[论文解读] Let's call it Nonlocal Quantum Physics

Manfred Requardt|ArXiv.org|Jun 19, 2000

Quantum Mechanics and Applications参考文献 36被引用 11

一句话总结

本文提出，量子理论是从普朗克尺度下离散、几何化的双层时空结构中，通过低能量、粗粒度的有效理论所涌现的，其中非定域性源于隐藏的非定域相互作用，通过底层的细胞网络（QX）实现，该网络构成了经典时空的基础。其核心贡献在于：量子非定域性和纠缠并非基本属性，而是源于这种原始基底中遥远块体之间通过信息交换所产生，为包括测量问题在内的量子现象提供了几何起源。

ABSTRACT

In the following we undertake to derive quantum theory as a stochastic low-energy and coarse-grained theory from a more primordial discrete and basically geometric theory living on the Planck scale and which (as we argue) possibly underlies also it{string theory}. We isolate the so-called it{ideal elements} which represent at the same time the cornerstones of the framework of ordinary quantum theory and show how and why they encode the it{non-local} aspects, being ubiquituous in the quantum realm, in a, on the surface, local way. We show that the quantum non-locality emerges in our approach as a natural consequence of the underlying it{two-storey} nature of space-time or the physical vacuum, that is, quantum theory turns out to be a residual effect of the geometric depth structure of space-time on the Planck scale. We indicate how the it{measurement problem} and the emergence of the it{macroscopic sub-regime} can be understood in this framework.

研究动机与目标

• 从普朗克尺度下更基本的离散、几何框架中推导出量子理论作为涌现的低能量有效理论。
• 解释量子非定域性和纠缠在本质上局域的框架中，如何源于双层时空结构中的隐藏非定域相互作用。
• 通过表明态的坍缩是底层网络中非局域信息传播的表现，来解决测量问题。
• 为量子理论提供一个几何与动力学基础，使其与引力及时空涌现统一。

提出的方法

• 将时空建模为双层结构：由相互连接的块体构成的平滑、粗粒度的表面层（ST），以及在普朗克尺度下的离散、涨落的地下层（QX）。
• 使用细胞网络（QX）作为原始基底，其中节点代表基本自由度，键合则实现非局域信息交换。
• 引入一个序参量流形，以描述通过从初始混沌态（QX₀）到有序相（QX/ST）的几何相变，实现经典时空的涌现。
• 将类似量子的变量（ρ, S）表述为跨越多个坐标点的非局域函数，以反映远距离块体之间的纠缠模式。
• 通过大尺度上的弱场激发分析纠缠，其中基底波的调制代表量子物体。
• 证明非定域性源于基本电荷通过键合在多个块体中共同参与，尤其在非可分态中表现显著。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从离散、几何化的普朗克尺度基底中，使量子理论作为低能量有效理论得以涌现？
• RQ2 在本质上局域的框架中，量子非定域性和纠缠的起源是什么？
• RQ3 测量问题如何从时空的底层非局域结构中产生？
• RQ4 双层时空结构——表面层与地下层——以何种方式促成量子现象的涌现？
• RQ5 在此框架下，多体系统中量子纠缠的程度受到何种限制？

主要发现

• 量子非定域性并非基本属性，而是通过原始细胞网络（QX）中连接遥远块体的键合所实现的非局域相互作用所涌现。
• 当多个激发模式在不同块体间共享基本电荷时，纠缠产生，联合密度 ρ(x₁,x₂) 编码了单粒子情况中不存在的非局域关联。
• 测量问题得以解决，因为态的坍缩通过键合网络瞬时传播，反映了底层非局域真空结构的特性。
• 在多体系统中，当信息通道（键合）变得过于拥挤时，弱场图像失效，导致部分纠缠或退相干。
• 非可分量子态无法唯一地分解为局域组分，表明纠缠是网络化结构的全局特征。
• 该框架通过将非定域性嵌入时空的深层结构，为EPR佯谬提供了几何解释，与非局域真空的概念一致。