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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / physics / 23338 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-24  |  7.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!mtnmath!paul
  2. From: paul@mtnmath.UUCP (Paul Budnik)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: hidden variables
  5. Message-ID: <513@mtnmath.UUCP>
  6. Date: 23 Jan 93 18:36:22 GMT
  7. References: <1993Jan22.141944.7214@oracorp.com>
  8. Organization: Mountain Math Software, P. O. Box 2124, Saratoga. CA 95070
  9. Lines: 135
  10.  
  11. In article <1993Jan22.141944.7214@oracorp.com>, daryl@oracorp.com (Daryl McCullough) writes:
  12. > paul@mtnmath.UUCP (Paul Budnik) writes:
  13. > [...] 
  14. > >The question is: what are the principles of quantum mechanics necessary
  15. > >to derive that joint probability? If you do not use quantum collapse to
  16. > >generate such an alignment how can you derive the joint probability
  17. > >distribution?
  18. > Paul, you will have to tell me what you think would resolve this
  19. > impasse. It is mathematically possible to write down a set of
  20. > standard axioms for quantum mechanics, delete the axiom referring
  21. > to collapse of the wave function, and still derive the predictions
  22. > for joint probability of detection in twin particle experiments.
  23. > The collapse hypothesis in not mathematically necessary.
  24.  
  25. There is no impasse here. I have agreed that you can go outside the
  26. wave function model and derive these probabilities. I consider that
  27. argument specious because the wave function model is the only model
  28. QM supports but I do not question that you can do this derivation.
  29. By saying that you are outside the wave function model I mean you
  30. are not describing how the wave function changes as a function of
  31. time in your derivation. You are using higher level abstractions and
  32. you are masking the role that collapse in some form must play to
  33. get these correlations. I claim you need collapse in some form because
  34. the axioms of QM without collapse only talk about probability distributions.
  35. Proofs that Bell's inequality is violated refer to macroscopically
  36. observable events. The only connection between these two is the collapse
  37. postulate. You do not need to explicitly reference collapse because
  38. you only need to talk about joint probabilities in a derivation that
  39. ignores questions of timing.
  40.  
  41. The impasse between us seems to rest on the question of whether you
  42. can claim Bell's inequality is violated without talking about timing.
  43.  
  44. > >Keep in mind that before the observation of either photon
  45. > >there is a particular wave function at each site.
  46. > No, I don't think that there is. There is a probability distribution
  47. > in phase space, but there is no unambiguous probability distribution
  48. > at each site.
  49.  
  50. One can compute the probability that one will observe either photon assuming
  51. no observation is made of its paired partner. That is an unambiguous
  52. probability distribution at each site.
  53.  
  54. > You can certainly go from a two-particle wavefunction to two
  55. > one-particle wave functions by simply integrating over the unwanted
  56. > coordinates. However, by doing such an integration, you are throwing
  57. > away information, you are averaging over variables that you don't care
  58. > about. Whether or not you view the full wave function as physical,
  59. > there is no absolutely no reason to think of the results after
  60. > averaging to be a physical quantity. Quantum mechanics does not say
  61. > *anything* about one-particle wave functions; they are always simply
  62. > approximations to a full, many-particle wave function.
  63.  
  64. I am not proposing to go to two one-particle wave functions. I am saying
  65. to get timing information you need some model of how the wave function
  66. changes over time. You do not have to assume that this is what is 
  67. `really happening', but you need a mathematical model that describes
  68. how the wave function changes and how this change relates to four different
  69. macroscopic events: the two changes in polarizer angles and the two
  70. detections. The way to do this is compute the probability of observing
  71. the first photon, change the wave function based on this observation
  72. and compute the probability for observing the second photon based
  73. on this changed function. Do you have some other way to model the timing
  74. relationship between these macroscopic events?
  75.  
  76. > >To get that you need more than
  77. > >correlations. It is easy using local processes to construct a system that
  78. > >will violate Bell's inequality as a mathematical relationship. To get
  79. > >a violation of Bell's inequality you must show that there is a space-like
  80. > >separation between when you manipulate some experimental parameter,
  81. > >for example a polarization angle, and when this has an effect on the
  82. > >probability for joint detections.
  83. > Bell's inequality is simply a statement about correlations. I think
  84. > what you mean is that the violation of Bell's inequality is only
  85. > surprising in the circumstances you are talking about.
  86.  
  87. This seems to be the central point that we are add odds about. Let me
  88. point out that you do no have a violation of locality and you cannot
  89. rule out the possibility of local hidden variables model accounting for the
  90. observed results unless you include constraints on timing. I think you
  91. will readily agree to this if you think about it. If not it is easy
  92. to go through the exercise of constructing an appropriate local hidden
  93. variables model that violates the mathematical relationship of Bell's
  94. inequality.
  95.  
  96. > >Strictly speaking you need to have
  97. > >two polarizers that are manipulated and both these manipulations must
  98. > >be space-like separated from the more distant detector to rule out any
  99. > >possibility of a local hidden variables model. To predict this timing
  100. > >relationship requires the assumption that the wave function changes
  101. > >instantaneously when an observation is made. If the wave function changes
  102. > >in a local fashion when an observation is made you will still get the
  103. > >correlations but you will not get a violation of Bell's inequality.
  104. > I don't think that you have that completely right. It is impossible
  105. > for the correlations to reproduce the predictions of quantum mechanics
  106. > without violating Bell's inequality. If quantum mechanics were false
  107. > (if your theory that the wave function is a physical quantity that
  108. > propagates at light speed were correct), then you would find that for
  109. > very distant measurements taken close together in time the quantum
  110. > predictions for correlations would be wrong. There is no way to preserve
  111. > the correlations without violating Bell's inequality.
  112.  
  113. When you talk about very distant measurements taken close together in time
  114. you seem to be talking about the observed correlations. You are completely
  115. wrong if you think this is true in general. Well I do not think there
  116. is a local hidden variables model for QM that has this property there
  117. certainly could be. Unless you talk about the timing relationship between
  118. when polarizer angles change and when this effects the probability of joint
  119. detections you cannot rule out a local hidden variables model regardless
  120. of what the distances and timings are for measuring the detections.
  121.  
  122. If you are talking about the correct timings that must be measured in
  123. tests of Bell's inequality then you are almost, but not quite correct.
  124. You are correct that my local version of QM will almost certainly violate
  125. the mathematical relationship specified in Bell's inequality for an
  126. experiment conducted over sufficiently large distances and I have made
  127. that point several times. However this is not necessarily true.
  128. All that a local theory need do is to keep increasing the
  129. delays as the geometry of the experiment gets larger. There is plenty of
  130. evidence against this possibility for a model that deals with singlet state
  131. particles. However, in general one can have a local hidden variables model
  132. in which the mathematical relationship of Bell's inequality is violated
  133. at arbitrarily large distances. The delays associated with that
  134. violation simply need to increase linearly with distance.
  135.  
  136. I ask the critical question once again. What does QM predict about these
  137. delays? I do not think you can compute these without using collapse and I do
  138. not think you can compute them unambiguously using collapse.
  139.  
  140. Paul Budnik
  141.