home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / faqs / sci / answers / physics-faq / measurement-in-qm < prev    next >
Text File  |  1997-10-05  |  33KB  |  657 lines

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!news-out.internetmci.com!newsfeed.internetmci.com!206.229.87.25!news-peer.sprintlink.net!news.sprintlink.net!Sprint!uunet!in4.uu.net!mtnmath.com!not-for-mail
  2. From: paul@mtnmath.com (Paul Budnik)
  3. Newsgroups: sci.physics,alt.sci.physics.new-theories,sci.answers,alt.answers,news.answers
  4. Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ
  5. Supersedes: <physics-faq/measurement-in-qm-1-857265653@mtnmath.com>
  6. Followup-To: sci.physics
  7. Date: 4 Oct 1997 09:32:44 -0700
  8. Organization: Mountain Math Software, P. O. Box 2124, Saratoga. CA 95070
  9. Lines: 630
  10. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  11. Distribution: world
  12. Expires: 08 Nov 97 08:25:21 PDT
  13. Message-ID: <physics-faq/measurement-in-qm-1-875982321@mtnmath.com>
  14. Reply-To: paul@mtnmath.com (Paul Budnik)
  15. NNTP-Posting-Host: mtnmath.com
  16. Mime-Version: 1.0
  17. Content-Type: text/plain; charset=US-ASCII
  18. Content-Transfer-Encoding: 8bit
  19. X-Server-Date: 4 Oct 1997 16:32:44 GMT
  20. Summary: Describes the measurement problem in quantum mechanics          and physical and metaphysical approaches to its solution.
  21. Keywords: FAQ quantum-mechanics measurement
  22. X-Posting-Frequency: posted around the 1st of each month
  23. X-Content-Currency: This FAQ is updated monthly.
  24. X-Newsreader: TIN [UNIX 1.3 unoff BETA 970321; i486 Linux 2.0.30]
  25. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.physics:281119 alt.sci.physics.new-theories:51607 sci.answers:7170 alt.answers:29402 news.answers:113845
  26.  
  27. Posted-By: auto-faq 3.3 (Perl 5.003)
  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.mtnmath.com
  32.  
  33.   This FAQ describes the measurement problem in QM and approaches to its
  34.   solution. Please help make it more complete. See ``What is needed''
  35.   for details.    Web version: http://www.mtnmath.com/faq/meas-qm.html
  36.  
  37.   1.  About this FAQ
  38.  
  39.   The general sci.physics FAQ does a good job of dealing with technical
  40.   questions in most areas of physics. However it has no material on
  41.   interpretations of QM which are among the most frequently discussed
  42.   topics in sci.physics. Hence there is a need for this supplemental
  43.   FAQ.
  44.  
  45.   This document is probably out of date if you are reading it more than
  46.   30 days after the date which appears in the header.
  47.  
  48.   This FAQ is on the web at: http://www.mtnmath.com/faq/meas-qm.html
  49.  
  50.   You can get it by e-mail or FTP from rtfm.mit.edu.
  51.  
  52.   By FTP, look for the file:
  53.  
  54.   /pub/usenet/news.answers/physics-faq/measurement-in-qm
  55.  
  56.   By e-mail send a message to mail-server@rtfm.mit.edu with a blank
  57.   subject line and the words:
  58.  
  59.   send usenet/news.answers/physics-faq/measurement-in-qm
  60.  
  61.   The main sci.physics FAQ is in this same directory with file names
  62.   part1 through part4 and can be retrieved in the same way.  You can put
  63.   multiple send lines in a single e-mail request.
  64.  
  65.   This document, as a collection, is Copyright 1995 by Paul P. Budnik
  66.   (paul@mtnmath.com).  The individual articles are Copyright 1995 by the
  67.   individual authors listed.  All rights are reserved.    Permission to
  68.   use, copy and distribute this unmodified document by any means and for
  69.   any purpose EXCEPT PROFIT PURPOSES is hereby granted, provided that
  70.   both the above Copyright notice and this permission notice appear in
  71.   all copies of the FAQ itself.    Reproducing this FAQ by any means,
  72.   included, but not limited to, printing, copying existing prints,
  73.   publishing by electronic or other means, implies full agreement to the
  74.   above non-profit-use clause, unless upon explicit prior written
  75.   permission of the authors.
  76.  
