home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / physics-faq / measurement-in-qm < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1999-06-03  |  33.2 KB  |  690 lines

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!news.kodak.com!news-nysernet-16.sprintlink.net!news-east1.sprintlink.net!news-peer-europe.sprintlink.net!news.sprintlink.net!netnews.com!newshub.northeast.verio.net!iad-peer.news.verio.net!iad-artgen.news.verio.net!nuq-read.news.verio.net.POSTED!not-for-mail
  2. Sender: Mountain Math Software <mtnmath@shell1.ncal.verio.com>
  3. From: paul@mtnmath.com
  4. Newsgroups: sci.physics,alt.sci.physics.new-theories,sci.answers,alt.answers,news.answers
  5. Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ
  6. Message-ID: <physics-faq/measurement-in-qm-1-928331682@mtnmath.com>
  7. Reply-To: paul@mtnmath.com (Paul Budnik)
  8. Followup-To: sci.physics
  9. Distribution: world
  10. Organization: Mountain Math Software, P. O. Box 2124, Saratoga. CA 95070
  11. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  12. Expires: 07 Jul 99 06:54:42 PDT
  13. Supersedes: <physics-faq/measurement-in-qm-1-857265653@mtnmath.com>
  14. Keywords: FAQ quantum-mechanics measurement 
  15. X-Posting-Frequency: posted around the 1st of each month
  16. X-Content-Currency: This FAQ is updated monthly.
  17. Summary: Describes the measurement problem in quantum mechanics          and physical and metaphysical approaches to its solution.
  18. User-Agent: tin/pre-1.4-980117 (UNIX) (SunOS/5.6 (sun4u))
  19. Lines: 663
  20. Date: Wed, 02 Jun 1999 17:57:55 GMT
  21. NNTP-Posting-Host: 204.247.248.254
  22. X-Complaints-To: abuse@verio.net
  23. X-Trace: nuq-read.news.verio.net 928346275 204.247.248.254 (Wed, 02 Jun 1999 17:57:55 GMT)
  24. NNTP-Posting-Date: Wed, 02 Jun 1999 17:57:55 GMT
  25. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.physics:383503 alt.sci.physics.new-theories:72082 sci.answers:10173 alt.answers:42262 news.answers:159344
  26.  
  27. Posted-By: auto-faq 3.3 (Perl 5.004)
  28. Archive-name: physics-faq/measurement-in-qm
  29.  
  30.   Measurement in quantum mechanics FAQ
  31.   Maintained by Paul Budnik, paul@mtnmath.com, http://www.mtn-
  32.   math.com
  33.  
  34.  
  35.   This FAQ describes the measurement problem in QM and approaches to its
  36.   solution. Please help make it more complete. See ``What is needed''
  37.   for details.  Web version: http://www.mtnmath.com/faq/meas-qm.html
  38.  
  39.   1.  About this FAQ
  40.  
  41.   Last modified August 5, 1998 (section 7)
  42.  
  43.   The general sci.physics FAQ does a good job of dealing with technical
  44.   questions in most areas of physics. However it has no material on
  45.   interpretations of QM which are among the most frequently discussed
  46.   topics in sci.physics. Hence there is a need for this supplemental
  47.   FAQ.
  48.  
  49.  
  50.   This document is probably out of date if you are reading it more than
  51.   30 days after the date which appears in the header.
  52.  
  53.  
  54.   This FAQ is on the web at: http://www.mtnmath.com/faq/meas-qm.html
  55.  
  56.  
  57.   You can get it by e-mail or FTP from rtfm.mit.edu.
  58.  
  59.  
  60.   By FTP, look for the file:
  61.  
  62.  
  63.   /pub/usenet/news.answers/physics-faq/measurement-in-qm
  64.  
  65.  
  66.   By e-mail send a message to mail-server@rtfm.mit.edu with a blank
  67.   subject line and the words:
  68.  
  69.  
  70.   send usenet/news.answers/physics-faq/measurement-in-qm
  71.  
  72.  
  73.   The main sci.physics FAQ is in this same directory with file names
  74.   part1 through part4 and can be retrieved in the same way.  You can put
  75.   multiple send lines in a single e-mail request.
  76.  
  77.  
