[论文解读] Is the Consequence of Superluminal Signalling to Physics Absolute Motion through an Ether?

Remi Cornwall|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2011

Quantum Mechanics and Applications参考文献 14被引用 6

一句话总结

本文提出了一种利用干涉仪中纠缠光子的超光速通信方案，该方案不违反量子力学，仅影响量子态的统计混合，而不影响可观测统计。它指出，此类通信破坏了洛伦兹互反性，导致存在一个绝对静止参考系，并引入一种新的“以太变换”，重新引入绝对空间、时间和运动，将相对论效应重新解释为与具有机械性质的物质以太的物理相互作用，并提出该框架可扩展至广义相对论，通过将时间与空间解耦，以具有机械性质的平坦三维空间以太取代弯曲时空。

ABSTRACT

In an earlier paper the author expounded an interferometer scheme to communicate classical data over an entangled quantum channel. We return to this concept to show that the laws of Quantum Mechanics are not violated and that the device is able to affect the statistical blend of the quantum states (and that this can be detected) but not the statistics - i.e. the physics of observables. The ideas of superluminal information transfer, discussed in the previous paper, are taken forward to develop a notion of absolute space, time and motion with relativistic effects ascribed to motion through an absolute reference frame - as the logical consequences dictate, permeated with a material causing the 'relativistic' effects. The reciprocal nature of the Lorentz Transform is shown to fail under superluminal signalling - one frame will be absolutely time dilated and length contacted; thus a full 'Ether Transformation' (though this cannot be a group) and a velocity addition law are derived, the Twin's Paradox is reconsidered. It would seem, in Special Relativity at least, that the phenomenological effects of motion are placed in an absolute, logical, materialistic setting, rather than a confusing relative one that, perhaps, allows no further inspection of just 'what it is' causing the effects. The author then discusses whether this programme can be carried forward into General Relativity with the space-time distortions ascribable to changes in the properties of the ether but on the whole describable in 3-space.

研究动机与目标

• 通过证明局部测量仅影响量子态的统计混合，而非可观测统计，来解决超光速通信与量子力学之间的表观矛盾。
• 证明超光速通信破坏了洛伦兹变换的互反性，意味着存在一个优选的静止参考系，以及绝对的时间膨胀和长度收缩。
• 在平直时空中推导出一种新的“以太变换”，以取代洛伦兹群，并引入速度叠加定律。
• 将相对论效应（如时间膨胀和长度收缩）重新解释为物理效应，而非相对效应，这些效应源于相对于具有机械性质的物质以太的运动。
• 探索该以太框架向广义相对论的扩展，其中时空曲率被重新解释为以太性质的微扰，从而实现全局时间与距离的同步。

提出的方法

• 使用包含纠缠光子对的干涉仪装置，其中一束光被局部调制，通过将量子态坍缩为混合态来编码经典比特。
• 应用密度矩阵形式化方法，表明尽管探测器处的约化密度算符随测量而改变，但可观测量的期望值保持不变，从而保持了量子力学的完整性。
• 从普遍静止参考系推导出至运动参考系的变换律，破坏洛伦兹群的互反性，引入绝对时间膨胀和长度收缩。
• 从普遍静止参考系构建时空图，表明某一运动参考系绝对地经历时间膨胀和长度收缩，并推导出速度叠加定律。
• 从普遍静止参考系分析双生子佯谬，表明旅行的双生子因与以太发生物理相互作用而衰老更慢，而非由于相对运动。
• 提出广义相对论中的引力可理解为以太的度规弹性，其中时空曲率由三维欧几里得以太中的微扰取代。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过在纠缠粒子上进行量子态测量实现的超光速通信是否能与量子力学定律相容，而不违反无信号定理？
• RQ2 超光速通信是否破坏洛伦兹变换的互反性，意味着存在一个优选的惯性参考系和绝对运动？
• RQ3 能否推导出一种新的变换律——“以太变换”——以取代洛伦兹群，并解释绝对时间膨胀和长度收缩？
• RQ4 如果相对论效应源于通过物理以太的运动而非相对运动，双生子佯谬如何能被逻辑上解决？
• RQ5 该以太框架能否扩展至广义相对论，其中弯曲时空被平坦的三维空间以太取代，其微扰产生引力？

主要发现

• 所提出的方案不违反量子力学，因为局部测量仅影响量子态的统计混合，而不影响可观测统计，这一结论通过密度矩阵分析得到证实。
• 超光速通信破坏了洛伦兹变换的互反性，导致某一参考系绝对地经历时间膨胀和长度收缩，从而暗示存在一个优选的静止参考系。
• 推导出一种新的“以太变换”，其并非群结构，但具有明确的速度叠加定律，可在存在超光速通信时取代洛伦兹变换。
• 双生子佯谬通过断言旅行的双生子因通过以太运动而经历时间膨胀而非相对运动来解决，从而为不对称性提供了物理基础。
• 该框架表明，广义相对论中的时空曲率可被重新解释为具有机械性质的三维欧几里得以太中的微扰，从而可通过超光速信号实现全局时间与距离的同步。
• 本文结论认为，真空能够表现出粒子产生和作为度规弹性的引力，支持以太的物理实在性，这一概念虽被狭义相对论所摒弃，但与量子场论相容。