  77.   This FAQ is provided by the authors ``as is''. with all its faults.
  78.   Any express or implied warranties, including, but not limited to, any
  79.   implied warranties of merchantability, accuracy, or fitness for any
  80.   particular purpose, are disclaimed.  If you use the information in
  81.   this document, in any way, you do so at your own risk.
  82.  
  83.   2.  The measurement problem
  84.  
  85.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  86.  
  87.   The formulation of QM describes the deterministic unitary evolution of
  88.   a wave function. This wave function is never observed experimentally.
  89.   The wave function allows us to compute the probability that certain
  90.   macroscopic events will be observed. There are no events and no
  91.   mechanism for creating events in the mathematical model. It is this
  92.   dichotomy between the wave function model and observed macroscopic
  93.   events that is the source of the interpretation issue in QM. In
  94.   classical physics the mathematical model talks about the things we
  95.   observe.  In QM the mathematical model by itself never produces
  96.   observations.    We must interpret the wave function in order to relate
  97.   it to experimental observations.
  98.  
  99.   It is important to understand that this is not simply a philosophical
  100.   question or a rhetorical debate. In QM one often must model systems as
  101.   the superposition of two or more possible outcomes. Superpositions can
  102.   produce interference effects and thus are experimentally
  103.   distinguishable from mixed states. How does a superposition of
  104.   different possibilities resolve itself into some particular
  105.   observation? This question (also known as the measurement problem)
  106.   affects how we analyze some experiments such as tests of Bell's
  107.   inequality and may raise the question of interpretations from a
  108.   philosophical debate to an experimentally testable question. So far
  109.   there is no evidence that it makes any difference. The wave function
  110.   evolves in such a way that there are no observable effects from
  111.   macroscopic superpositions. It is only superposition of different
  112.   possibilities at the microscopic level that leads to experimentally
  113.   detectable interference effects.
  114.  
  115.   Thus it would seem that there is no criterion for objective events and
  116.   perhaps no need for such a criterion. However there is at least one
  117.   small fly in the ointment. In analyzing a test of Bell's inequality
  118.   one must make some determination as to when an observation was
  119.   complete, i. e. could not be reversed. These experiments depend on the
  120.   timing of macroscopic events. The natural assumption is to use
  121.   classical thermodynamics to compute the probability that a macroscopic
  122.   event can be reversed. This however implies that there is some
  123.   objective process that produces the particular observation. Since no
  124.   such objective process exists in current models this suggests that QM
  125.   is an incomplete theory.  This might be thought of as the Einstein
  126.   interpretation of QM, i. e., that there are objective physical
  127.   processes that create observations and we do not yet understand these
  128.   processes.  This is the view of the compiler of this document.
  129.  
  130.   For more information:
  131.  
  132.   Ed. J. Wheeler, W. Zurek, Quantum theory and measurement, Princeton
  133.   University Press, 1983.
  134.  
  135.   J. S. Bell, Speakable and unspeakable in quantum mechanics, Cambridge
  136.   University Press, 1987.
  137.  
  138.   R.I.G. Hughes, The Structure and Interpretation of Quantum Mechanics,
  139.   Harvard University Press, 1989.
  140.  
  141.   3.  Schrodinger's cat
  142.  
  143.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  144.  
  145.   In 1935 Schrodinger published an essay describing the conceptual
  146.   problems in QM1. A brief paragraph in this essay described the cat
  147.   paradox.
  148.      One can even set up quite ridiculous cases. A cat is penned up
  149.      in a steel chamber, along with the following diabolical device
  150.      (which must be secured against direct interference by the cat):
  151.      in a Geiger counter there is a tiny bit of radioactive
  152.      substance, so small that perhaps in the course of one hour one
  153.      of the atoms decays, but also, with equal probability, perhaps
  154.      none; if it happens, the counter tube discharges and through a
  155.      relay releases a hammer which shatters a small flask of
  156.      hydrocyanic acid. If one has left this entire system to itself
  157.      for an hour, one would say that the cat still lives if meanwhile
  158.      no atom has decayed.  The first atomic decay would have poisoned
  159.      it. The Psi function for the entire system would express this by
  160.      having in it the living and the dead cat (pardon the expression)
  161.      mixed or smeared out in equal parts.
  162.  
