[论文解读] Path Integrals and Reality

Adrian Kent|arXiv (Cornell University)|May 28, 2013

Quantum Mechanics and Applications参考文献 31被引用 12

一句话总结

本文提出了一种量子理论的实在论诠释——真实路径量子理论，其中从所有可能路径中以概率方式选择一条实际实现的路径，该选择由一个涉及路径振幅和路径分离度量的距离函数的路径概率 postulate 所引导。该模型在微观系统中重现了量子干涉，在宏观系统中则抑制了干涉，为标准量子力学提供了一种具有明确本体论的可检验替代方案，并在未探索的参数领域具有实验验证的潜力。

ABSTRACT

We define the idea of {\it real path quantum theory}, a realist generalisation of quantum theory in which it is postulated that the configuration space path actually followed by a closed quantum system is probabilistically chosen. This is done a postulate defining probabilities for paths, which we propose are determined by an expression involving path amplitudes and a distance function that quantifies path separation. We suggest a possible form for a path probability postulate and explore possible choices of distance function, including choices suitable for Lorentz or generally covariant versions of real path quantum theory. We set out toy models of quantum interferometry and show that in these models the probability postulate and specific distance functions do indeed give a physically sensible path ontology. These functions can be chosen so as to predict quantum interference for interference of microscopic quantum systems and the failure of interference for macroscopic quantum systems. More generally, they predict interference when the beams are close, and its failure when they are far apart, as determined by the distance function. If taken seriously in its present relatively unconstrained form, real path quantum theory thus motivates experimental tests of quantum interference in all unexplored regimes defined by potentially physically interesting parameters, including the mass of the beam object, the beam separation distance, the beam separation time, and many others. We discuss open questions raised by these ideas.

研究动机与目标

• 通过提出一种实在论的量子力学诠释，其中仅有一条路径被物理实现，而非仅在数学上对所有路径求和，来解决量子实在性问题。
• 解决宏观系统看似遵循经典轨迹，尽管存在量子叠加的谜题。
• 通过引入基于路径振幅和距离函数的路径概率公设，为路径积分提供物理上可理解的本体论。
• 探索该框架是否能在微观系统中重现量子干涉，同时在宏观系统中抑制干涉，从而解释准经典性。
• 推动在未探索的物理参数范围（如质量、分离距离、时间）内对量子干涉的实验检验。

提出的方法

• 提出一个路径概率公设，根据路径振幅和量化路径间分离程度的距离函数，为路径分配概率。
• 引入路径间距离函数作为关键要素，其选择可满足洛伦兹不变性或广义协变性。
• 构建量子干涉的简化模型，以检验该概率公设是否产生物理上合理的结果。
• 证明当光束接近（路径分离小）时干涉出现，而当光束相距甚远时干涉消失，与宏观经典行为一致。
• 通过考虑时空几何或时空历史上的路径积分，探讨该模型对量子引力和宇宙学的启示。
• 研究诸如无信号原理等约束，以及洛伦兹不变性表述的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一种实在论的路径积分表述，使单条路径具有物理实在性，而非所有路径的叠加？
• RQ2 应如何定义路径间距离函数，以在宏观系统中抑制干涉，同时在微观系统中保留干涉？
• RQ3 该模型的实验后果是什么？在哪些参数范围（如质量、分离距离、时间）内可能检测到与标准量子理论的偏离？
• RQ4 该路径概率公设能否以满足洛伦兹不变性或广义协变性的方式表述？
• RQ5 无信号原理在多大程度上限制了距离函数的形式及由此产生的理论？

主要发现

• 所提出的路径概率公设在路径分离小（由距离函数测量）时，成功重现了微观系统中的量子干涉。
• 该模型预测宏观系统中干涉的失败，这是由于路径分离大，从而为准经典行为提供了自然解释。
• 可通过选择距离函数，使大分离路径对概率分布的贡献可忽略，从而抑制非经典行为。
• 该框架允许一种清晰的实在论本体论，其中仅有一条路径被物理实际实现，从而解决了标准路径积分中的诠释问题。
• 该模型在高质心或大分离干涉等未探索领域，提出了新的、可实验检验的预测。
• 该方法在近似、操作意义上与无信号原理保持一致，尽管精确满足需进一步研究。