[论文解读] No-Go Theorems Face Fluid-Dynamical Theories for Quantum Mechanics

Louis Vervoort|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2014

Quantum Mechanics and Applications参考文献 18被引用 2

一句话总结

本文提出一种带有背景场的流体动力学模型，用于模拟量子现象，表明当测量自由度被放松时，局域隐变量理论可违反贝尔不等式。该模型在不依赖非局域性的前提下重现了量子统计，暗示基于背景场的理论或可完成量子力学。

ABSTRACT

Recent experiments have shown that certain fluid-mechanical systems, namely oil droplets bouncing on oil films, can mimic a wide range of quantum phenomena, including double-slit interference, quantization of angular momentum and Zeeman splitting. Here I investigate what can be learned from these systems concerning no-go theorems as those of Bell and Kochen-Specker. In particular, a model for the Bell experiment is proposed that includes variables describing a 'background' field or medium. This field mimics the surface wave that accompanies the droplets in the fluid-mechanical experiments. It appears that quite generally such a model can violate the Bell inequality and reproduce the quantum statistics, even if it is based on local dynamics only. The reason is that measurement independence is not valid in such models. This opens the door for local 'background-based' theories, describing the interaction of particles and analyzers with a background field, to complete quantum mechanics. Experiments to test these ideas are also proposed.

研究动机与目标

• 研究带有背景场的流体动力学系统是否能重现如干涉和量子化等量子现象。
• 评估贝尔定理和科亨-斯佩克尔定理等无解定理在该类流体模型中的适用性。
• 探讨在放松测量自由度的前提下，局域的、依赖背景的理论是否能重现量子统计。
• 提出针对此类基于背景场模型可行性的实验测试。

提出的方法

• 提出一种在贝尔实验中引入背景场的模型，该背景场可模拟跳动液滴系统中的表面波。
• 将动力学建模为局域过程，其中粒子和探测器均与背景场相互作用。
• 引入测量自由度的放松，允许背景场与测量设置之间产生关联。
• 证明此类模型即使在局域性前提下仍可重现量子统计。
• 利用流体力学类比推导出贝尔不等式被违反的条件。
• 概述实验设置，以检验该模型的预测，特别是关于测量设置关联性的预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 局域的、基于背景场的模型能否在贝尔型实验中重现量子统计？
• RQ2 贝尔定理和科亨-斯佩克尔定理等无解定理在具有背景场的流体动力学系统中在多大程度上仍然适用？
• RQ3 测量自由度的放松如何使局域模型能够违反贝尔不等式？
• RQ4 哪些实验特征可用来区分此类基于背景场的模型与标准量子力学？
• RQ5 流体力学类比的量子现象能否由具有动力学背景场的局域理论加以解释？

主要发现

• 该模型在保持局域动力学的前提下违反了贝尔不等式，表明此类违反并不需要非局域性。
• 由于背景场与测量设置之间存在关联，该模型中测量自由度被违反。
• 背景场在不依赖非局域相互作用的前提下实现了长程关联，从而能够重现量子统计。
• 该模型为流体系统中类似量子的行为（如干涉和量子化）提供了局域且确定性的解释。
• 该理论表明，量子力学可通过破坏测量自由度的背景场得到补全。
• 提出了实验测试以检测测量设置与背景场之间的关联，从而为该模型的可证伪性或支持性提供途径。