[论文解读] Unified description of quantum nonlocal and relativistic local correlations: Both assume free will and happen without connection in space-time

Antoine Suárez|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2015

Quantum Mechanics and Applications参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出了一套统一的框架，用于描述量子非定域性和相对论局域相关性，认为两者均假设‘自由意志’，且在无连续时空连接的情况下发生。研究指出，这两种现象均源于时空之外，暗示时空的量子化，并强调尚未解决的‘测量问题’是统一量子力学与相对论的核心。

ABSTRACT

It is argued that quantum and relativistic correlations can be described in a unified way, in that both assume free will as an axiom, and happen without any continuous connection in space-time. This description may contribute to a coherent definition of "space-time quantization" and highlights the importance of solving the "measurement problem".

研究动机与目标

• 通过识别一个共同的基础原理，调和量子非定域性与相对论局域性。
• 通过阐明观测与不可逆性在物理理论中的作用，解决测量问题。
• 提出时空的量子化源于无连续时空连接的相关性。
• 论证量子相关性与相对论相关性相互蕴含，挑战量子力学与相对论之间看似存在的冲突。
• 将观测者问题重新定义为量子力学与广义相对论的根本问题，尤其在奇点和黑洞视界处。

提出的方法

• 以单光子类空Michelson-Morley实验作为基础思想实验与实证框架，用于检验量子与相对论相关性。
• 应用概率振幅公式 $ P(a) = \frac{1}{2}(1 + a\cos\Phi) $ 描述探测结果，其中 $ \Phi = \omega\tau $，将相位差与路径差联系起来。
• 引入‘无时波函数坍缩’的概念，以解释无信号传播的非定域相关性，同时保持相对论因果性。
• 提出量子与相对论相关性均源于时空之外，暗示时空是一种理想化结构，而非基本结构。
• 将探测事件的不可逆性分析为物理边界条件，类似于可计算性理论中的‘停机问题’。
• 在量子物理中的测量问题与广义相对论中的奇点问题之间建立类比，暗示两者存在共同的基础性难题。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子非定域性与相对论局域性能否在同一个概念框架下被描述？
• RQ2 ‘自由意志’在量子与相对论相关性中扮演什么角色？它与测量过程有何关联？
• RQ3 在无连续时空连接的情况下，类空间分离的探测事件如何产生相关性？这对时空的量子化意味着什么？
• RQ4 为何测量过程不可逆？这种不可逆性与观测者及物理恢复极限有何关联？
• RQ5 量子力学与相对论在多大程度上相互蕴含？这种相互蕴含如何解决非定域性与相对论之间的明显矛盾？

主要发现

• 量子与相对论相关性均在无连续时空连接的情况下发生，表明物理相关性的深层根源是非几何的。
• 单光子类空Michelson-Morley实验表明，量子非定域性与相对论不变性相互强化，暗示量子物理与相对论并非冲突，而是相互依赖。
• 探测结果的概率由 $ P(a) = \frac{1}{2}(1 + a\cos\Phi) $ 给出，其中 $ \Phi $ 取决于光路差，表明即使仅一个探测器触发，干涉效应仍需知晓两条路径的信息。
• 实验确认，探测时的决定——‘哪个探测器触发’——并非由通过时空传播的信号决定，而是由一种非定域的、无时的过程决定。
• 测量问题不仅是量子力学的问题，也影响相对论，因为不可逆性（如死亡）无法通过当前物理能力逆转，暗示恢复存在根本限制。
• 黑洞视界处的‘世界终结’，由事件视界或死亡视界定义，意味着该点之后不存在任何物理时空结构，从而强化了时空并非基本，而是源于非定域相关性的观点。