[论文解读] On Superdeterministic Rejections of Settings Independence

Gerardo S. Ciepielewski, Elias Okon+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2020

Quantum Mechanics and Applications参考文献 36被引用 5

一句话总结

本文提出了一种完全局域的超决定论模型，通过显式违反设置独立性来重现所有量子力学预测——即拒绝测量设置与隐变量统计独立的假设。尽管该模型避免了阴谋论或科学不一致性的最坏后果，但其被认为过于复杂且缺乏理论优势，因此作为非局域理论的替代方案并不具吸引力，不过它为讨论超决定论提供了宝贵的框架。

ABSTRACT

Relying on some auxiliary assumptions, usually considered mild, Bell's theorem proves that no local theory can reproduce all the predictions of quantum mechanics. In this work, we introduce a fully local, superdeterministic model that, by explicitly violating settings independence--one of these auxiliary assumptions, requiring statistical independence between measurement settings and systems to be measured--is able to reproduce all the predictions of quantum mechanics. Moreover, we show that, contrary to widespread expectations, our model can break settings independence without an initial state that is too complex to handle, without visibly losing all explanatory power and without outright nullifying all of experimental science. Still, we argue that our model is unnecessarily complicated and does not offer true advantages over its non-local competitors. We conclude that, while our model does not appear to be a viable contender to their non-local counterparts, it provides the ideal framework to advance the debate over violations of statistical independence via the superdeterministic route.

研究动机与目标

• 构建一个具体的、完全局域的模型，通过超决定论违反设置独立性，以重现所有量子力学预测。
• 为该模型辩护，以应对标准质疑，特别是关于阴谋论、解释力丧失以及与实验科学不相容的问题。
• 探讨超决定论模型是否能在不依赖难以处理的初始条件的情况下，成为非局域理论的可行替代方案。
• 从简洁性、清晰度和本体论扩展的角度，评估此类模型的理论代价。
• 提供一个坚实的框架，以推进关于统计独立性超决定论违反的辩论。

提出的方法

• 开发一种局域德布罗意-玻姆模型（LPW），其具有确定性的非局域动力学，但在整个系统层面尊重局域性。
• 引入一种超决定论机制，其中测量设置通过预设的初始状态与隐变量相关联，从而违反设置独立性。
• 使用质量密度函数（公式24）来定义物理本体论，确保模型的预测与量子力学一致。
• 构建该模型的变体（例如 R-LPW_f），以测试其鲁棒性，并探索对初始条件的不同约束。
• 分析该模型在贝尔型思想实验中的行为，表明设置独立性的违反被限制在这些情境中，从而保持了与一般实验的一致性。
• 通过与德布罗意-玻姆模型和非局域替代方案的比较，评估该模型的理论优势，重点关注简洁性、清晰度以及与相对论的统一性。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个完全局域的、超决定论的模型是否可以通过违反设置独立性来重现所有量子力学预测？
• RQ2 该模型是否避免了阴谋论的最坏后果，例如破坏实验科学的一致性或丧失解释力？
• RQ3 该模型所需的初始状态是否过于复杂或在物理上不可信？
• RQ4 与非局域理论相比，该模型的本体论结构在简洁性和概念清晰度方面如何？
• RQ5 超决定论是否能在不牺牲理论优势的前提下，为非局域性提供一个可行的替代方案？

主要发现

• 所提出的模型通过超决定论机制违反设置独立性，成功重现了所有量子力学预测，包括EPR-贝尔思想实验的结果。
• 该模型通过将设置独立性的违反局限于贝尔型实验，避免了阴谋论的最坏后果，从而保持了实验科学的一般一致性。
• 该模型所需的初始状态并不难以处理，且导致设置独立性违反的初始条件集合可以简洁地描述。
• 尽管如此，该模型在本体论上存在显著扩张，其完整本体论与空间中可观测的质量密度之间存在脱节。
• 该模型在理论优势方面表现欠佳，如简洁性、清晰度和解释力，因此作为非局域理论的替代方案并不具吸引力。
• 该模型并非非局域理论的可行竞争者，但为推进关于超决定论违反统计独立性的辩论提供了一个有用的框架。