[论文解读] Life as an Explanation of the Measurement Problem

Szymon Łukaszyk|arXiv (Cornell University)|May 13, 2018

Quantum Mechanics and Applications参考文献 26被引用 15

一句话总结

该论文提出，生物细胞通过全息屏作为量子信息处理器，其中由热力学不可逆性驱动的经典信息处理解决了测量问题。通过为屏幕引入法向速度分量，推导出伦德（Unruh）加速度，并将德布罗意波长与康普顿波长联系起来，表明感知的宇宙源于毕达哥拉斯三元组，以最大化信息多样性。

ABSTRACT

No consensus regarding the universal validity of any particular interpretation of the measurement problem has been reached so far. The problem manifests strongly in various Wigner's-friend-type experiments where different observers experience different realities measuring the same quantum system. But only classical information obeys the second law of thermodynamics and can be perceived solely at the holographic screen of the closed orientable two-dimensional manifold implied by Verlinde's and Landauer's mass-information equivalence equations. I conjecture that biological cell, as a dissipative structure, is the smallest agent capable of processing quantum information through its holographic screen and that this mechanism have been extended by natural evolution to endo- and exosemiosis in multicellular organisms, and further to language of Homo sapiens. Any external stimuli must be measured and classified by the cell in the context of classical information to provide it with an evolutionary gain. Quantum information contained in a pure quantum state cannot be classified, while incoherent mixtures of non-orthogonal quantum states are only partially classifiable. The concept of an unobservable velocity, normal to the holographic screen is introduced. It is shown that it enables to derive the Unruh acceleration as acting normal to the screen, as well as to conveniently relate de Broglie and Compton wavelengths. It follows that the perceived universe, is induced by the set of Pythagorean triples, while all its measurable features, including perceived dimensionality, are set to maximise informational diversity.

研究动机与目标

• 通过将测量问题建立在热力学和信息论原理的基础上，解决量子力学中的测量问题。
• 解释为何仅经典信息可被感知，而量子叠加态在测量结果中保持不可观测。
• 提出生物细胞作为耗散结构，是通过全息屏处理量子信息的最小代理。
• 通过涉及全息屏法向速度分量的几何模型，统一伦德效应、德布罗意波长与康普顿波长。
• 表明感知的宇宙源于毕达哥拉斯三元组，以最大化信息多样性。

提出的方法

• 引入全息屏作为二维闭合可定向流形，其中量子信息被投影为经典信息。
• 应用韦林德（Verlinde）和兰道尔（Landauer）的质量-信息等价性，将质量和信息联系起来，将热力学不可逆性建立在信息处理基础上。
• 引入全息屏法向的不可观测速度，推导出伦德加速度作为作用于屏的法向力。
• 利用法向速度通过屏上的几何约束，关联德布罗意波长与康普顿波长。
• 将感知的宇宙建模为源于毕达哥拉斯三元组的集合，其可观测特征（如维度）被优化以最大化信息多样性。
• 仅对经典信息应用热力学第二定律，将感知限制于在屏上处理的经典数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在维格纳朋友思想实验中，若不同观察者体验到不同的现实，测量问题如何解决？
• RQ2 为何仅经典信息可被感知，而纯量子态无法被分类？
• RQ3 生物细胞在通过热力学与信息论机制处理量子信息中扮演何种角色？
• RQ4 为何在全息屏上引入法向速度分量可推导出伦德效应？
• RQ5 在信息最大化意义上，感知的宇宙的维度与结构由什么决定？

主要发现

• 由于其耗散结构与热力学不可逆性，生物细胞被提议为通过全息屏处理量子信息的最小代理。
• 仅符合热力学第二定律的经典信息可被感知，而纯量子态无法被分类。
• 全息屏法向的不可观测速度使伦德加速度可被推导为作用于屏的法向力。
• 通过法向速度与屏曲率的几何约束，德布罗意波长与康普顿波长被证明具有几何关联。
• 感知的宇宙由毕达哥拉斯三元组的集合诱导，其可观测特征（如维度）被优化以最大化信息多样性。
• 非正交量子态的非相干混合仅部分可分类，解释了经典感知在量子系统中的局限性。