2007-05-14

关于量子退相干诠释

[以下部分需要读者对量子退相干解释有所了解,其中包括了我的许多不可靠推测,仅供参考:]

即使接受量子退相干(quantum decoherence)的解释,为了满足好事者的好奇心,还需要说明那只处于叠加态的宏观的Schrödinger猫被身上到底会发生什么,因为如果把对微观系统计算结果直接套在这只宏观的猫身上,其结果过于荒谬以至于根本无法接受。

首先必须强调,切断一个宏观物体跟环境的一切联系,这在技术上可能是永远做不到的,这种尝试说不定会遭遇到物理上的极限。但为了讨论问题,我们不妨假定我们能够做到(嘿嘿,说不定需要动用一些在我们现在看来极其恐怖的技术手段,例如某些需要动用一个恒星的全部能量的技术手段。俺根本不知道咋样才能做到,见笑了)。深入一点分析,我非常怀疑,如果我们真的能切断猫盒和整个宇宙其他部分的一切联系,即便没有那个残忍的杀猫装置,猫还能存活多长时间。我倾向于认为生命现象对所依赖的物理规律是相当敏感的,一旦生命跟宏观环境之间极其频繁的相互作用被切断,构成我们的身体的粒子由外接环境引起的退相干就会消失(注意,退相干并不是孤立系统自发发生的过程,量子力学并不允许这种过程。因此提到退相干的时候实际上总是要有一个参照物,例如我们的身体对于环境发生退相干),生命所依赖的分子原子层次的统计物理规律就会因此发生变化,可能会直接损害脆弱的生命现象。也就是说一旦我们成功隔离了猫盒,这种隔离就让猫盒的量子态的演化过程跟宇宙的其它部分不再相关,猫盒的量子态开始作为一个小系统按照量子力学规律独立演化,不再象隔离之前那样跟随周围巨大的环境系统共同按照量子力学规律演化。这种变化的结果我猜测几乎一定会让猫根本无法生存。如果我们真的能隔离猫盒,这只猫可能在隔离过程中就会死亡,甚至隔离这只猫的装置和附近的一些东西都会在隔离过程中由于被切断了跟猫盒这样一个宏观系统的全部联系而遭到破坏(后面很快就会再次提到这一点)。彻底隔离了猫盒之后,这只猫就已经死了。在我们重新开始观测这个猫盒的时候,在我们的观测手段所确定的表象下,这只(死)猫确实应该处于某种叠加态,在打开猫盒的过程中,由于猫盒是一个宏观物体,退相干的过程很可能会带来非常恐怖的物理效应,说不定会再次破坏周围的仪器,对盒子内部的环境也会再次造成严重的破坏。在经历了这些过程之后,我们将会发现量子力学的基本规律再次得到验证,但我们不可能得到活猫,甚至连猫的死尸都可能得不到。

把一只宏观的猫盒和宇宙环境彻底隔离开可能带来什么样的物理效应呢,说不定会是这样:隔离之后猫盒之中的物质由于缺乏外界大环境的频繁相互作用,开始发生某种可以被称为“量子变质”的反应,例如在盒子中出现了一些类似于超流或超导之类的奇特现象(当然应该不会是超流或超导,具体是什么我们现在还算不出来),导致猫被这种发生了“量子变质”的奇特物质所杀死(这是我胡猜的,实在猜不出这种情况下到底会发生些什么鸟事,见笑)。

如果上述这些启发式分析侥幸没有原则性的错误,那么Schrödinger猫实验的真实结果很可能是猫被隔离之后确实进入了某种叠加态,但在隔离完成之时,猫就死掉了。即便没有杀猫装置,死掉的猫也一样处于某种量子叠加态。实际上猫的量子态就是个普通的纯量子态,由于接下来我们将通过一种特定的方法观测这个系统,而观测手段将确定一组本征态,在这组本征态下,我们称猫的量子态就是这些本征态的叠加态。杀猫装置的存在并不会使这个系统的量子态出现什么本质的不同,只不过是个摆设。这种情况下一只死猫(甚至可能死得很难看,身上一个没有完全被毁的零件都没留下)也就谈不上什么意识了,它自然也就不会因为生死叠加而变得稀里糊涂。彻底隔离这样一个盒子可能会需要付出巨大的代价(例如前面提到的需要用掉一颗恒星的全部能量的技术手段,见笑),而观察这样一个盒子,宏观物体恐怖的退相干过程可能会造成许多很奇妙的物理效应(例如发生一次规模巨大的爆炸,再次见笑)。

不过所有这些启发式的思考都开始超出了我思考能力和知识范围的极限,实在无法进一步海阔天空地胡侃了。

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有一点必须说明,量子力学的退相干解释实际上恢复了物理学决定论的世界观。如果退相干解释被彻底证实,那么在这个意义上Einstein胜利了。Bell不等式的失利实际上意味着爱因斯坦对于局域性的理解有错误,在EPR悖论这个问题上Bohr胜利了。