验中贝尔不等式的违反。
• 证明即使自由意志部分丧失（例如一位）也能阻止贝尔不等式的违反，从而表明对自由意志存在最低要求。
• 将量子非定域性重新理解为真实、非决定论的创造，而非非实在性。

提出的方法

• 提出量子物理中的真正随机性反映的是‘倾向性’——物理系统非决定论但受规律支配的倾向。
• 主张预先存在的物理属性决定了这些倾向性，从而在不依赖决定论的前提下保留了实在论。
• 利用贝尔不等式的框架分析自由意志在非定域性实验中的作用。
• 将‘缺乏自由意志’建模为输入选择的减少（例如从4个输入减少到2个），将其视为一位缺陷。
• 分析在自由意志受限条件下的量子关联模拟，表明一位的损失足以完全解释所有标准的两比特投影测量。
• 通过探测漏洞模型的类比，说明减少的自由意志如何能模拟出量子非定域性。

实验结果

研究问题

• RQ1 真正随机性能否与量子物理中的实在论共存？
• RQ2 预先存在的物理属性在决定非决定论结果中起什么作用？
• RQ3 观察贝尔不等式违反需要多少自由意志？
• RQ4 缺乏自由意志（例如一位）是否能阻止量子非定域性的观测？
• RQ5 量子非定域性是否更应被理解为一种真实创造，而非非实在性？

主要发现

• 当随机性被解释为物理倾向性——即非决定论但反映预先存在属性的规律性体现时，真正随机性与实在论是相容的。
• 即使在输入字母表任意大的情况下，单一位的自由意志缺陷（例如在爱丽丝一方）也足以阻止所有二元结果的贝尔不等式违反。
• 本文证明，若爱丽丝仅缺乏一位自由意志，即可模拟所有关于两比特最大纠缠态的标准投影测量，无论罗伯特的自由意志如何。
• 该结果暗示了一个令人惊讶的自由意志下限：物理学家必须至少具备一定程度的自由意志，才能进行有意义的贝尔测试。
• 贝尔不等式的违反并不意味着非实在性；相反，它可能反映了真实、非决定论的创造过程的存在。
• 本文将量子非定域性重新解释为对实在论的威胁，而是一种真实、非决定论的生成过程的证据。