  163.      It is typical of these cases that an indeterminacy originally
  164.      restricted to the atomic domain becomes transformed into
  165.      macroscopic indeterminacy, which can then be resolved by direct
  166.      observation. That prevents us from so naively accepting as valid
  167.      a ``blurred model'' for representing reality. In itself it would
  168.      not embody anything unclear or contradictory. There is a
  169.      difference between a shaky or out-of-focus photograph and a
  170.      snapshot of clouds and fog banks.
  171.  
  172.   We know that superposition of possible outcomes must exist
  173.   simultaneously at a microscopic level because we can observe
  174.   interference effects from these.  We know (at least most of us know)
  175.   that the cat in the box is dead, alive or dying and not in a smeared
  176.   out state between the alternatives. When and how does the model of
  177.   many microscopic possibilities resolve itself into a particular
  178.   macroscopic state? When and how does the fog bank of microscopic
  179.   possibilities transform itself to the blurred picture we have of a
  180.   definite macroscopic state.  That is the measurement problem and
  181.   Schrodinger's cat is a simple and elegant explanations of that
  182.   problem.
  183.  
  184.   References:
  185.  
  186.   1 E. Schrodinger, ``Die gegenwartige Situation in der
  187.   Quantenmechanik,'' Naturwissenschaftern. 23 : pp. 807-812; 823-823,
  188.   844-849. (1935).  English translation: John D. Trimmer, Proceedings of
  189.   the American Philosophical Society, 124, 323-38 (1980), Reprinted in
  190.   Quantum Theory and Measurement, p 152 (1983).
  191.  
  192.   4.  The Copenhagen interpretation
  193.  
  194.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  195.  
  196.   This is the oldest of the interpretations. It is based on Bohr's
  197.   notion of `complementarity'. Bohr felt that the classical and quantum
  198.   mechanical models were two complementary ways of dealing with physics
  199.   both of which were necessary. Bohr felt that an experimental
  200.   observation collapsed or ruptured (his term) the wave function to make
  201.   its future evolution consistent with what we observe experimentally.
  202.   Bohr understood that there was no precise way to define the exact
  203.   point at which collapse occurred. Any attempt to do so would yield a
  204.   different theory rather than an interpretation of the existing theory.
  205.   Nonetheless he felt it was connected to conscious observation as this
  206.   was the ultimate criterion by which we know a specific observation has
  207.   occurred.
  208.  
  209.   References:
  210.  
  211.   N. Bohr, The quantum postulate and recent the recent development of
  212.   atomic theory, Nature, 121, 580-89 (1928), Reprinted in Quantum Theory
  213.   and Measurement, p 87, (1983).
  214.  
  215.   5.  Is QM a complete theory?
  216.  
  217.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  218.  
  219.   Einstein did not believe that God plays dice and thought a more
  220.   complete theory would predict the actual outcome of experiments.  He
  221.   argued1 that quantities that are conserved absolutely (such as
  222.   momentum or energy) must correspond to some objective element of
  223.   physical reality. Because QM does not model this he felt it must be
  224.   incomplete.
  225.  
  226.   It is possible that events are the result of objective physical
  227.   processes that we do not yet understand. These processes may determine
  228.   the actual outcome of experiments and not just their probabilities.
  229.   Certainly that is the natural assumption to make. Any one who does not
  230.   understand QM and many who have only a superficial understanding
  231.   naturally think that observations come about from some objective
  232.   physical process even if they think we can only predict probabilities.
  233.  
  234.   There have been numerous attempts to develop such alternatives.  These
  235.   are often referred to as `hidden variables' theories. Bell proved that
  236.   such theories cannot deal with quantum entanglement without
  237.   introducing explicitly nonlocal mechanisms2.    Quantum entanglement
  238.   refers to the way observations of two particles are correlated after
  239.   the particles interact. It comes about because the conservation laws
  240.   are exact but most observations are probabilistic.  Nonlocal
  241.   operations in hidden variables theories might not seem such a drawback
  242.   since QM itself must use explicit nonlocal mechanism to deal with
  243.   entanglement. However in QM the non-locality is in a wave function
  244.   which most do not consider to be a physical entity. This makes the
  245.   non-locality less offensive or at least easier to rationalize away.
  246.  