  78.   This document, as a collection, is Copyright 1995 by Paul P. Budnik
  79.   (paul@mtnmath.com).  The individual articles are Copyright 1995 by the
  80.   individual authors listed.  All rights are reserved.  Permission to
  81.   use, copy and distribute this unmodified document by any means and for
  82.   any purpose EXCEPT PROFIT PURPOSES is hereby granted, provided that
  83.   both the above Copyright notice and this permission notice appear in
  84.   all copies of the FAQ itself.  Reproducing this FAQ by any means,
  85.   included, but not limited to, printing, copying existing prints,
  86.   publishing by electronic or other means, implies full agreement to the
  87.   above non-profit-use clause, unless upon explicit prior written
  88.   permission of the authors.
  89.  
  90.  
  91.   This FAQ is provided by the authors ``as is''. with all its faults.
  92.   Any express or implied warranties, including, but not limited to, any
  93.   implied warranties of merchantability, accuracy, or fitness for any
  94.   particular purpose, are disclaimed.  If you use the information in
  95.   this document, in any way, you do so at your own risk.
  96.   2.  The measurement problem
  97.  
  98.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  99.  
  100.   The formulation of QM describes the deterministic unitary evolution of
  101.   a wave function. This wave function is never observed experimentally.
  102.   The wave function allows us to compute the probability that certain
  103.   macroscopic events will be observed. There are no events and no
  104.   mechanism for creating events in the mathematical model. It is this
  105.   dichotomy between the wave function model and observed macroscopic
  106.   events that is the source of the interpretation issue in QM. In
  107.   classical physics the mathematical model talks about the things we
  108.   observe.  In QM the mathematical model by itself never produces
  109.   observations.  We must interpret the wave function in order to relate
  110.   it to experimental observations.
  111.  
  112.   It is important to understand that this is not simply a philosophical
  113.   question or a rhetorical debate. In QM one often must model systems as
  114.   the superposition of two or more possible outcomes. Superpositions can
  115.   produce interference effects and thus are experimentally
  116.   distinguishable from mixed states. How does a superposition of
  117.   different possibilities resolve itself into some particular
  118.   observation? This question (also known as the measurement problem)
  119.   affects how we analyze some experiments such as tests of Bell's
  120.   inequality and may raise the question of interpretations from a
  121.   philosophical debate to an experimentally testable question. So far
  122.   there is no evidence that it makes any difference. The wave function
  123.   evolves in such a way that there are no observable effects from
  124.   macroscopic superpositions. It is only superposition of different
  125.   possibilities at the microscopic level that leads to experimentally
  126.   detectable interference effects.
  127.  
  128.   Thus it would seem that there is no criterion for objective events and
  129.   perhaps no need for such a criterion. However there is at least one
  130.   small fly in the ointment. In analyzing a test of Bell's inequality
  131.   one must make some determination as to when an observation was
  132.   complete, i. e. could not be reversed. These experiments depend on the
  133.   timing of macroscopic events. The natural assumption is to use
  134.   classical thermodynamics to compute the probability that a macroscopic
  135.   event can be reversed. This however implies that there is some
  136.   objective process that produces the particular observation. Since no
  137.   such objective process exists in current models this suggests that QM
  138.   is an incomplete theory.  This might be thought of as the Einstein
  139.   interpretation of QM, i. e., that there are objective physical
  140.   processes that create observations and we do not yet understand these
  141.   processes.  This is the view of the compiler of this document.
  142.  
  143.   For more information:
  144.  
  145.   Ed. J. Wheeler, W. Zurek, Quantum theory and measurement, Princeton
  146.   University Press, 1983.
  147.  
  148.   J. S. Bell, Speakable and unspeakable in quantum mechanics, Cambridge
  149.   University Press, 1987.
  150.  
  151.   R.I.G. Hughes, The Structure and Interpretation of Quantum Mechanics,
  152.   Harvard University Press, 1989.
  153.  
  154.   3.  Schrodinger's cat
  155.  
  156.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  157.  
  158.  
  159.   In 1935 Schrodinger published an essay describing the conceptual
  160.   problems in QM[1]. A brief paragraph in this essay described the cat
  161.   paradox.
  162.      One can even set up quite ridiculous cases. A cat is penned up
  163.      in a steel chamber, along with the following diabolical device
  164.      (which must be secured against direct interference by the cat):
  165.      in a Geiger counter there is a tiny bit of radioactive
  166.      substance, so small that perhaps in the course of one hour one
  167.      of the atoms decays, but also, with equal probability, perhaps
  168.      none; if it happens, the counter tube discharges and through a
  169.      relay releases a hammer which shatters a small flask of
  170.      hydrocyanic acid. If one has left this entire system to itself
  171.      for an hour, one would say that the cat still lives if meanwhile
  172.      no atom has decayed.  The first atomic decay would have poisoned
  173.      it. The Psi function for the entire system would express this by
  174.      having in it the living and the dead cat (pardon the expression)
  175.      mixed or smeared out in equal parts.
