[论文解读] Why Current Interpretations of Quantum Mechanics are Deficient

Elliott Tammaro|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2014

Quantum Mechanics and Applications参考文献 51被引用 9

一句话总结

本文批判性地评估了量子力学的主要诠释——哥本哈根诠释、多世界诠释、德布罗意-玻姆力学等——认为它们均存在未解决的缺陷，如测量问题、微调问题、逻辑不一致或与实验的不兼容性。文章得出结论：目前尚无任何诠释能完全解决基础性问题，同时与实验完全一致，从而挑战了现有理论框架的可行性，并呼吁对量子理论进行更深层次的重新诠释。

ABSTRACT

Quantum mechanics under the Copenhagen interpretation is one of the most experimentally well verified formalisms. However, it is known that the interpretation makes explicit reference to external observation or "measurement." One says that the Copenhagen interpretation suffers from the measurement problem. This deficiency of the interpretation excludes it as a viable fundamental formalism and prevents the use of standard quantum mechanics in discussions of quantum cosmology. Numerous alternative interpretations have been developed with the goals of reproducing its predictive success while obviating the measurement problem. While several interpretations make distinct, falsifiable, predictions, many claim to precisely reproduce the results of standard quantum mechanics. The sheer number of interpretations raises several issues. If the experimental predictions are identical, how are they to be assessed? On what grounds can an interpretation be said to trump another? Without recourse to experimental findings, one may continue to assess an interpretation on its logical structure, self-consistency, and simplicity (number and plausibility of its assumptions). We argue, and where possible, demonstrate, that all common interpretations have unresolved deficiencies. Among these deficiencies are failures to resolve the measurement problem, fine-tuning problems, logical/mathematical inconsistencies, disagreement with experiment, and others. Shortcomings as severe as these call into question the viability of any of the common interpretations. When appropriate, we indicate where future work may resolve some of these issues.

研究动机与目标

• 在未解决的基础性问题背景下，评估广泛接受的量子力学诠释的可行性。
• 识别并分析主要诠释中持续存在的缺陷，如微调、逻辑不一致性和实验不一致。
• 挑战‘只要能重现标准预测，各种诠释即具有同等有效性’的假设，强调对更深层次理论一致性的需求。
• 论证当前诠释在量子宇宙学和量子引力领域中均显不足，亟需新的理论方法。
• 激发进一步研究，以实现对量子力学的统一、实验一致且逻辑自洽的重新诠释。

提出的方法

• 使用逻辑一致性、简洁性和实验一致性等标准，系统评估主要诠释（哥本哈根诠释、多世界诠释、德布罗意-玻姆力学、一致历史诠释、交易诠释、时间对称量子力学）的优劣。
• 分析每种诠释对测量问题的处理方式，特别是波函数坍缩或非幺正过程的作用。
• 考察其数学与物理假设，包括在交易诠释和时间对称量子力学等诠释中未推导而直接假设玻恩法则的做法。
• 识别微调问题，如要求高度特化的初始条件，在多种诠释中均存在。
• 利用时间对称量子力学的公式（方程24）检验其是否能解决测量问题，发现仍依赖非幺正演化。
• 基于诠释能否将测量描述为物理过程而非基本公设，比较其描述能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在任何当前的量子力学诠释，能完全解决测量问题而不引入人为假设？
• RQ2 那些能重现标准量子力学预测的诠释，在逻辑一致性、简洁性或实验可行性方面是否存在实质性差异？
• RQ3 在哥本哈根诠释或交易诠释等模型中，假设波函数坍缩或非幺正演化是否具有物理合理性，还是仅属现象学描述？
• RQ4 时间对称或反因果诠释（如时间对称量子力学）能否在不将玻恩法则作为公设的前提下，提供关于测量的连贯描述？
• RQ5 多世界诠释或德布罗意-玻姆力学等诠释是否存在根本性缺陷，从而削弱其作为量子理论完整且一致基础的地位？

主要发现

• 哥本哈根诠释因依赖外部测量而失败，这削弱了其普遍适用性，且未解决测量问题。
• 多世界理论因缺乏优选基而存在问题，且在分支选择中面临微调问题，使其作为基础理论尚不完整。
• 德布罗意-玻姆力学要求非定域性且需微调初始条件，其预测也未必与洛伦兹协变性一致。
• 交易诠释假设仅存在单一发射体-吸收体对，这在复杂系统中物理上不现实，且未解释为何仅发生单一确认过程。
• 时间对称量子力学虽数学上优雅，但仍依赖未推导的玻恩法则，并假设非幺正演化却未解释其机制，因此未能解决测量问题。
• 所考察的任何诠释均无法摆脱逻辑不一致、微调或实验不兼容的问题，因此结论是：它们均不能作为基础理论完全成立。