  247.   It might seem that the tables have been turned on Einstein. The very
  248.   argument he used in EPR to show QM must be incomplete requires that
  249.   hidden variables models have explicit nonlocal operations. However it
  250.   is experiments and not theoretical arguments that now must decide the
  251.   issue. Although all experiments to date have produced results
  252.   consistent with the predictions of QM, there is general agreement that
  253.   the existing experiments are inconclusive3. There is no conclusive
  254.   experimental confirmation of the nonlocal predictions of QM. If these
  255.   experiments eventually confirm locality and not QM Einstein will be
  256.   largely vindicated for exactly the reasons he gave in EPR. Final
  257.   vindication will depend on the development of a more complete theory.
  258.  
  259.   Most physicists (including Bell before his untimely death) believe QM
  260.   is correct in predicting locality is violated. Why do they have so
  261.   much more faith in the strange formalism of QM than in basic
  262.   principles like locality or the notion that observations are produced
  263.   by objective processes? I think the reason may be that they are
  264.   viewing these problems in the wrong conceptual framework. The term
  265.   `hidden variables' suggests a theory of classical-like particles with
  266.   additional hidden variables. However quantum entanglement and the
  267.   behavior of multi-particle systems strongly suggests that whatever
  268.   underlies quantum effects it is nothing like classical particles.  If
  269.   that is so then any attempt to develop a more complete theory in this
  270.   framework can only lead to frustration and failure.  The fault may not
  271.   be in classical principles like locality or determinism. They failure
  272.   may only be in the imagination of those who are convinced that no more
  273.   complete theory is possible.
  274.  
  275.   One alternative to classical particles is to think of observations as
  276.   focal points in state space of nonlinear transformations of the wave
  277.   function. Attractors in Chaos theory provide one model of processes
  278.   like this. Perhaps there is an objective physical wave function and QM
  279.   only models the average or statistical behavior of this wave function.
  280.   Perhaps the structure of this physical wave function determines the
  281.   probability that the wave function will transform nonlinearly at a
  282.   particular location. If this is so then probability in QM combines two
  283.   very different kinds of probabilities. The first is the probability
  284.   associated with our state of ignorance about the detailed behavior of
  285.   the physical wave function. The second is the probability that the
  286.   physical wave function will transform with a particular focal point.
  287.  
  288.   A model of this type might be able to explain existing experimental
  289.   results and still never violate locality. I have advocated a class of
  290.   models of this type based on using a discretized finite difference
  291.   equation rather then a continuous differential equation to model the
  292.   wave function4. The nonlinearity that must be introduced to discretize
  293.   the difference equation is a source of chaotic like behavior.    In this
  294.   model the enforcement of the conservation laws comes about through a
  295.   process of converging to a stable state. Information that enforces
  296.   these laws is stored holographic-like over a wide region.
  297.  
  298.   Most would agree that the best solution to the measurement problem
  299.   would be a more complete theory. Where people part company is in their
  300.   belief in whether such a thing is possible. All attempts to prove it
  301.   impossible (starting with von Neumann5) have been shown to be flawed6.
  302.   It is in part Bell's analysis of these proofs that led to his proof
  303.   about locality in QM. Bell has transformed a significant part of this
  304.   issue to one experimenters can address. If nature violates locality in
  305.   the way QM predicts then a local deterministic theory of the kind
  306.   Einstein was searching for is not possible. If QM is incorrect in
  307.   making these predictions then a more accurate and more complete theory
  308.   is a necessity. Such a theory is quite likely to account for events by
  309.   an objective physical process.
  310.  
  311.   References: 1 A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Can quantum-
  312.   mechanical descriptions of physical reality be considered complete?,
  313.   Physical Review, 47, 777 (1935).  Reprinted in Quantum Theory and
  314.   Measurement, p. 139, (1987).
  315.  
  316.   2 J. S. Bell, On the Einstein Podolosky Rosen Paradox, Physics, 1,
  317.   195-200 (1964).  Reprinted in Quantum Theory and Measurement, p. 403,
  318.   (1987).
  319.  
  320.   3 P. G. Kwiat, P. H. Eberhard, A. M. Steinberg, and R. Y. Chiao,
  321.   Proposal for a loophole-free Bell inequality experiment, Physical
  322.   Reviews A,  49, 3209 (1994).
  323.  
  324.   4 P. Budnik, Developing a local deterministic theory to account for
  325.   quantum mechanical effects, hep-th/9410153, (1995).
  326.  
  327.   5 J. von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics,
  328.   Princeton University Press, N. J., (1955).
  329.  
