[论文解读] Spontaneous Symmetry Breaking as the Mechanism of Quantum Measurement

Michael Grady|ArXiv.org|Sep 9, 1994

Quantum Mechanics and Applications参考文献 1被引用 8

一句话总结

本文提出，量子测量源于测量装置动力学随时间的自发对称性自发破缺（SSB）。通过将测量过程建模为从对称态到对称性破缺态的转变，该框架在不假设波函数坍缩的前提下解释了波函数坍缩，为量子系统中确定性结果的出现提供了动力学机制。

ABSTRACT

It is proposed that an event that constitutes a quantum measurement corresponds to the spontaneous breaking of a symmetry in the measuring device over time.

研究动机与目标

• 通过识别波函数坍缩背后的物理机制，解决量子力学中的测量问题。
• 提出从叠加态到确定性结果的转变是通过测量装置中的自发对称性破缺实现的。
• 提供一种避免外部观察者或坍缩假设的、时间演化的测量动力学描述。
• 将高能物理中常见的对称性破缺概念与量子测量的基础问题统一起来。

提出的方法

• 将测量装置建模为具有连续对称性并在时间上发生自发破缺的系统。
• 引入一个时间依赖的哈密顿量，其中对称性最初未被破缺，但随系统演化而被破缺。
• 利用对称性破缺相中非简并基态的概念，表示确定的测量结果。
• 将量子场论中标准的自发对称性破缺形式化应用于宏观测量装置，将其视为多体系统。
• 证明系统演化为具有特定序参量的态，对应于确定的测量结果。
• 表明对称性破缺过程导致类似退相干的效应，动态地抑制叠加态。

实验结果

研究问题

• RQ1 自发对称性破缺能否作为量子测量的根本机制？
• RQ2 对称系统的时间演化如何在不发生波函数坍缩的情况下导致确定的测量结果？
• RQ3 测量装置内部动力学在选择特定结果中起什么作用？
• RQ4 该机制如何解释量子测量中经典性的出现？
• RQ5 结果选择过程是否与全系统单位时间演化相容？

主要发现

• 测量过程在测量装置中表现为从对称相到对称性破缺相的动力学转变。
• 系统演化为具有明确序参量的非简并基态，对应于确定的测量结果。
• 该机制通过选择特定真空中态自然抑制叠加态，模仿退相干效应。
• 该框架提供了无需外部坍缩假设的单位时间演化测量描述。
• 确定性结果的出现与连续对称性的自发破缺相关，而非与测量上下文或环境相关。
• 在大系统极限下，该模型与标准量子力学一致，重现了预期的测量统计。