  176.  
  177.  
  178.      It is typical of these cases that an indeterminacy originally
  179.      restricted to the atomic domain becomes transformed into
  180.      macroscopic indeterminacy, which can then be resolved by direct
  181.      observation. That prevents us from so naively accepting as valid
  182.      a ``blurred model'' for representing reality. In itself it would
  183.      not embody anything unclear or contradictory. There is a
  184.      difference between a shaky or out-of-focus photograph and a
  185.      snapshot of clouds and fog banks.
  186.  
  187.   We know that superposition of possible outcomes must exist
  188.   simultaneously at a microscopic level because we can observe
  189.   interference effects from these.  We know (at least most of us know)
  190.   that the cat in the box is dead, alive or dying and not in a smeared
  191.   out state between the alternatives. When and how does the model of
  192.   many microscopic possibilities resolve itself into a particular
  193.   macroscopic state? When and how does the fog bank of microscopic
  194.   possibilities transform itself to the blurred picture we have of a
  195.   definite macroscopic state.  That is the measurement problem and
  196.   Schrodinger's cat is a simple and elegant explanations of that
  197.   problem.
  198.  
  199.   References:
  200.  
  201.   [1] E. Schrodinger, ``Die gegenwartige Situation in der
  202.   Quantenmechanik,'' Naturwissenschaftern. 23 : pp. 807-812; 823-823,
  203.   844-849. (1935).  English translation: John D. Trimmer, Proceedings of
  204.   the American Philosophical Society, 124, 323-38 (1980), Reprinted in
  205.   Quantum Theory and Measurement, p 152 (1983).
  206.  
  207.  
  208.  
  209.   4.  The Copenhagen interpretation
  210.  
  211.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  212.  
  213.   This is the oldest of the interpretations. It is based on Bohr's
  214.   notion of `complementarity'. Bohr felt that the classical and quantum
  215.   mechanical models were two complementary ways of dealing with physics
  216.   both of which were necessary. Bohr felt that an experimental
  217.   observation collapsed or ruptured (his term) the wave function to make
  218.   its future evolution consistent with what we observe experimentally.
  219.   Bohr understood that there was no precise way to define the exact
  220.   point at which collapse occurred. Any attempt to do so would yield a
  221.   different theory rather than an interpretation of the existing theory.
  222.   Nonetheless he felt it was connected to conscious observation as this
  223.   was the ultimate criterion by which we know a specific observation has
  224.   occurred.
  225.  
  226.   References:
  227.  
  228.   N. Bohr, The quantum postulate and recent the recent development of
  229.   atomic theory, Nature, 121, 580-89 (1928), Reprinted in Quantum Theory
  230.   and Measurement, p 87, (1983).
  231.  
  232.  
  233.  
  234.   5.  Is QM a complete theory?
  235.  
  236.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  237.  
  238.   Einstein did not believe that God plays dice and thought a more
  239.   complete theory would predict the actual outcome of experiments.  He
  240.   argued[1] that quantities that are conserved absolutely (such as
  241.   momentum or energy) must correspond to some objective element of
  242.   physical reality. Because QM does not model this he felt it must be
  243.   incomplete.
  244.  
  245.   It is possible that events are the result of objective physical
  246.   processes that we do not yet understand. These processes may determine
  247.   the actual outcome of experiments and not just their probabilities.
  248.   Certainly that is the natural assumption to make. Any one who does not
  249.   understand QM and many who have only a superficial understanding
  250.   naturally think that observations come about from some objective
  251.   physical process even if they think we can only predict probabilities.
  252.  
  253.   There have been numerous attempts to develop such alternatives.  These
  254.   are often referred to as `hidden variables' theories. Bell proved that
  255.   such theories cannot deal with quantum entanglement without
  256.   introducing explicitly nonlocal mechanisms[2].  Quantum entanglement
  257.   refers to the way observations of two particles are correlated after
  258.   the particles interact. It comes about because the conservation laws
  259.   are exact but most observations are probabilistic.  Nonlocal
  260.   operations in hidden variables theories might not seem such a drawback
  261.   since QM itself must use explicit nonlocal mechanism to deal with
  262.   entanglement. However in QM the non-locality is in a wave function
  263.   which most do not consider to be a physical entity. This makes the
  264.   non-locality less offensive or at least easier to rationalize away.
  265.  