  330.   6 J. S. Bell, On the the problem of hidden variables in quantum
  331.   mechanics, Reviews of Modern Physics, 38, 447-452, (1966).  Reprinted
  332.   in Quantum Theory and Measurement, p. 397, (1987).
  333.  
  334.   6.  The shut up and calculate interpretation
  335.  
  336.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  337.  
  338.   This is the most popular of interpretations. It recognizes that the
  339.   important content of QM is the mathematical models and the ability to
  340.   apply those models to real experiments. As long as we understand the
  341.   models and their application we do not need an interpretation.
  342.  
  343.   Advocates of this position like to argue that the existing framework
  344.   allows us to solve all real problems and that is all that is
  345.   important.  Franson's analysis  of Aspect's experiment1 shows this is
  346.   not entirely true.  Because there is no objective criterion in QM for
  347.   determining when a measurement is complete (and hence irreversible)
  348.   there is no objective criterion for measuring the delays in a test of
  349.   Bell's inequality.  If the demise of Schrodinger's cat may not be
  350.   determined until someone looks in the box (see item 2) how are we to
  351.   know when a measurement in tests of Bells inequality is irreversible
  352.   and thus measure the critical timing in these experiments?
  353.  
  354.   References:
  355.  
  356.   1 J. D. Franson, Bell's Theorem and delayed determinism, Physical
  357.   Review D, 31,    2529-2532, (1985).
  358.  
  359.   7.  Bohm's theory
  360.  
  361.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  362.  
  363.   Bohm's interpretation is an explicitly nonlocal mechanistic model.
  364.   Just as Bohr saw the philosophical principle of complementarity as
  365.   having broader implications than quantum mechanics Bohm saw a deep
  366.   relationship between locality violation and the wholeness or unity of
  367.   all that exists. Bohm was perhaps the first to truly understand the
  368.   nonlocal nature of quantum mechanics. Bell acknowledged the importance
  369.   of Bohm's work in helping develop Bell's ideas about locality in QM.
  370.  
  371.   References: D. Bohm, A suggested interpretation of quantum theory in
  372.   terms of "hidden" variables I and II, Physical Review,85, 155-93
  373.   (1952).  Reprinted in Quantum Theory and Measurement, p. 369, (1987).
  374.  
  375.   D. Bohm & B.J. Hiley, The Undivided Universe: an ontological
  376.   interpretation of quantum theory (Routledge: London & New York, 1993).
  377.  
  378.   Recently there has been renewed interest in Bohmian mechanics.  D.
  379.   D"urr, S. Goldstein, N Zanghi, Phys. Lett. A 172, 6 (1992) K. Berndl
  380.   et al., Il Nuovo Cimento Vol. 110 B, N. 5-6 (1995).
  381.  
  382.   Peter Holland's book The Quantum Theory of Motion (Cambridge
  383.   University Press 1993) contains many pictures of numerical simulations
  384.   of Bohmian trajectories.
  385.  
  386.   8.  Lawrence R. Mead rmead@whale.st.usm.ed The Transactional Interpre-
  387.   tation of Quantum Mechanics
  388.  
  389.   The transactional interpretation of quantum mechanics (J.G. Cramer,
  390.   Phys. Rev. D 22, 362 (1980) ) has received little attention over the
  391.   one and one half decades since its conception. It is to be emphasized
  392.   that, like the Many-Worlds and other interpretations, the
  393.   transactional interpretation (TI) makes no new physical predictions;
  394.   it merely reinterprets the physical content of the very same
  395.   mathematical formalism as used in the ``standard'' textbooks, or by
  396.   all other interpretations.
  397.  
  398.   The following summarizes the TI. Consider a two-body system (there are
  399.   no additional complications arising in the many-body case); the
  400.   quantum mechanical object located at space-time point (R_1,T_1) and
  401.   another with which it will interact at (R_2,T_2). A quantum mechanical
  402.   process governed by E=h0, conservation laws, etc., occurs between the
  403.   two in the following way.
  404.  
  405.   1) The ``emitter'' (E) at (R_1,T_1) emits a retarded ``offer wave''
  406.   (OW) \Psi.  This wave (or state vector) is an actual physical wave and
  407.   not (as in the Copenhagen interpretation) just a ``probability'' wave.
  408.  
  409.   2) The ``absorber'' (A) at (R_2,T_2) receives the OW and is stimulated
  410.   to emit an advanced ``echo'' or ``confirmation wave'' (CW)
  411.   proportional to \Psi at R_2 backward in time; the proportionality
  412.   factor is \Psi* (R_2,T_2).
