[论文解读] Quantum Mechanics Without Observers

William Sulis|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2013

Quantum Mechanics and Applications被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于过程理论和组合博弈论的实在论、无观察者量子力学，采用准局域、非确定性的隐变量来重现标准量子力学，且无需观察者介入。该理论将量子现象建模为由离散、不可观测的过程所涌现，这些过程受一种‘实在博弈’的支配，通过插值和基于代币的动力学实现波函数的重建。

ABSTRACT

The measurement problem and the role of observers have plagued quantum mechanics since its conception. Attempts to resolve these have introduced anthropomorphic or non-realist notions into physics. A shift of perspective based upon process theory and utilizing methods from combinatorial games, interpolation theory and complex systems theory results in a novel realist version of quantum mechanics incorporating quasi-local, nondeterministic hidden variables that are compatible with the no-hidden variable theorems and relativistic invariance, and reproduce the standard results of quantum mechanics to a high degree of accuracy without invoking observers.

研究动机与目标

• 在不引入观察者或人为因素的前提下，解决量子力学中的测量问题。
• 构建一个与定域性不变性兼容、符合无隐变量定理的实在论框架。
• 表明量子力学可作为普朗克尺度或亚普朗克尺度下离散、基本动力学的渐近极限而涌现。
• 提供一个数学上一致且可检验的模型，其中物理实体源自原始要素（实际时刻）的信息一致性模式。

提出的方法

• 将现实建模为一系列离散、不可观测的‘实际时刻’，它们具有时空延展性，并在留下信息痕迹后消退。
• 使用一种双人、组合性的‘实在博弈’，通过代币模拟过程动力学，其中玩家生成信息子并利用代数映射分配属性。
• 应用插值理论和香农采样，将离散信息子嵌入因果流形，通过双正交基函数重建连续波函数。
• 将物理态表示为单个信息子贡献的总和：$\Psi(x_i) \mathrm{T}_{x_i}\Phi$，其中使用模板函数 $\Phi$ 和权重 $\Psi(x_i)$。
• 将动力学定律表示为实在博弈中的策略，并通过一致性准则确保在连续的实在表格之间实现有效态演化。
• 使用格林函数和路径积分变体在离散织锦上计算权重 $\Psi(x_i)$，避免依赖全局叠加态。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一种实在论、无观察者的量子力学解释，从而避免测量问题？
• RQ2 量子力学如何从亚普朗克尺度下根本性的离散、无观察者依赖的动力学中涌现？
• RQ3 是否可能在满足相对论不变性和无隐变量定理的同时，仍能恢复标准量子力学的预测结果？
• RQ4 波函数行为和连续性如何从离散、本质上不可观测的过程中涌现？
• RQ5 代币和插值在从局部离散事件重建全局波函数的过程中起到何种作用？

主要发现

• 该模型在无需观察者或波函数坍缩的前提下，以极高精度重现了非相对论性量子力学的结果。
• 波函数被证明是一种由嵌入因果流形的离散信息子贡献总和所形成的涌现、带限结构。
• 实在博弈确保玩家2通过在预定容差范围内重建正确波函数而获胜，从而证明了该模型动力学的可行性。
• 使用双正交基函数和模板函数 $\Phi$，可从离散采样点一致地重建全局态。
• 该框架通过采用非全局定义的准局域、非确定性隐变量，避开了贝尔无隐变量定理的约束。
• 该框架在理论上是可检验的，因为离散动力学和涌现的波函数行为可通过从采样信息子中重建波函数的一致性进行探测。