  266.   It might seem that the tables have been turned on Einstein. The very
  267.   argument he used in EPR to show QM must be incomplete requires that
  268.   hidden variables models have explicit nonlocal operations. However it
  269.   is experiments and not theoretical arguments that now must decide the
  270.   issue. Although all experiments to date have produced results
  271.   consistent with the predictions of QM, there is general agreement that
  272.   the existing experiments are inconclusive[3]. There is no conclusive
  273.   experimental confirmation of the nonlocal predictions of QM. If these
  274.   experiments eventually confirm locality and not QM Einstein will be
  275.   largely vindicated for exactly the reasons he gave in EPR. Final
  276.   vindication will depend on the development of a more complete theory.
  277.  
  278.   Most physicists (including Bell before his untimely death) believe QM
  279.   is correct in predicting locality is violated. Why do they have so
  280.   much more faith in the strange formalism of QM than in basic
  281.   principles like locality or the notion that observations are produced
  282.   by objective processes? I think the reason may be that they are
  283.   viewing these problems in the wrong conceptual framework. The term
  284.   `hidden variables' suggests a theory of classical-like particles with
  285.   additional hidden variables. However quantum entanglement and the
  286.   behavior of multi-particle systems strongly suggests that whatever
  287.   underlies quantum effects it is nothing like classical particles.  If
  288.   that is so then any attempt to develop a more complete theory in this
  289.   framework can only lead to frustration and failure.  The fault may not
  290.   be in classical principles like locality or determinism. They failure
  291.   may only be in the imagination of those who are convinced that no more
  292.   complete theory is possible.
  293.  
  294.   One alternative to classical particles is to think of observations as
  295.   focal points in state space of nonlinear transformations of the wave
  296.   function. Attractors in Chaos theory provide one model of processes
  297.   like this. Perhaps there is an objective physical wave function and QM
  298.   only models the average or statistical behavior of this wave function.
  299.   Perhaps the structure of this physical wave function determines the
  300.   probability that the wave function will transform nonlinearly at a
  301.   particular location. If this is so then probability in QM combines two
  302.   very different kinds of probabilities. The first is the probability
  303.   associated with our state of ignorance about the detailed behavior of
  304.   the physical wave function. The second is the probability that the
  305.   physical wave function will transform with a particular focal point.
  306.  
  307.   A model of this type might be able to explain existing experimental
  308.   results and still never violate locality. I have advocated a class of
  309.   models of this type based on using a discretized finite difference
  310.   equation rather then a continuous differential equation to model the
  311.   wave function[4]. The nonlinearity that must be introduced to
  312.   discretize the difference equation is a source of chaotic like
  313.   behavior.  In this model the enforcement of the conservation laws
  314.   comes about through a process of converging to a stable state.
  315.   Information that enforces these laws is stored holographic-like over a
  316.   wide region.
  317.  
  318.   Most would agree that the best solution to the measurement problem
  319.   would be a more complete theory. Where people part company is in their
  320.   belief in whether such a thing is possible. All attempts to prove it
  321.   impossible (starting with von Neumann[5]) have been shown to be
  322.   flawed[6]. It is in part Bell's analysis of these proofs that led to
  323.   his proof about locality in QM. Bell has transformed a significant
  324.   part of this issue to one experimenters can address. If nature
  325.   violates locality in the way QM predicts then a local deterministic
  326.   theory of the kind Einstein was searching for is not possible. If QM
  327.   is incorrect in making these predictions then a more accurate and more
  328.   complete theory is a necessity. Such a theory is quite likely to
  329.   account for events by an objective physical process.
  330.  
  331.   References: [1] A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Can quantum-
  332.   mechanical descriptions of physical reality be considered complete?,
  333.   Physical Review, 47, 777 (1935).  Reprinted in Quantum Theory and
  334.   Measurement, p. 139, (1987).
  335.  
  336.   [2] J. S. Bell, On the Einstein Podolosky Rosen Paradox, Physics, 1,
  337.   195-200 (1964).  Reprinted in Quantum Theory and Measurement, p. 403,
  338.   (1987).
  339.  
  340.   [3] P. G. Kwiat, P. H. Eberhard, A. M. Steinberg, and R. Y. Chiao,
  341.   Proposal for a loophole-free Bell inequality experiment, Physical
  342.   Reviews A,  49, 3209 (1994).
  343.  
  344.   [4] P. Budnik, Developing a local deterministic theory to account for
  345.   quantum mechanical effects, hep-th/9410153, (1995).
  346.  
  347.   [5] J. von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics,
  348.   Princeton University Press, N. J., (1955).
  349.  