  413.  
  414.   3) The advanced wave which arrives at 'E' is \Psi \Psi* and is
  415.   presumed to be the probability, P, that the transaction is complete
  416.   (ie., that an interaction has taken place).
  417.  
  418.   4) The exchange of OW's and CW's continues until a net exchange of
  419.   energy and other conserved quantities occurs dictated by the quantum
  420.   boundary conditions of the system, at which point the ``transaction''
  421.   is complete. In effect, a standing wave in space-time is set up
  422.   between 'E' and 'A', consistent with conservation of energy and
  423.   momentum (and angular momentum). The formation of this superposition
  424.   of advanced and retarded waves is the equivalent to the Copenhagen
  425.   ``collapse of the state vector''. An observer perceives only the
  426.   completed transaction, however, which he would interpret as a single,
  427.   retarded wave (photon, for example) traveling from 'E' to 'A'.
  428.  
  429.   Q1. When does the ``collapse'' occur?
  430.  
  431.   A1. This is no longer a meaningful question. The quantum measurement
  432.   process happens ``when'' the transaction (OW sent - CW received -
  433.   standing wave formed with probability \Psi \Psi*) is finished - and
  434.   this happens over a space-time interval; thus, one cannot point to a
  435.   time of collapse, only to an interval of collapse (consistent with
  436.   relativity).
  437.  
  438.   Q2. Wait a moment. What you are describing is time reversal invariant.
  439.   But for a massive particle you have to use the Schrodinger equation
  440.   and if \Psi is a solution (OW), then \Psi* is not a solution. What
  441.   gives?
  442.  
  443.   A2. Remember that the CW must be time-reversed, and in general must be
  444.   relativistically invariant; ie., a solution of the Dirac equation.
  445.   Now (eg., see Bjorken and Drell, Relativistic QM), the nonrelativistic
  446.   limit of that is not just the Schrodinger equation, but two
  447.   Schrodinger equations: the time forward equation satisfied by \Psi,
  448.   and the time reversed Schrodinger equation (which has i --> -i) for
  449.   which \Psi* is the correct solution. Thus, \Psi* is the correct CW for
  450.   \Psi as the OW.
  451.  
  452.   Q3. What about other objects in other places?
  453.  
  454.   A3. The whole process is three dimensional (space). The retarded OW is
  455.   sent in all spatial directions. Other objects receiving the OW are
  456.   sending back their own CW advanced waves to 'E' also. Suppose the
  457.   receivers are labeled 1 and 2, with corresponding energy changes E_1
  458.   and E_2. Then the state vector of the system could be written as a
  459.   superposition of waves in the standard fashion. In particular, two
  460.   possible transactions could form: exchange of energy E_1 with
  461.   probability P_1=\Psi_1 \Psi_1*, or E_2 with probability P_2=\Psi_2
  462.   \Psi_2*. Here, the conjugated waves are the advanced waves evaluated
  463.   at the position of R_1 or R_2 respectively according to rule 3 above.
  464.  
  465.   Q4. Involving as it does an entire space-time interval, isn't this a
  466.   nonlocal ``theory''?
  467.  
  468.   A4. Yes, indeed; it was explicitly designed that way. As you know from
  469.   Bell's theorem, no ``theory'' can agree with quantum mechanics unless
  470.   it is nonlocal in character. In effect, the TI is a hidden variables
  471.   theory as it postulates a real waves traveling in space-time.
  472.  
  473.   Q5. What happens to OW's that are not ``absorbed'' ?
  474.  
  475.   A5. Inasmuch as they do not stimulate a responsive CW, they just
  476.   continue to travel onward until they do. This does not present any
  477.   problems since in that case no energy or momentum or any other
  478.   physical observable is transferred.
  479.  
  480.   Q6. How about all of the standard measurement thought experiments like
  481.   the EPR, Schrodinger's cat, Wigner's friend, and Renninger's negative-
  482.   result experiment?
  483.  
  484.   A6. The interpretational difficulties with the latter three are due to
  485.   the necessity of deciding when the Copenhagen state reduction occurs.
  486.   As we saw above, in the TI there is no specific time when the
  487.   transaction is complete. The EPR is a completeness argument requiring
  488.   objective reality.  The TI supplies this as well; the OW and CW are
  489.   real waves, not waves of probability.
