[论文解读] Observation and superselection in quantum mechanics

N.P. Landsman|ArXiv.org|Nov 23, 1994

Quantum Mechanics and Applications被引用 4

一句话总结

本文主张，经典实在性并非源于量子系统的内在属性，而是通过环境退相干和观察者依赖的选取规则而涌现。通过将系统与仪器耦合至环境，并假设环境满足选取规则（基于局域性），本文表明环境对测量问题的解法（如Zeh、Zurek所提出的）变得一致，并提出一种最小值赋值方案，其中仅中心可观测量具有属性，摒弃了本征矢-本征值关联。

ABSTRACT

We attempt to clarify the main conceptual issues in approaches to `objectification' or `measurement' in quantum mechanics which are based on superselection rules. Such approaches venture to derive the emergence of classical `reality' relative to a class of observers; those believing that the classical world exists intrinsically and absolutely are advised against reading this paper. The prototype approach (Hepp) where superselection sectors are assumed in the state space of the apparatus is shown to be untenable. Instead, one should couple system and apparatus to an environment, and postulate superselection rules for the latter. These are motivated by the locality of any observer or other (actual or virtual) monitoring system. In this way `environmental' solutions to the measurement problem (Zeh, Zurek) become consistent and acceptable, too. Points of contact with the modal interpretation are briefly discussed. We propose a minimal value attribution to observables in theories with superselection rules, in which only central observables have properties. In particular, the eigenvector-eigenvalue link is dropped. This is mainly motivated by Ockham's razor.

研究动机与目标

• 阐明选取规则在从量子力学推导经典实在性中的概念作用。
• 挑战Hepp方法（该方法假设仪器态空间中存在选取分支），并表明其不可行。
• 提出应将选取规则施加于环境，其动机源于观察者与监测系统的局域性。
• 通过将环境方法（Zeh、Zurek）与基于选取规则的诠释相协调，将其建立在观察者局域性的基础之上。
• 在选取理论中提出一种最小值赋值方案，其中仅中心可观测量被认为具有确定属性。

提出的方法

• 基于观察者与监测系统的局域性，假设环境而非仪器满足选取规则。
• 以复合希尔伯特空间建模系统-仪器-环境三元组，其中环境诱导退相干。
• 利用观察者的局域性，为环境自由度中的选取分支提供合理性。
• 通过环境 entanglement 抑制量子相干性，推导出经典行为的涌现。
• 提出一种最小值赋值框架，其中仅中心可观测量（如代数的中心元素）被认为具有确定值。
• 放弃标准的本征矢-本征值关联，转而采用更一般、且受奥卡姆剃刀原则启发的属性赋值方式。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何Hepp方法（即假设仪器中存在选取规则）在概念上站不住脚？
• RQ2 如何一致地应用选取规则，以在量子测量中推导出经典行为？
• RQ3 环境在强制实现经典性方面起什么作用？为何应将选取规则施加于环境而非仪器？
• RQ4 在具有选取规则的理论中，如何为可观测量赋予以确定值，而不依赖本征矢-本征值关联？
• RQ5 观察者局域性在何种意义上为环境中选取分支的选择提供了合理性？

主要发现

• Hepp方法（即假设仪器态空间中存在选取分支）被证明不一致且不可行。
• 为确保与观察者局域性及环境退相干的一致性，必须将选取规则施加于环境而非仪器。
• 当选取规则应用于环境时，环境退相干机制（如Zeh、Zurek所提出的）变得一致且可接受。
• 提出一种最小值赋值方案，其中仅中心可观测量（即代数的中心元素）可被认为具有确定属性。
• 标准的本征矢-本征值关联被拒绝为非必要，其动机源于奥卡姆剃刀原则与选取理论的结构。
• 经典世界并非内在存在，而是由于环境选取规则与退相干，相对于观察者而涌现。