[论文解读] Why the quantum

Jeffrey Bub|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2004

Quantum Mechanics and Applications参考文献 27被引用 6

一句话总结

本文主张，量子理论应从根本上理解为在三个信息论约束下的信息传递理论。它表明，任何对量子现象（包括测量相互作用）的机械性解释，都必须在经验上等价于量子理论；如果这些约束在自然界中成立，则任何此类机械理论都无法被接受，从而使信息的表征与操作成为基础物理学的核心目标。

ABSTRACT

This paper is a commentary on the foundational significance of the Clifton-Bub-Halvorson theorem characterizing quantum theory in terms of three information-theoretic constraints (Foundations of Physics 33, 1561-1591 (2003); quant-ph/0211089). I argue that: (1) a quantum theory is best understood as a theory about the possibilities and impossibilities of information transfer, as opposed to a theory about the mechanics of nonclassical waves or particles, (2) given the information-theoretic constraints, any mechanical theory of quantum phenomena that includes an account of the measuring instruments that reveal these phenomena must be empirically equivalent to a quantum theory, and (3) assuming the information-theoretic constraints are in fact satisfied in our world, no mechanical theory of quantum phenomena that includes an account of measurement interactions can be acceptable, and the appropriate aim of physics at the fundamental level then becomes the representation and manipulation of information.

研究动机与目标

• 将量子理论重新理解为关于信息传递可能性与不可能性的理论，而非关于非经典粒子或波的理论。
• 考察在信息论约束下，对量子现象的机械理论（包括对测量装置的解释）是否能与量子理论在经验上相区别。
• 论证若克利夫顿-布鲁-霍尔沃森约束在我们的世界中成立，则任何此类机械理论都无法被接受，从而将物理学的根本目标转向信息的表征与操作。

提出的方法

• 分析克利夫顿-布鲁-霍尔沃森（CBH）定理，该定理从三个信息论约束（不可 signaling、不可广播、存在普遍物理过程）推导出量子理论。
• 将CBH约束应用于评估对量子现象的机械模型（特别是包含明确测量相互作用描述的模型）的可行性。
• 证明在这些约束下，任何此类机械理论都必须在经验上等价于量子理论。
• 通过逻辑与概念分析表明，任何包含测量过程的机械理论都无法在与约束一致的前提下，同时与量子理论在经验上相区别。
• 论证这些约束意味着物理学的根本领域并非动力学实体，而是信息处理。
• 结论是，基础物理学的恰当目标是信息的表征与操作，而非构建量子行为的机械模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子理论能否主要被理解为信息传递的理论，而非非经典粒子或波的理论？
• RQ2 在CBH信息论约束下，包含测量相互作用的量子现象机械理论是否能与量子理论在经验上相区别？
• RQ3 若CBH约束在我们的世界中成立，是否可能接受任何包含测量过程的量子现象机械理论？
• RQ4 若量子理论受信息论原则约束，物理学在最基本层面上的根本目标是什么？
• RQ5 在这些约束下，机械模型与量子理论的经验等价性是否意味着信息表征应取代机械解释，成为基础物理学的主导？

主要发现

• 量子理论最好被解释为关于信息传递可能性与不可能性的理论，而非关于非经典粒子或波的理论。
• 任何包含对测量相互作用详细描述的量子现象机械理论，在CBH约束下必须在经验上等价于量子理论。
• 若信息论约束在我们的世界中成立，则任何此类机械理论都无法被接受，因为它无法提供超越量子力学的更深层次解释。
• CBH约束意味着物理学的根本领域并非动力学系统，而是信息的表征与操作。
• 这些约束排除了包含测量过程的更深层次机械解释的可能性，使信息成为基础物理学的中心焦点。
• 本文结论是，基础物理学的恰当目标是信息的表征与操作，而非构建量子行为的机械模型。