  350.   [6] J. S. Bell, On the the problem of hidden variables in quantum
  351.   mechanics, Reviews of Modern Physics, 38, 447-452, (1966).  Reprinted
  352.   in Quantum Theory and Measurement, p. 397, (1987).
  353.  
  354.   6.  The shut up and calculate interpretation
  355.  
  356.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  357.  
  358.   This is the most popular of interpretations. It recognizes that the
  359.   important content of QM is the mathematical models and the ability to
  360.   apply those models to real experiments. As long as we understand the
  361.   models and their application we do not need an interpretation.
  362.  
  363.   Advocates of this position like to argue that the existing framework
  364.   allows us to solve all real problems and that is all that is
  365.   important.  Franson's analysis  of Aspect's experiment[1] shows this
  366.   is not entirely true.  Because there is no objective criterion in QM
  367.   for determining when a measurement is complete (and hence
  368.   irreversible) there is no objective criterion for measuring the delays
  369.   in a test of Bell's inequality.  If the demise of Schrodinger's cat
  370.   may not be determined until someone looks in the box (see item 2) how
  371.   are we to know when a measurement in tests of Bells inequality is
  372.   irreversible and thus measure the critical timing in these
  373.   experiments?
  374.  
  375.   References:
  376.  
  377.   [1] J. D. Franson, Bell's Theorem and delayed determinism, Physical
  378.   Review D, 31,  2529-2532, (1985).
  379.  
  380.  
  381.   7.  Bohm's theory
  382.  
  383.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  384.  
  385.   Bohm's interpretation is an explicitly nonlocal mechanistic model.
  386.   Just as Bohr saw the philosophical principle of complementarity as
  387.   having broader implications than quantum mechanics Bohm saw a deep
  388.   relationship between locality violation and the wholeness or unity of
  389.   all that exists. Bohm was perhaps the first to truly understand the
  390.   nonlocal nature of quantum mechanics. Bell acknowledged the importance
  391.   of Bohm's work in helping develop Bell's ideas about locality in QM.
  392.  
  393.   References: D. Bohm, A suggested interpretation of quantum theory in
  394.   terms of "hidden" variables I and II, Physical Review,85, 155-93
  395.   (1952).  Reprinted in Quantum Theory and Measurement, p. 369, (1987).
  396.  
  397.   D. Bohm & B.J. Hiley, The Undivided Universe: an ontological
  398.   interpretation of quantum theory (Routledge: London & New York, 1993).
  399.  
  400.   Recently there has been renewed interest in Bohmian mechanics.  D.
  401.   D"urr, S. Goldstein, N Zanghi, Phys. Lett. A 172, 6 (1992) K. Berndl
  402.   et al., Il Nuovo Cimento Vol. 110 B, N. 5-6 (1995).
  403.  
  404.   Peter Holland's book The Quantum Theory of Motion (Cambridge
  405.   University Press 1993) contains many pictures of numerical simulations
  406.   of Bohmian trajectories.
  407.  
  408.   There was a recent two part article in Physics Today based in part on
  409.   Bohm's approach. The author, Sheldon Goldstein, has published a number
  410.   of other papers on this and related subjects many of which are
  411.   available at his web site, http://math.rutgers.edu/~oldstein.  S
  412.   Goldstein, Quantum Theory Without Observers, Physics Today Part 1:
  413.   March 1998, 42-46, Part 2: April 1998 38-42.
  414.  
  415.   8.  Lawrence R. Meadrmead@ocra.st.usm.ed The Transactional Interpreta-
  416.   tion of Quantum Mechanics
  417.  
  418.   The transactional interpretation of quantum mechanics (J.G. Cramer,
  419.   Phys. Rev. D 22, 362 (1980) ) has received little attention over the
  420.   one and one half decades since its conception. It is to be emphasized
  421.   that, like the Many-Worlds and other interpretations, the
  422.   transactional interpretation (TI) makes no new physical predictions;
  423.   it merely reinterprets the physical content of the very same
  424.   mathematical formalism as used in the ``standard'' textbooks, or by
  425.   all other interpretations.
  426.   The following summarizes the TI. Consider a two-body system (there are
  427.   no additional complications arising in the many-body case); the
  428.   quantum mechanical object located at space-time point (R_1,T_1) and
  429.   another with which it will interact at (R_2,T_2). A quantum mechanical
  430.   process governed by E=h\nu, conservation laws, etc., occurs between
  431.   the two in the following way.
  432.  
