3 PDF - Evgeni A. Solov'ev, On the foundations of quantum physics

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Volume 25: Pages 27-33, 2012

On the foundations of quantum physics

Evgeni A. Solov'eva)

Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Joint Institute for Nuclear Research, Joliot-Curie 6, 141980 Dubna, Moscow Region, Russia

Some aspects of the interpretation of microscopic physics in terms of quantum theory are discussed. It is first emphasized that quantum theory is formulated in a Cartesian coordinate system; in other coordinates the result obtained with the help of the Hamiltonian formalism and commutation relations between “canonically conjugated” coordinate and momentum operators leads to a wrong version of quantum mechanics. In this connection the Feynman integral formalism is also discussed. In this formalism the measure is not well defined, and there is no idea how to distinguish between the true version of quantum mechanics and an incorrect one. In this respect, the Feynman approach consists of a mnemonic rule to generate perturbation series from an undefined zero-order term. The origin of time in the quantum framework is then analyzed in detail and illustrated by the example of atomic collisions. It is shown that the time-dependent Schrödinger equation for the closed three-body (two nuclei + electron) system has no physical meaning because in the high-impact energy limit it transforms into an equation with two independent time-like variables; time naturally appears in the stationary Schrödinger equation as a result of extraction of a classical subsystem (two nuclei) from a closed three-body system. Finally, following the well-known Einstein-Rosen-Podolsky experiment and Bell's inequality, we reiterate that the wave function must be interpreted as an actual field of information, in a form as elementary as the usual material particles and electromagnetic fields. In fact, experimental measurements transfer this quantum information field into the classical world, which is directly discernable. In my conclusion, the relation between physical reality and its mathematical formulation is discussed.

Quelques aspects de l'interprétation de la physique microscopique en termes de mécanique quantique sont analysés. On souligne tout d'abord que la théorie quantique est formulée dans le système de coordonnées cartésiennes; dans d'autres systèmes de coordonnées, le résultat obtenu grâce à la formulation Hamiltonienne et aux relations de commutation entre opérateurs de coordonnées et moments ‘canoniquement conjugués' conduit à une version erronée de la mécanique quantique. Le formalisme intégral de Feynman est alors considéré. Dans ce formalisme, la mesure n'est pas bien définie et on ne sait alors distinguer la version correcte de la mécanique quantique d'une incorrecte; en ce sens, l'approche de Feynman est assimilable à une mnémonique générant des séries perturbatives à partir d'un terme d'ordre zéro indéfini. Dans un second temps, le concept de temps dans le cadre quantique est analysé en détail, et illustré par l'exemple de collisions atomiques. On montre que l'équation de Schrödinger dépendante du temps relative à un système fermé à trois corps (deux noyaux et un électron dans le cas standard des collisions atomiques) n'a pas de sens physique puisqu'à haute énergie d'impact, l'équation laisse apparaître deux variables indépendantes assimilables à des temps (différents); en fait, le temps apparaît naturellement dans l'équation de Schrödinger stationnaire dès lors qu'on extrait un sous-système classique (deux noyaux) du système fermé à trois corps. Finalement, suivant l'expérience d'Einstein-Rosen-Podolsky et les inegalités de Bell bien connues, on réitère que la fonction d'onde quantique doit être comprise comme un ‘champ d'information', de forme tout aussi élémentaire que les particules matérielles et champs électromagnétiques. De fait, la mesure expérimentale transfère ce champ d'information quantique dans le monde classsique directement perceptible. Dans les conclusions du présent exposé, on s'intéresse à la relation entre la réalité physique et sa formulation mathématique, la seconde pouvant mener à une compréhension biaisée, incomplète ou même paradoxale de la première.

Key words: Symmetry in Quantum and Classical Physics, Stationary and Time-Dependent Schrödinger Equation, Wave Function as a Field of Information

Received: May 26, 2011; Accepted: November 8, 2011; Published Online: March 19, 2011

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