home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / physics / 18176 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-05  |  7.2 KB

  1. Xref: sparky sci.physics:18176 alt.sci.physics.new-theories:2173
  2. Path: sparky!uunet!portal!lll-winken!snow.geology.wisc.edu!saimiri.primate.wisc.edu!zaphod.mps.ohio-state.edu!uwm.edu!rutgers!igor.rutgers.edu!math.rutgers.edu!svetlich
  3. From: svetlich@math.rutgers.edu (George Svetlichny)
  4. Newsgroups: sci.physics,alt.sci.physics.new-theories
  5. Subject: No FTL signal proofs still good.
  6. Summary: Sarfatti's objections to no FTL signal proofs do not stand.
  7. Keywords: superluminal, signal, quantum, correlation, Heisenberg, uncertainty
  8. Message-ID: <Nov.5.12.47.40.1992.23831@math.rutgers.edu>
  9. Date: 5 Nov 92 17:47:41 GMT
  10. Followup-To: sci.physics
  11. Organization: Rutgers Univ., New Brunswick, N.J.
  12. Lines: 135
  13.  
  14. Sarfatti's argument against the validity of the contention that standard
  15. quantum mechanics (SQM) forbids superluminal quantum-correlation signals
  16. is apparently based on two allegations:
  17.  
  18. 1. Besides dynamical equations there are boundary conditions and
  19. Sarfatti uses novel boundary conditions.
  20.  
  21. 2. Commuting observables are nevertheless incompatible due to state
  22. entanglement as was shown by Schroedinger in 1930 and by de la Torre in
  23. the past two years.
  24.  
  25. Neither of these allegations stand up as an argument for SQM implying
  26. superluminal signals.
  27.  
  28. In relation to the first one should call attention to the fact that SQM
  29. _does_ impose restrictions on boundary conditions, usually through
  30. precise domain requirements on unbounded operators in hilbert space.
  31. Such requirements are usually to the effect that any putative operator
  32. (generally differential) that is to represent an observable should be
  33. essentially self adjoint, and this translates itself into boundary
  34. conditions on the vectors in its domain. Imposing any other "novel"
  35. boundary conditions is as much a deviation from SQM as is using
  36. non-unitary evolution (and in particular cases can amount to the same
  37. thing).
  38.  
  39. More to the point though is that considerations of evolution for the
  40. no-signal theorem is secondary. The theorem is basically a consequence
  41. of two main assumptions:
  42.  
  43.    a) The mean value of any observable is given as a matrix element
  44.    (F,AF) of a self-adjoint operator A in the state F.
  45.  
  46.    b) Operators corresponding to observations carried out at space-like
  47.    separation commute.
  48.  
  49. Now an observation can be carried out by a complex arrangement of
  50. physical object which may interact among themselves and with the system
  51. being observed. The functioning of such an arrangement can then be
  52. described by appropriate dynamical laws, evolution equations, boundary
  53. conditions, etc. If these do not follow SQM rules one may end up with an
  54. arrangement that doesn't satisfy a) above. But then such an arrangement
  55. by definition does not realize a SQM observable. The role of evolution
  56. in the no-signal theorem is thus indirect and the argument does not
  57. essentially depend on it. One just has to ask if the arrangements on
  58. both sides of Sarfatti's experiment satisfy a) above or not. If not, SQM
  59. has been abandoned, if yes, all arguments concerning evolution and
  60. boundary conditions are irrelevant.
  61.  
  62. If Sarfatti admits that his arrangements satisfy a) he must now face b).
  63. Since he apparently doesn't deny this, the no-signal theorem follows and
  64. his device can't work.
  65.  
  66. Well, what about Schroedinger and de la Torre? Sarfatti doesn't supply us
  67. with references and I've not located Schroedinger's argument, but for
  68. de la Torre (where one finds some mention of Schroedinger's expression)
  69. he probably means:
  70.  
  71.         A. C. del la Torre, P. Catuogno and S. Ferrando
  72.  