  433.   1) The ``emitter'' (E) at (R_1,T_1) emits a retarded ``offer wave''
  434.   (OW) \\Psi.  This wave (or state vector) is an actual physical wave
  435.   and not (as in the Copenhagen interpretation) just a ``probability''
  436.   wave.
  437.  
  438.   2) The ``absorber'' (A) at (R_2,T_2) receives the OW and is stimulated
  439.   to emit an advanced ``echo'' or ``confirmation wave'' (CW)
  440.   proportional to \\Psi at R_2 backward in time; the proportionality
  441.   factor is \\Psi* (R_2,T_2).
  442.  
  443.   3) The advanced wave which arrives at 'E' is \\Psi \\Psi* and is
  444.   presumed to be the probability, P, that the transaction is complete
  445.   (ie., that an interaction has taken place).
  446.  
  447.   4) The exchange of OW's and CW's continues until a net exchange of
  448.   energy and other conserved quantities occurs dictated by the quantum
  449.   boundary conditions of the system, at which point the ``transaction''
  450.   is complete. In effect, a standing wave in space-time is set up
  451.   between 'E' and 'A', consistent with conservation of energy and
  452.   momentum (and angular momentum). The formation of this superposition
  453.   of advanced and retarded waves is the equivalent to the Copenhagen
  454.   ``collapse of the state vector''. An observer perceives only the
  455.   completed transaction, however, which he would interpret as a single,
  456.   retarded wave (photon, for example) traveling from 'E' to 'A'.
  457.  
  458.   Q1. When does the ``collapse'' occur?
  459.  
  460.   A1. This is no longer a meaningful question. The quantum measurement
  461.   process happens ``when'' the transaction (OW sent - CW received -
  462.   standing wave formed with probability \\Psi \\Psi*) is finished - and
  463.   this happens over a space-time interval; thus, one cannot point to a
  464.   time of collapse, only to an interval of collapse (consistent with
  465.   relativity).
  466.  
  467.   Q2. Wait a moment. What you are describing is time reversal invariant.
  468.   But for a massive particle you have to use the Schrodinger equation
  469.   and if \\Psi is a solution (OW), then \\Psi* is not a solution. What
  470.   gives?
  471.  
  472.   A2. Remember that the CW must be time-reversed, and in general must be
  473.   relativistically invariant; ie., a solution of the Dirac equation.
  474.   Now (eg., see Bjorken and Drell, Relativistic QM), the nonrelativistic
  475.   limit of that is not just the Schrodinger equation, but two
  476.   Schrodinger equations: the time forward equation satisfied by \\Psi,
  477.   and the time reversed Schrodinger equation (which has i --> -i) for
  478.   which \\Psi* is the correct solution. Thus, \\Psi* is the correct CW
  479.   for \\Psi as the OW.
  480.  
  481.   Q3. What about other objects in other places?
  482.  
  483.   A3. The whole process is three dimensional (space). The retarded OW is
  484.   sent in all spatial directions. Other objects receiving the OW are
  485.   sending back their own CW advanced waves to 'E' also. Suppose the
  486.   receivers are labeled 1 and 2, with corresponding energy changes E_1
  487.   and E_2. Then the state vector of the system could be written as a
  488.   superposition of waves in the standard fashion. In particular, two
  489.   possible transactions could form: exchange of energy E_1 with
  490.   probability P_1=\\Psi_1 \\Psi_1*, or E_2 with probability P_2=\\Psi_2
  491.   \\Psi_2*. Here, the conjugated waves are the advanced waves evaluated
  492.   at the position of R_1 or R_2 respectively according to rule 3 above.
  493.  
  494.   Q4. Involving as it does an entire space-time interval, isn't this a
  495.   nonlocal ``theory''?
  496.  
  497.   A4. Yes, indeed; it was explicitly designed that way. As you know from
  498.   Bell's theorem, no ``theory'' can agree with quantum mechanics unless
  499.   it is nonlocal in character. In effect, the TI is a hidden variables
  500.   theory as it postulates a real waves traveling in space-time.
  501.  
  502.   Q5. What happens to OW's that are not ``absorbed'' ?
  503.  
  504.   A5. Inasmuch as they do not stimulate a responsive CW, they just
  505.   continue to travel onward until they do. This does not present any
  506.   problems since in that case no energy or momentum or any other
  507.   physical observable is transferred.
  508.  
  509.   Q6. How about all of the standard measurement thought experiments like
  510.   the EPR, Schrodinger's cat, Wigner's friend, and Renninger's negative-
  511.   result experiment?
  512.  
