[论文解读] Toward an energy-conserving model of spontaneous wavefunction collapse

Andrea Smirne, Angelo Bassi|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用 3

一句话总结

本文提出了一种耗散型连续自发定域（CSL）模型，通过引入由有限温度、耗散性塌缩噪声驱动的非线性随机修正薛定谔方程，使能量得以稳定。结果是系统在整个演化过程中能量保持有限且有界，解决了塌缩模型中的一个重大问题，并为量子叠加原理的实验一致性检验提供了可能。

ABSTRACT

Collapse models explain the absence of quantum superpositions at the macroscopic scale, while giving practically the same predictions as quantum mechanics for microscopic systems. The Continuous Spontaneous Localization (CSL) model is the most refined and studied among collapse models. A well-known problem of this model, and of similar ones, is the steady and unlimited increase of the energy induced by the collapse noise. Here we present the dissipative version of the CSL model, which guarantees a finite energy during the entire system's evolution, thus making a crucial step toward a realistic energy-conserving collapse model. This is achieved by introducing a non-linear stochastic modification of the Schrodinger equation, which represents the action of a dissipative finite-temperature collapse noise. The possibility to introduce dissipation within collapse models in a consistent way will have relevant impact on the experimental investigations of the CSL model, and therefore also on the testability of the quantum superposition principle.

研究动机与目标

• 解决标准CSL模型中由于随机塌缩噪声导致的非物理、无界能量增长问题。
• 在保持其核心特征的前提下，发展一个将耗散效应一致纳入塌缩模型的框架。
• 确保系统在塌缩过程的整个演化期间能量保持有限。
• 通过与热力学约束兼容，增强CSL模型的可测试性。
• 为未来对自发波函数塌缩的实验研究提供基础。

提出的方法

• 制定非线性随机修正的薛定谔方程，以描述耗散性塌缩动力学。
• 引入有限温度、非马尔可夫性的塌缩噪声，包含能量耗散机制。
• 通过平衡能量输入与损失，确保随机过程导致能量饱和。
• 推导出在耗散噪声作用下描述系统密度矩阵演化的修正主方程。
• 验证该模型在微观系统中保持标准量子力学的预测结果。
• 证明系统能量在时间演化过程中始终保持有界且有限。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不违背其基础原理的前提下，将耗散效应一致地纳入CSL模型？
• RQ2 引入有限温度、耗散性噪声源是否能防止系统中出现无界能量增长？
• RQ3 与标准CSL模型相比，新耗散型CSL动力学下系统的能量行为如何演化？
• RQ4 该耗散模型在多大程度上仍与标准量子力学对微观系统的预测保持一致？
• RQ5 该模型能否支持对量子叠加原理的可行实验检验？

主要发现

• 耗散型CSL模型成功防止了无界能量增长，确保了任意时刻的能量均为有限值。
• 该模型在微观系统中保持与标准量子力学的一致性，维持了其预测能力。
• 随机动力学由非线性、有限温度的噪声所支配，使系统能量稳定。
• 系统能量达到稳态值，表明在塌缩过程中系统达到热平衡。
• 该模型为在实验室环境中测试自发波函数塌缩提供了物理上一致的框架。
• 耗散性的引入增强了模型的现实性和可测试性，使其成为实验验证的可行候选。