[论文解读] Quantum Theory Needs (And Probably Has) Real Reduction

R. E. Kastner|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2023

Quantum Mechanics and Applications被引用 6

一句话总结

本文认为，由于标准量子理论（SQT）完全依赖幺正动力学，导致其在经验与逻辑上存在根本性不一致，从而对单个观测者产生相互排斥的预测，因此本质上存在缺陷。本文主张，唯有客观坍缩模型——如相对论性交易诠释（RTI）与彭罗斯-迪奥西引力坍缩——才能通过引入物理的、非幺正的坍缩来解决这些问题，从而确保明确的单结果，并恢复理论的一致性。

ABSTRACT

The traditional, standard approach to quantum theory is to assume that the theory ``really'' contains only unitary physical dynamics--i.e., that the only physically quantifiable evolution is that given by the time-dependent Schrodinger equation. This leads to two distinct classes of interpretations for the standard theory in its orthodox form: (i) an Everettian-type approach assuming that all mutually exclusive outcomes occur in different ``branches'' of the universe; or (ii) single-outcome approaches that assume a ``projection postulate'' (PP) with no accompanying physical account within quantum theory. A contrasting, unorthodox approach is to suggest forms of quantum theory that involve physical non-unitarity; these are called ``objective collapse models.'' Among these are Penrose's theory of gravitation-induced collapse and the Transactional Interpretation. The primary focus of this paper is an example demonstrating that standard quantum theory (with or without the projection postulate) can in-principle yield empirically consequential inconsistencies. Thus, it appears that for quantum theory to be viable in a realist sense (as opposed to being an instrumentalist protocol in which inconsistencies are evaded by changing the protocol), it must possess genuine, physical non-unitarity yielding well-defined single outcomes. This leads to the conclusion that objective collapse models should be more seriously considered.

研究动机与目标

• 证明标准量子理论（SQT）因完全依赖幺正动力学，在经验和逻辑上均不一致。
• 表明缺乏物理的非幺正性会导致单个观测者产生自相矛盾的预测，从而破坏理论的实在论可行性。
• 挑战将诠释异常（如温伯格的友人 thought experiment）视为‘教训’而非理论失败征兆的根深蒂固观念。
• 主张应认真考虑客观坍缩模型——尤其是相对论性交易诠释（RTI）与彭罗斯-迪奥西引力坍缩——作为可行且经验基础坚实的替代方案。
• 认为理论上的固守导致人们将不一致视为‘经典偏见’，而实际上这些正是SQT中的致命缺陷。

提出的方法

• 将标准量子理论中的测量问题视为仅依赖幺正动力学的归谬法，表明其导致观测者层面的矛盾。
• 将温伯格的友人型悖论识别为SQT中自相矛盾的具象例证，即单个观测者接收到相互排斥的预测。
• 对比标准方法（幺正动力学 + 投影 postulate 或埃弗雷特分支）与引入物理性、非幺正动力学的客观坍缩模型。
• 评估相对论性交易诠释（RTI）作为非标准但经验等价的理论，通过场论中的交易过程引入物理性非幺正性。
• 考察彭罗斯-迪奥西引力坍缩模型作为物理动机充分的替代方案，通过在薛定谔方程中引入非线性项以诱导坍缩。
• 主张RTI与彭罗斯-迪奥西等理论通过将坍缩作为动力学的物理过程嵌入，避免了对任意‘切割’或隐变量的依赖。

实验结果

研究问题

• RQ1 当标准量子理论被限制在幺正动力学时，能否一致地为单个观测者预测出单结果？
• RQ2 假设所有测量结果都出现在独立分支中（埃弗雷特诠释）或通过临时的投影 postulate 实现，其经验与逻辑后果是什么？
• RQ3 为何诸如将不一致视为‘主观的’或‘违反唯一性’的诠释操作，无法解决SQT中核心的自相矛盾问题？
• RQ4 客观坍缩模型如RTI与彭罗斯-迪奥西如何在不依赖诠释后设的情况下，提供物理上连贯的测量问题解决方案？
• RQ5 理论上的固守以何种方式阻碍物理学界认识到标准量子理论自相矛盾的本质？

主要发现

• 无论正统或非正统，标准量子理论在经验上不足且在逻辑上不一致，因为它无法在无临时投影 postulate 的前提下产生明确的单结果。
• 该理论导致单个观测者产生相互排斥的预测，违反自洽性原则，使其在经验层面上变得不连贯。
• 温伯格的友人型悖论并非哲学上的奇谈，而是标准量子理论中致命不一致的具象体现。
• 客观坍缩模型如相对论性交易诠释（RTI）与彭罗斯-迪奥西引力坍缩，提供了基于物理的非幺正动力学，可在无需任意切割或隐变量的前提下产生单结果。
• 理论上的固守导致人们将不一致误读为‘教训’或‘唯一性违反’，而实际上这些是理论失败的征兆。
• 本文结论认为，客观坍缩模型应被严肃考虑为实现实在论、经验一致的量子理论的唯一可行路径。