  490.  
  491.   Q7. I am curious about more technical details. Can you give a further
  492.   reference?
  493.  
  494.   A7. If you understand the theory of ``advanced'' and ``retarded''
  495.   waves (out of electromagnetism and optics), many of the details of TI
  496.   calculations can be found in: Reviews of Modern Physics, Vol. 58, July
  497.   1986, pp. 647-687 available on the WWW as:
  498.   http://mist.npl.washington.edu/npl/int_rep/tiqm/TI_toc.html
  499.  
  500.   9.  Complex probabilities
  501.  
  502.   References; Saul Youssef Quantum Mechanics as Complex Probability
  503.   Theory, hep-th 9307019.  S. Youssef, Mod.Phys.Lett.A 28(1994)2571.
  504.  
  505.   10.  Quantum logic
  506.  
  507.   References: R.I.G. Hughes, The Structure and Interpretation of Quantum
  508.   Mechanics, pp. 178-217, Harvard University Press, 1989.
  509.  
  510.   11.  Consistent histories
  511.  
  512.   References: R. B. Griffiths, Consistent Histories and the
  513.   Interpretation of Quantum Mechanics, Journal of statistical Physics.,
  514.   36(12):219-272(1984)
  515.  
  516.   M. Gell-Mann and J. B. Hartle, in Complexity, Entropy and the Physics
  517.   of Information, edited by W. Zurek, Santa Fe Institute Studies in the
  518.   Sciences of Complexity Vol. VIII, Addison-Wesley, Reading, 1990. Also
  519.   in Proceedings of the $3$rd International Symposion on the Foundations
  520.   of Quantum Mechanics in the Light of New Technology, edited by S.
  521.   Kobayashi, H. Ezawa, Y. Murayama and S. Nomura, Physical Society of
  522.   Japan, Tokyo, 1990
  523.  
  524.   R. B. Griffiths, Phys. Rev. Lett. 70, 2201 (1993)
  525.  
  526.   R. Omn`es, Rev. Mod. Phys. 64, 339 (1992)
  527.  
  528.   In this approach serious problems arise. This is best pointed out in:
  529.   B. d'Espagnat, J. Stat. Phys. 56, 747 (1989)
  530.  
  531.   F. Dowker und A. Kent, On the Consistent Histories Approach to Quantum
  532.   Mechanics, University of Cambridge Preprint DAMTP/94-48, Isaac Newton
  533.   Institute for Mathematical Sciences Preprint NI 94006, August 1994.
  534.  
  535.   12.  Spontaneous reduction models
  536.  
  537.   Reference:
  538.  
  539.   G. C. Ghirardi, A. Rimini and T. Weber, Phys. Rev. D 34, 470 (1986).
  540.  
  541.   13.  What is needed?
  542.  
  543.   All comments suggested and contributions are welcome. We currently
  544.   have nothing but references on Complex Probabilities, Quantum Logic,
  545.   Consistent Histories and Spontaneous Reduction Models. The entries on
  546.   the following topics are minimal and should be replaced by complete
  547.   articles.
  548.  
  549.   o  Copenhagen interpretation
  550.  
  551.   o  Relative State (Everett)
  552.  
  553.   o  Shut up and calculate
  554.  
  555.   o  Bohm's theory
  556.  
  557.   Alternative views on any of the topics and suggestions for additional
  558.   topics are welcome.
  559.  
  560.   14.  Is this a real FAQ?
  561.  
  562.   Paul Budnik paul@mtnmath.com
  563.  
  564.   A FAQ is generally understood to be a reasonably objective set of
  565.   answers to frequently asked questions in a news group. In cases where
  566.   an issue is controversial the FAQ should include all credible opinions
  567.   and/or the consensus view of the news group.
  568.  
  569.   Establishing factual accuracy is not easy. No consensus is possible on
  570.   interpretations of QM because many aspects of interpretations involve
  571.   metaphysical questions. My intention is that this be an objective
  572.   accurate FAQ that allows for the expression of all credible relevant
  573.   opinions.  I did not call it a FAQ until I had significant feedback
  574.   from the `sci.physics' group. I have responded to all criticism and
  575.   have made some corrections. Nonetheless there have been a couple of
  576.   complaints about this not being a real FAQ and there is one issue that
  577.   has not been resolved.
  578.  