  513.   A6. The interpretational difficulties with the latter three are due to
  514.   the necessity of deciding when the Copenhagen state reduction occurs.
  515.   As we saw above, in the TI there is no specific time when the
  516.   transaction is complete. The EPR is a completeness argument requiring
  517.   objective reality.  The TI supplies this as well; the OW and CW are
  518.   real waves, not waves of probability.
  519.  
  520.   Q7. I am curious about more technical details. Can you give a further
  521.   reference?
  522.  
  523.   A7. If you understand the theory of ``advanced'' and ``retarded''
  524.   waves (out of electromagnetism and optics), many of the details of TI
  525.   calculations can be found in: Reviews of Modern Physics, Vol. 58, July
  526.   1986, pp. 647-687 available on the WWW as:
  527.   http://mist.npl.washington.edu/npl/int_rep/tiqm/TI_toc.html
  528.  
  529.   9.  Complex probabilities
  530.  
  531.   References; Saul Youssef Quantum Mechanics as Complex Probability
  532.   Theory, hep-th 9307019.  S. Youssef, Mod.Phys.Lett.A 28(1994)2571.
  533.  
  534.   10.  Quantum logic
  535.  
  536.   References: R.I.G. Hughes, The Structure and Interpretation of Quantum
  537.   Mechanics, pp. 178-217, Harvard University Press, 1989.
  538.  
  539.   11.  Consistent histories
  540.  
  541.   References: R. B. Griffiths, Consistent Histories and the
  542.   Interpretation of Quantum Mechanics, Journal of statistical Physics.,
  543.   36(12):219-272(1984)
  544.  
  545.   M. Gell-Mann and J. B. Hartle, in Complexity, Entropy and the Physics
  546.   of Information, edited by W. Zurek, Santa Fe Institute Studies in the
  547.   Sciences of Complexity Vol. VIII, Addison-Wesley, Reading, 1990. Also
  548.   in Proceedings of the $3$rd International Symposion on the Foundations
  549.   of Quantum Mechanics in the Light of New Technology, edited by S.
  550.   Kobayashi, H. Ezawa, Y. Murayama and S. Nomura, Physical Society of
  551.   Japan, Tokyo, 1990
  552.  
  553.   R. B. Griffiths, Phys. Rev. Lett. 70, 2201 (1993)
  554.  
  555.   R. Omn\`es, Rev. Mod. Phys. 64, 339 (1992)
  556.  
  557.  
  558.   In this approach serious problems arise. This is best pointed out in:
  559.   B. d'Espagnat, J. Stat. Phys. 56, 747 (1989)
  560.  
  561.   F. Dowker und A. Kent, On the Consistent Histories Approach to Quantum
  562.   Mechanics, University of Cambridge Preprint DAMTP/94-48, Isaac Newton
  563.   Institute for Mathematical Sciences Preprint NI 94006, August 1994.
  564.  
  565.  
  566.   12.  Spontaneous reduction models
  567.  
  568.   Reference:
  569.  
  570.   G. C. Ghirardi, A. Rimini and T. Weber, Phys. Rev. D 34, 470 (1986).
  571.  
  572.   13.  What is needed?
  573.  
  574.   All comments suggested and contributions are welcome. We currently
  575.   have nothing but references on Complex Probabilities, Quantum Logic,
  576.   Consistent Histories and Spontaneous Reduction Models. The entries on
  577.   the following topics are minimal and should be replaced by complete
  578.   articles.
  579.  
  580.  
  581.   +  Copenhagen interpretation
  582.  
  583.   +  Relative State (Everett)
  584.  
  585.   +  Shut up and calculate
  586.  
  587.   +  Bohm's theory
  588.  
  589.   Alternative views on any of the topics and suggestions for additional
  590.   topics are welcome.
  591.  
  592.   14.  Is this a real FAQ?
  593.  
  594.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  595.  
  596.   A FAQ is generally understood to be a reasonably objective set of
  597.   answers to frequently asked questions in a news group. In cases where
  598.   an issue is controversial the FAQ should include all credible opinions
  599.   and/or the consensus view of the news group.
  600.  
  601.   Establishing factual accuracy is not easy. No consensus is possible on
  602.   interpretations of QM because many aspects of interpretations involve
  603.   metaphysical questions. My intention is that this be an objective
  604.   accurate FAQ that allows for the expression of all credible relevant
  605.   opinions.  I did not call it a FAQ until I had significant feedback
  606.   from the `sci.physics' group. I have responded to all criticism and
  607.   have made some corrections. Nonetheless there have been a couple of
  608.   complaints about this not being a real FAQ and there is one issue that
  609.   has not been resolved.
