home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / physics / 22022 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-02  |  11.5 KB  |  219 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!seas.smu.edu!vivaldi!aslws01!aslss01!terry
  3. From: terry@asl.dl.nec.com
  4. Subject: temporally undecided states (was: hidden variables)
  5. Message-ID: <1993Jan2.055743.26499@asl.dl.nec.com>
  6. Originator: terry@aslss01
  7. Sender: news@asl.dl.nec.com
  8. Nntp-Posting-Host: aslss01
  9. Organization: (Speaking only for myself)
  10. References: <31DEC199211004292@author.gsfc.nasa.gov> <1992Dec31.222704.19821@asl.dl.nec.com> <461@mtnmath.UUCP>
  11. Date: Sat, 2 Jan 1993 05:57:43 GMT
  12. Lines: 205
  13.  
  14. In article <461@mtnmath.UUCP> paul@mtnmath.UUCP (Paul Budnik) writes:
  15.  
  16. > ... I believe there is a serious problem with the current QM model when
  17. > you start asking what happens in the time domain in tests of Bell's
  18. > inequality... At what time does QM predict that one will see a change in
  19. > probability of joint detections as a result of changing the angles between
  20. > polarizers? QM does not make a clear prediction about this.
  21.  
  22. You are correct;  QM does not (to my knowledge at least) make any statements
  23. about the "timing" of such things.  But more subtly, QM implies that such
  24. questions have no real physical significance -- that is, they do not lead to
  25. any testable predictions.  If you try to "find" the order of events though
  26. any kind of direct testing, poof! -- the very act of trying to force such
  27. timing issues to be physically meaningful causes the events to cease to be
  28. quantum in nature.
  29.  
  30. This reminds me of a promise I made a long time ago to post an oddball way
  31. of interpreting such QM "timing" issues.  So why not give it now?
  32.  
  33.                 Cheers,
  34.                 Terry Bollinger
  35.  
  36. ------------------------------------------------------------------------------
  37.  
  38.                   TEMPORALLY UNDECIDED QUANTUM STATES
  39.                     Terry B. Bollinger   1993-01-01
  40.  
  41.  
  42. SPOOKY ACTION AT A SPACETIME DISTANCE
  43.  
  44. In his writings John bell uses the adjective "instantaneous" to describe the
  45. non-local, "spooky action at a distance" effects predicted by standard QM.
  46. However, special relativity does quirky things to terms such as instantaneous,
  47. since in relativity there is no such thing as events that are separated in the
  48. purely spacelike fashion implied by term such as "instantaneous."  The problem
  49. is that there will always be inertial frames from which such nominally
  50. simultaneous events will be separated in both space and time.
  51.  
  52. This simple observation leads to the inference that whenever "spooky action
  53. across spacelike separations" are discussed in QM, what is really being
  54. discussed are "spooky actions across _spacetime_ separations."  By selecting
  55. the right inertial frame, you can always arrange an interpretation by which
  56. one or the other of two correlated detection events may affects the other
  57. one through a spooky influence both across space _and_ backwards in time.
  58.  
  59. You may of course simply choose to disallow this class of interpretations
  60. as meaningless.  However, I can't see that the backwards-in-time versions
  61. are any better -- or worse -- than the forward-in-time and instantaneous
  62. versions.  All involve superluminal "influence" across spacelike distances,
  63. and all are subject to cases where a reasonable looking forward-in-time
  64. interpretatioon by one observer will appear to another observer as having
  65. been a backwards-in-time interpretation.
  66.  
  67. Now my suggestion at this point is really a simple one.  Since backwards-in-
  68. time interpretations appear to be inherent in Bell type correlated events,
  69. why not bite the bullet and go all the way with them?
  70.  
  71. That is, why not just say that the "influence" of detecting one member of
  72. a correlated QM pair goes _all the way_ back in time and simply changes
  73. the originating event itself?
  74.  
  75. In this interpretation the "altered" event then unfolds much as if it were
  76. a genuinely local phenomenom after all.  In particular, the correlation
  77. between the two branches "disappears" and the other event simply becomes
  78. a quite ordinary _local_ wavefunction that carries all the information
  79. along with it through time, until it is detected at some future point:
  80.  
  81.             TIME -->               _   - (1st detection)
  82.                            _   -                / (past "created")
  83.       (pair production)-   _ <-----------------'
  84.                                -   _---------------------------.
  85.                                        -   _     (past unfolds  | "locally")
  86.                                                -   _            V
  87.                                                        - (2nd detection)
  88.  
  89. One obvious advantage of such diagrams over diagrams that try to show
  90. "spookies" traveling across spacelike separations is that these V diagams
  91. are relativistically invariant, while the spacelike spookies are not.
  92.  
  93. You are, however, left with a residual uncertainty about the _direction_ of
  94. the spooky arrows, at least in case where neither of the events falls within
  95. the future light cone of the other.  The direction of the V-shaped spooky
  96. path cannot be determined in such a case, since you can always select a new
  97. intertial frame to make either one of the detections "first."
  98.  
  99. One rather simple tact for taking care of this ambiguity is to treat the V
  100. spooky in the same way that photon and electron interactions are treated in
  101. Feynman diagrams -- that is, you simply define the V spooky as some sort of
  102. "interaction" between the two (three!) points in space time and declare the
  103. direction to be irrelevant.  Surprisingly, this works.  The rules of QM for
  104. determining correlated events ensure that no matter which event you pick as
  105. being "first," the resulting wavefunctions will make consistent predictions
  106. about event distributions at the "second" detector.
  107.  