  73.         "Uncertainty and nonseparability"
  74.         Found. Phys. Lett. 2, 235 (89)
  75.  
  76.         and
  77.  
  78.         "Nonseparability and noncommutativity in quantum systems"
  79.         Found. Phys. Lett. 4, 49 (1991)
  80.  
  81. Now these papers are certainly within the realm of SQM and though the
  82. authors seem to derive some of their motivation from philosophical
  83. considerations usually found in hidden-variable arguments, their
  84. calculations are within SQM. Their calculation is nothing more than to
  85. derive what appears to be a Heisenberg-type uncertainty relation for
  86. commuting observables in a given state, that is if A, B are quantum
  87. mechanical observables (commuting or not) then in a state F one can
  88. derive that
  89.  
  90.         Delta A Delta B >= |T(A,B,F)|
  91.  
  92. where Delta A  is the root mean square of the observed values of A in F
  93. and similarly for B. (Delta A)^2 = (F, A^2F) - (F, AF)^2, and T(A,B,F)
  94. = (F, ABF)-(F, AF)(F, BF).
  95.  
  96. This is nothing more than the Cauchy Schwartz inequality. Similarly if X
  97. and Y are two  _classical_ random variables then
  98.  
  99.         s(X)s(Y) >= |C(X,Y)|
  100.  
  101. where s(X) is the standard deviation of X, likewise for Y. and C(X, Y)
  102. is the covariance. Thus _classical_ random variables satisfy (shall we
  103. say it?) a Heisenberg-type inequality.
  104.  
  105. De la Torre et al. have a curious phrase in their second paper:
  106.  
  107. "In the last section we have shown that there are physical states where
  108. commuting observables are incompatible due to the nonseparability or
  109. non-PI."
  110.  
  111. (non-PI translates to T(A, B, F) not vanishing). This is a very strange
  112. idea of incompatibility. They seem to feel a Heisenberg-type inequality
  113. implies incompatibility. They missed a few essential points about
  114. Heisenberg uncertainty relations (like being able to give a
  115. state-independent lower bound to the right hand side). One cannot derive
  116. from their inequality for commuting observables the same type of
  117. conclusions that one derives from the Heisenberg uncertainty relations.
  118. If one could, all statisticians would have to study quantum mechanics
  119. as classical random variable would then behave like quantum
  120. observables.. For instance, knowing that incidence of lung cancer and
  121. smoking are correlated one deduces an a-priori inequality relating the
  122. standard deviations of the number of cigarettes smoked and of the
  123. severity of lung lesions, making their product bounded below by the
  124. modulus of the covariance. Does does this means these two variables are
  125. incompatible? Does it mean reducing the one number (holding smoking to
  126. zero, hence zero standard deviation) will make the other standard
  127. deviation (severity of lung lesions) go infinite? Do people with perfect
  128. lungs invariably smoke a widely varying number of cigarettes a day?
  129.  
  130. The cited results (and probably Schroedinger's as well) have nothing to
  131. do with superluminal signals as the same reasoning would apply to states
  132. and experimental arrangements conforming to Bell's inequalities for
  133. which a common cause explanation for the correlations can be given, and
  134. no one believes that common-cause correlations can be used for
  135. superluminal signals. Otherwise one could build a superluminal telegraph
  136. utilizing a "source" that randomly picks matched pairs of socks and
  137. sends each one in opposite directions. There would be an observer
  138. catching one of the socks, and by analyzing it, would determine if the
  139. space-like separated observer was looking at the color or at the
  140. weave-pattern of the other mate. If a state-dependent seemingly
  141. Heisenberg-like inequality was all that was needed to send signals, this
  142. would work.
  143.  
  144. -- 
  145. George Svetlichny                    /\      On leave from:
  146. Department of Mathematics          /***|     Departamento de Matematica
  147. Hill Center, Rutgers University   /****|     Pontificia Universidade Catolica
  148. New Brunswick, 08903 NJ          /*****|     Rio de Janeiro, Brazil
  149.