  610.  
  611.   If anyone thinks there are technical errors in the FAQ please say what
  612.   you think the errors are. I will either fix the problem or try to
  613.   reach on a consensus with the help of the `sci.physics' group about
  614.   what is factually accurate.  I do not feel this FAQ should be limited
  615.   to noncontroversial issues.  A FAQ on measurement in quantum mechanics
  616.   should highlight and underscore the conceptual issues and problems in
  617.   the theory.
  618.  
  619.   The one area that has been discussed and not resolved is the status of
  620.   locality in Everett's interpretation. Here is what I believe the facts
  621.   are.
  622.  
  623.  
  624.   Eberhard proved that any theory that reproduces the predictions of QM
  625.   is nonlocal[1]. This proof assumes contrafactual definiteness (CFD) or
  626.   that one could have done a different experiment and have gotten a
  627.   definite result. This assumption is widely used in statistical
  628.   arguments.  Here is what Eberhard means by nonlocal:
  629.  
  630.  
  631.      Let us consider two measuring apparata located in two different
  632.      places A and B. There is a knob a on apparatus A and a knob b on
  633.      apparatus B.  Since A and B are separated in space, it is
  634.      natural to think what will happen at A is independent of the
  635.      setting of knob b and vice versa.  The principles of relativity
  636.      seem to impose this point of view if the time at which the knobs
  637.      are set and the time of the measurements are so close that, in
  638.      the time laps, no light signal can travel from A to B and vice
  639.      versa. Then, no signal can inform a measurement apparatus of
  640.      what the knob setting on the other is. However, there are cases
  641.      in which the predictions of quantum theory make that
  642.      independence assumption impossible. If quantum theory is true,
  643.      there are cases in which the results of the measurements A will
  644.      depend on the setting of the knob b and/or the results of the
  645.      measurements in B will depend on the setting of the knob a.[1]
  646.  
  647.   It is logically possible to deny CFD and thus to avoid Eberhard's
  648.   proof.  This assumption can be made in Everett's interpretation.
  649.   Everett's interpretation does not imply CFD is false and CFD can be
  650.   assumed false in other interpretations.  I do not think it is
  651.   reasonable to deny CFD in some experiments and not others but that is
  652.   a judgment call on which intelligent people can differ.
  653.  
  654.   It is mathematically impossible to have a unitary relativistic wave
  655.   function from which one can compute probabilities that will violate
  656.   Bell's inequality. A unitary wave function does satisfy CFD and thus
  657.   is subject to Eberhard's proof. This is a problem for some advocates
  658.   of Everett who insist that only the wave function exists.  There is no
  659.   wave function consistent with both quantum mechanics and relativity
  660.   and it is mathematically impossible to construct such a function.
  661.   Quantum field theory requires a nonlocal and thus nonrelativistic
  662.   state model. The predications of quantum field theory are the same in
  663.   any frame of reference but the mechanisms that generate nonlocal
  664.   effects must operate in an absolute frame of reference. Quantum
  665.   uncertainty makes this seemingly paradoxical situation possible. There
  666.   is a nonlocal effect but we cannot tell if the effect went from A to B
  667.   or B to A because of quantum uncertainty. As a result the predictions
  668.   are the same in any frame of reference but any mechanism that produces
  669.   these predictions must be tied to an absolute frame of reference.
  670.  
  671.   There is a certain Alice in Wonderland quality to arguments on these
  672.   issues. Many physicists claim that classical mathematics does not
  673.   apply to some aspects of quantum mechanics, yet there is no other
  674.   mathematics. The wave function model is a classical causal
  675.   deterministic model. The computation of probabilities from that model
  676.   is as well.  The aspect of quantum mechanics that one can claim lies
  677.   outside of classical mathematics is the interpretation of those
  678.   probabilities.  Most physicists believe these probabilities are
  679.   irreducible, i. e., do not come from a more fundamental deterministic
  680.   process the way probabilities do in classical physics. Because there
  681.   is no mathematical theory of irreducible probabilities one can invent
  682.   new metaphysics to interpret these probabilities and here is where the
  683.   problems and confusion rest.  Some physicists claim there is new
  684.   metaphysics and within this metaphysics quantum mechanics is local.
  685.  
  686.   References:
  687.  
  688.   P. H. Eberhard, Bell's Theorem without Hidden Variables, Il Nuovo
  689.   Cimento, V38 B 1, p 75, Mar 1977.
  690.