[论文解读] Two dogmas about quantum mechanics

Jeffrey Bub, Itamar Pitowsky|ArXiv.org|Dec 27, 2007

Quantum Mechanics and Applications被引用 15

一句话总结

本文认为，量子力学中的“大”测量问题是一个伪问题，其根源在于两个基础教条：一是要求对测量结果进行动力学分析，二是认为量子态代表物理现实。通过摒弃这些教条，转而采用一种信息论实在论诠释，作者们表明，由于 no-cloning 定理的存在，测量过程本质上涉及不可逆的态变化，因此无法用幺正动力学来描述测量过程。

ABSTRACT

We argue that the intractable part of the measurement problem -- the 'big' measurement problem -- is a pseudo-problem that depends for its legitimacy on the acceptance of two dogmas. The first dogma is John Bell's assertion that measurement should never be introduced as a primitive process in a fundamental mechanical theory like classical or quantum mechanics, but should always be open to a complete analysis, in principle, of how the individual outcomes come about dynamically. The second dogma is the view that the quantum state has an ontological significance analogous to the significance of the classical state as the 'truthmaker' for propositions about the occurrence and non-occurrence of events, i.e., that the quantum state is a representation of physical reality. We show how both dogmas can be rejected in a realist information-theoretic interpretation of quantum mechanics as an alternative to the Everett interpretation. The Everettian, too, regards the 'big' measurement problem as a pseudo-problem, because the Everettian rejects the assumption that measurements have definite outcomes, in the sense that one particular outcome, as opposed to other possible outcomes, actually occurs in a quantum measurement process. By contrast with the Everettians, we accept that measurements have definite outcomes. By contrast with the Bohmians and the GRW 'collapse' theorists who add structure to the theory and propose dynamical solutions to the 'big' measurement problem, we take the problem to arise from the failure to see the significance of Hilbert space as a new kinematic framework for the physics of an indeterministic universe, in the sense that Hilbert space imposes kinematic (i.e., pre-dynamic) objective probabilistic constraints on correlations between events.

研究动机与目标

• 通过识别其对两个基础假设的依赖，挑战‘大’测量问题的正当性。
• 论证在量子力学的实在论诠释中，测量结果必须具有动力学解释的假设是不合理的。
• 拒绝量子态作为物理事件真相担保者的本体论地位，转而提出一种信息论诠释。
• 证明量子态不可克隆性意味着测量过程必须不可逆地改变系统，从而排除幺正动力学解释。
• 通过将量子力学建立在希尔伯特空间的运动学概率约束基础上，提供一种替代 Everett 理论和坍缩理论的框架。

提出的方法

• 识别两个教条：(1) 测量必须进行动力学分析，(2) 量子态具有本体论实在性。
• 应用 Gleason 定理，表明量子力学中的概率由希尔伯特空间结构唯一确定。
• 利用 no-cloning 定理证明，通过测量从量子态中提取完整信息必然导致其不可逆改变。
• 从假设的可逆测量与态制备出发，构建一个通用克隆机，证明在 no-cloning 定理下该机器不可能存在。
• 证明任何涉及信息完备可观测量集的测量必然导致量子态的不可逆、非幺正变化。
• 确立从纯态到测量结果的转变无法通过幺正动力学来描述，原因在于信息提取过程不可逆。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在此框架下，‘大’测量问题被视为伪问题？
• RQ2 为何拒绝量子态的本体论地位能解决量子力学的基础性问题？
• RQ3 no-cloning 定理在排除测量过程的幺正动力学解释中起什么作用？
• RQ4 信息论诠释与 Everett 理论和 Bohmian 方法在测量问题上的差异是什么？
• RQ5 希尔伯特空间对不确定宇宙中事件之间关联施加了何种约束？

主要发现

• ‘大’测量问题是一个伪问题，因为它建立在测量结果必须具有动力学解释的不合理假设之上。
• 该文拒绝将量子态视为物理事件的真相担保者，转而支持一种信息论诠释。
• no-cloning 定理意味着，任何从量子态中提取完整信息的测量过程都必须不可逆地改变该态。
• 通用克隆机——即通过测量获取经典概率分布并据此制备新态——若不违反 no-cloning 定理则无法存在。
• 任何涉及信息完备可观测量集的测量必然导致量子态发生不可逆的、非幺正的变化。
• 测量过程无法用幺正动力学描述，这是 no-cloning 定理的直接结果，而非量子力学中需要被解决的特征。