[论文解读] The Meaning of the Wave Function: In Search of the Ontology of Quantum Mechanics

Shan Gao|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2016

Quantum Mechanics and Applications参考文献 239被引用 29

一句话总结

本文通过提出波函数代表粒子随机非连续运动的物理实在性，捍卫了量子波函数的本体论诠释。作者利用保护性测量和基于对称性的推导，论证波函数不仅是知识论意义上的认知，更是基本的物理实体，为量子力学提出了一种新的本体论，解决了测量问题，并可拓展至相对论框架。

ABSTRACT

The meaning of the wave function has been a hot topic of debate since the early days of quantum mechanics. Recent years have witnessed a growing interest in this long-standing question. Is the wave function ontic, directly representing a state of reality, or epistemic, merely representing a state of (incomplete) knowledge, or something else? If the wave function is not ontic, then what, if any, is the underlying state of reality? If the wave function is indeed ontic, then exactly what physical state does it represent? In this book, I aim to make sense of the wave function in quantum mechanics and find the ontological content of the theory. The book can be divided into three parts. The first part addresses the question of the nature of the wave function (Chapters 1-5). After giving a comprehensive and critical review of the competing views of the wave function, I present a new argument for the ontic view in terms of protective measurements. In addition, I also analyze the origin of the wave function by deriving the free Schroedinger equation. The second part analyzes the ontological meaning of the wave function (Chapters 6, 7). I propose a new ontological interpretation of the wave function in terms of random discontinuous motion of particles, and give two main arguments supporting this interpretation. The third part investigates whether the suggested quantum ontology is complete in accounting for our definite experience and whether it needs to be revised in the relativistic domain (Chapters 8, 9).

研究动机与目标

• 解决波函数是本体论（真实）还是认识论（基于知识）的长期争论。
• 建立波函数作为粒子随机非连续运动的本体论诠释。
• 从基本对称性推导薛定谔方程，将其起源根植于时空不变性。
• 通过将波函数坍缩与非连续粒子运动的动力学相联系，解决测量问题。
• 将所提出的本体论扩展至相对论性量子力学和量子场论。

提出的方法

• 提出一种新的本体论框架，其中波函数描述配置空间中粒子的随机非连续运动。
• 利用保护性测量论证波函数的真实性，表明其可在不扰动系统的情况下被测量。
• 从时空平移不变性和能量-动量关系推导自由薛定谔方程。
• 提出一种离散时间的波函数坍缩模型，该模型保持能量守恒，并解释玻恩概率。
• 利用非连续运动图像分析波函数在纠缠系统和非定域性中的作用。
• 将洛伦兹变换应用于运动图像，以评估其与相对论的相容性，暗示存在一个优选参考系。

实验结果

研究问题

• RQ1 波函数是本体论的还是认识论的？其物理实在性的证据是什么？
• RQ2 波函数能否像时空不变性等基本对称性一样被推导出来？
• RQ3 粒子的随机非连续运动如何解释玻恩规则和测量结果？
• RQ4 基于非连续粒子运动的坍缩模型能否与能量守恒和相对论相容？
• RQ5 在纠缠系统和相对论性量子力学中，波函数的本体论地位是什么？

主要发现

• 保护性测量提供了强有力的证据，表明波函数是本体论的，因为其允许在不扰动系统的情况下测量电荷密度的期望值。
• 薛定谔方程可从时空平移不变性和能量-动量关系推导出来，表明其根源在于对称性原理。
• 波函数被解释为描述粒子的随机非连续运动，其概率密度 |ψ|² 对应该类运动的分布。
• 提出一种离散时间坍缩模型，其中能量在坍缩过程中守恒，而玻恩概率则源于非连续跃迁的动力学。
• 该理论由于非连续运动的非定域性，暗示存在一个优选洛伦兹参考系，尽管在更广泛意义上仍与相对论不变性相容。
• 随机非连续运动的本体论为量子纠缠和非定域性提供了连贯的解释，且无需超距作用。