[论文解读] Paradoxes and Primitive Ontology in Collapse Theories of Quantum Mechanics

Roderich Tumulka|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2011

Quantum Mechanics and Applications被引用 35

一句话总结

本文主张，量子力学的退相干理论需要一种原始本体论——时空中的物理实体，代表物质——以解决基础性悖论并避免不一致。通过引入清晰的原始本体论，例如闪光或物质密度，与测量和观察相关的悖论将消失，且该理论在无需解决意识的心物问题的情况下，仍能实现经验充分性。

ABSTRACT

Collapse theories are versions of quantum mechanics according to which the collapse of the wave function is a real physical process. They propose precise mathematical laws to govern this process and to replace the vague conventional prescription that a collapse occurs whenever an "observer" makes a "measurement." The "primitive ontology" of a theory (more or less what Bell called the "local beables") are the variables in the theory that represent matter in space-time. There is no consensus about whether collapse theories need to introduce a primitive ontology as part of their definition. I make some remarks on this question and point out that certain paradoxes about collapse theories are absent if a primitive ontology is introduced.

研究动机与目标

• 阐明原始本体论（PO）在量子力学退相干理论中的作用。
• 解决因缺乏明确定义的PO而导致的退相干理论中的悖论。
• 论证缺乏PO的理论在心物问题上面临无法解决的困境。
• 证明PO可通过将宏观观测建立在时空中的物理构型基础上，实现理论的经验充分性。
• 表明PO的选择不仅具有哲学意义，更是实现一致、与观察者无关的量子理论的必要条件。

提出的方法

• 分析GRW、Diósi和Pearle等退相干理论，这些理论引入了随机、非线性的波函数坍缩。
• 将原始本体论定义为表示时空中物质的物理实体（例如，闪光、物质密度），遵循贝尔关于“局部实体”的概念。
• 考察当未指定PO时，退相干理论中出现的悖论，例如宏观结果的不一致性。
• 比较两种观点：要求PO的理论（如Allori、Goldstein、Maudlin）与不要求PO的理论（如Albert、Lewis）。
• 运用Maudlin的论点，即PO使理论能够匹配宏观观测（例如，指针位置），而无需解决心物问题。
• 将PO的必要性与心物问题联系起来，表明若无PO，理论无法与意识经验建立联系。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在未指定原始本体论时，退相干理论中会出现悖论？
• RQ2 原始本体论在确保退相干理论经验充分性方面起什么作用？
• RQ3 原始本体论的存在如何解决量子力学中的测量问题？
• RQ4 为何心物问题对缺乏原始本体论的理论构成挑战？
• RQ5 缺乏原始本体论的物理理论能否实现经验充分性？若不能，原因是什么？

主要发现

• 当引入原始本体论时，退相干理论中的悖论——如宏观结果的不一致性——将消失。
• GRW理论的随机坍缩过程，其速率为 $ N\lambda $，只有在与闪光或物质密度等原始本体论结合时，才具有物理上的连贯性。
• 缺乏原始本体论的理论，无法在不诉诸无法解决的心物问题的情况下，与宏观观测（例如，指针位置）建立经验联系。
• 原始本体论通过将预测建立在独立于意识的时空物理构型基础上，使理论实现经验充分性。
• 关于PO在退相干理论中是否必要的争论，与心物问题的不同观点密切相关。
• 具有原始本体论的理论避免了解释物理过程如何产生意识经验的需要，因而更具科学可行性。