  108. I suspect that all of that could be converted into an odd but interesting
  109. "simplification" of the way the QM wavefunctions for correlated events are
  110. set up and manipulated.  Rather than being fed a "detection" to produce the
  111. new wavefunction, the original correlated wavefunction would be fed a specific
  112. V spooky or "interaction" that would symmetrical result in a pair of local
  113. (or at least more local) wavefunctions for the two detectable quantities.
  114. I haven't really played around with this yet, but may give it a try just to
  115. see if an orderly, useful formalism can be derived.
  116.  
  117. The case in which the future light cone of one event includes the second
  118. detection event is interesting, since it does provide a definite direction
  119. to the V spooky.  I do not know whether the same statement about symmetry
  120. of QM predictions holds in that case or not.
  121.  
  122.  
  123. TEMPORALLY UNDECIDED QUANTUM STATES
  124.  
  125. Actually, I would phrase all of the above a bit differently.  Rather than
  126. saying that the influence "goes back into the past," I would say that the
  127. past for that particular set of correlated events _never existed at all_
  128. until the detection event "forced" a past to come into existence.  You may
  129. recognize this as just an extension of some fairly standard quantum concepts,
  130. in particular the idea of superimposed states.  But in this case I'm saying
  131. that the entire _history_ of the correlated events is a set of superimposed
  132. states, and that those states are "isolated" from the normal (entropic) time
  133. flow of the universe at large until a detection of some sort forces them to
  134. "re-integrate" and display a distinct, meaningful past history.
  135.  
  136. This emphasis on superimposed past histories, or what I've called "temporally
  137. undecided quantum states," also helps to explain why such a curious view of
  138. QM _does not_ lead to causality violations.
  139.  
  140. Quite the contrary:  I'm rather certain an interpretation such as the one
  141. I've just given means that _no_ amount of manipulation of QM will ever lead
  142. to a mechanism for sending causality-violating information superluminally or
  143. (equivalently) into the past.  (By "causality-violating" information I mean
  144. information that changes the known past of the universe.)
  145.  
  146.  
  147. WHY CAUSALITY IS NOT VIOLATED
  148.  
  149. While the idea of changing an event that may have occurred many years ago
  150. and making it "local" fairly well screams "Causality violation! Causality
  151. violation!", there is a great Catch-22 in all this:  The moment you attempt
  152. to "extract" any data about future events from the superimposed histories,
  153. the quantum behavior that allows such future-to-past information transfers
  154. will simply disappear -- and you will be left with nothing but dull, ordinary
  155. non-QM behavior that is firmly embedded in ordinary, unidirectional, entropic
  156. time flow.
  157.  
  158. Thus the irony is that while this interpretion does imply monstrously large
  159. violations of the ordinary concept of unidirectional time flow (with events
  160. happening now "spookily influencing" quantum events originated years or even
  161. billions of years in the past), the only time you are permitted to do such a
  162. thing is when it is _guaranteed_ that that earlier event has had _no influence
  163. whatsoever_ on the unfolding of the rest of the universe during that same time
  164. period.  You are not so much changing the past in this kind of view as you are
  165. "bringing it into existence" and re-integrating it with the time flow of the
  166. rest of the universe.
  167.  
  168.  
  169. QUANTIFICATION
  170.  
  171. While I firmly believe that the interpretation that I just gave is an example
  172. of an "operationally equivalent" understanding of QM (that is, that it leads
  173. to no differences in the predictions of QM), I also suspect that following up
  174. on it seriously could lead to some interesting differences in how QM is
  175. expressed mathematically.
  176.  
  177. In particular, the sort of taking-relativity-to-an-extreme concept that some
  178. regions of the universe simply don't _have_ meaningful histories until the
  179. are subjected to detection should lead to some interesting differences in
  180. how time is expressed and quantified.  Detection would mean not just finding
  181. a new "state," but going back and creating a new "history" by which that
  182. state came to be.
  183.  
  184. For simple problems such quantification should be trivial, because the
  185. "history" of (for example) two correlated spins will be very sparse and
  186. should look just a lot like the process of "updating" the wavefunction to
  187. make it local.  The interpretation does change, however; the newly "local"
  188. wavefuntion is viewed to have existed _all along_ as the wavefunction of
  189. the other detection event.
  190.  
  191. However, for more complex histories in which there are multiple quantum
  192. events related to each other in some way, the "creation" of a "past" for
  193. the set of particles involve could become non-trivial.  I would be this bold
  194. at least:  I would assert that for such rather complex cases the idea of a
  195. superimposed histories interpretation might lead to some interesting insights
  196. and perhaps simplifications of the calculations.  Certainly the reliance of
  197. QED on integrals of possible histories to derive its results would seem to
  198. indicate that a similar formulation of QM for larger-scale, Bell-style
  199. problems might not be such a bad way to go.
  200.  
  201. Finally, the idea of quantification using V spookies as "interactions"
  202. between events could be very interesting and a lot of fun to play around
  203. with, and would represent a more drastic departure form the usual models.
  204.  
  205.  
  206. REFERENCES, PLEASE?
  207.  
  208. All of the above is off-the-cuff, so any references to similar ideas in QM
  209. would be very much appreciated.  I have seen at least one very brief (and
  210. derisive) reference to the changing-the-past concept in a Scientific American
  211. article on Bell's Inequality back, oh, about 1982, but have never run across
  212. anything similar since.  (I had already played around with the idea before
  213. seeing the Scientific American reference.  For that matter I had also played
  214. around with my version of "there is really only one electron in the universe"
  215. back in the same time period, and was quite annoyed when I found out that
  216. some guy named Wheeler had beaten me to it.  Sigh.)
  217.  
  218. ------------------------------------------------------------------------------
  219.