  579.   If anyone thinks there are technical errors in the FAQ please say what
  580.   you think the errors are. I will either fix the problem or try to
  581.   reach on a consensus with the help of the `sci.physics' group about
  582.   what is factually accurate.  I do not feel this FAQ should be limited
  583.   to noncontroversial issues.  A FAQ on measurement in quantum mechanics
  584.   should highlight and underscore the conceptual issues and problems in
  585.   the theory.
  586.  
  587.   The one area that has been discussed and not resolved is the status of
  588.   locality in Everett's interpretation. Here is what I believe the facts
  589.   are.
  590.  
  591.   Eberhard proved that any theory that reproduces the predictions of QM
  592.   is nonlocal1. This proof assumes contrafactual definiteness (CFD) or
  593.   that one could have done a different experiment and have gotten a
  594.   definite result. This assumption is widely used in statistical
  595.   arguments.  Here is what Eberhard means by nonlocal:
  596.  
  597.      Let us consider two measuring apparata located in two different
  598.      places A and B. There is a knob a on apparatus A and a knob b on
  599.      apparatus B.  Since A and B are separated in space, it is
  600.      natural to think what will happen at A is independent of the
  601.      setting of knob b and vice versa.    The principles of relativity
  602.      seem to impose this point of view if the time at which the knobs
  603.      are set and the time of the measurements are so close that, in
  604.      the time laps, no light signal can travel from A to B and vice
  605.      versa. Then, no signal can inform a measurement apparatus of
  606.      what the knob setting on the other is. However, there are cases
  607.      in which the predictions of quantum theory make that
  608.      independence assumption impossible. If quantum theory is true,
  609.      there are cases in which the results of the measurements A will
  610.      depend on the setting of the knob b and/or the results of the
  611.      measurements in B will depend on the setting of the knob a.1
  612.  
  613.   It is logically possible to deny CFD and thus to avoid Eberhard's
  614.   proof.  This assumption can be made in Everett's interpretation.
  615.   Everett's interpretation does not imply CFD is false and CFD can be
  616.   assumed false in other interpretations.  I do not think it is
  617.   reasonable to deny CFD in some experiments and not others but that is
  618.   a judgment call on which intelligent people can differ.
  619.  
  620.   It is mathematically impossible to have a unitary relativistic wave
  621.   function from which one can compute probabilities that will violate
  622.   Bell's inequality. A unitary wave function does satisfy CFD and thus
  623.   is subject to Eberhard's proof. This is a problem for some advocates
  624.   of Everett who insist that only the wave function exists.  There is no
  625.   wave function consistent with both quantum mechanics and relativity
  626.   and it is mathematically impossible to construct such a function.
  627.   Quantum field theory requires a nonlocal and thus nonrelativistic
  628.   state model. The predications of quantum field theory are the same in
  629.   any frame of reference but the mechanisms that generate nonlocal
  630.   effects must operate in an absolute frame of reference. Quantum
  631.   uncertainty makes this seemingly paradoxical situation possible. There
  632.   is a nonlocal effect but we cannot tell if the effect went from A to B
  633.   or B to A because of quantum uncertainty. As a result the predictions
  634.   are the same in any frame of reference but any mechanism that produces
  635.   these predictions must be tied to an absolute frame of reference.
  636.  
  637.   There is a certain Alice in Wonderland quality to arguments on these
  638.   issues. Many physicists claim that classical mathematics does not
  639.   apply to some aspects of quantum mechanics, yet there is no other
  640.   mathematics. The wave function model is a classical causal
  641.   deterministic model. The computation of probabilities from that model
  642.   is as well.  The aspect of quantum mechanics that one can claim lies
  643.   outside of classical mathematics is the interpretation of those
  644.   probabilities.  Most physicists believe these probabilities are
  645.   irreducible, i. e., do not come from a more fundamental deterministic
  646.   process the way probabilities do in classical physics. Because there
  647.   is no mathematical theory of irreducible probabilities one can invent
  648.   new metaphysics to interpret these probabilities and here is where the
  649.   problems and confusion rest.    Some physicists claim there is new
  650.   metaphysics and within this metaphysics quantum mechanics is local.
  651.  
  652.   References:
  653.  
  654.   P. H. Eberhard, Bell's Theorem without Hidden Variables, Il Nuovo
  655.   Cimento, V38 B 1, p 75, Mar 1977.
  656.  
  657.