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第25章 量子相干性和退相干

“量子相干性”是什么?我搜索了很久一直都没有找到答案最后终于在一篇浙江大学的论文中看到了这样的表述:“量子相干性,是对量子的波动性的描述。”也就是说量子相干性是对量子波动性的概述,包括干涉、衍射、纠缠等波动性的特征,都属于是量子相干性。然而不确定性,是波动性和粒子性共同的、是量子最基本的特征;同时又是波的本征属性;另外量子态叠加是量子的普遍形态,态的叠加必然是相干的。所以我认为“量子相干性”可以概括量子的全部特征,就是对全部量子特征的概述。

“量子退相干”,其实是用来解释事物从量子力学(量子相干性)过渡到经经典物理学(确定规律)的一个概念。也是从测不准到测得准的核心问题。传统的哥本哈根派认为微观和宏观之间存在着某种边界——“海森堡边界”,把量子尺度和宏观尺度分别了出来。微观粒子必须满足量子尺度才能表现出量子特征;而随着尺度的增大,在某个时刻量子效应就失效了,取而代之的是确定的规律,就表现为经典物理学的特征。所以传统哥本哈根派认为,量子退相干的原因就是尺度增大了,跨过“海森堡边界”了,所以量子特征就不显现了。

现代的哥本哈根诠释,把量子态看做是认识论,而不是本体论。量子力学描述的是人们对物理系统的认知,而不是物理系统本身。量子态不是物理状态,而是我们对物理系统的认识方式。因此认识方式和认识行为就是独立于物理系统之外的,从微观到宏观,物理系统并没有所谓的边界,也没有所谓的退相干;只是认识方式发生了突变,宏观的认识方式对于量子效应完全可以忽略不计了,而并非是量子效应消失了。

现代的哥本哈根思想与我是不谋而合的,我在《导论》的最终结论中已经指出:数学、科学、哲学、伦理学本质上全都是思维规则,也就是认识方式;人类的一切的认识其实就是对思维的认识和规定;知识就是思维本身:

数学(数理逻辑)是一切知识(理性思维)的基本原则;

科学(知识逻辑)是与客观现象相符的客观必然性知识(思维规则);

哲学(系统逻辑)是对“知识”的认识——智识(知识系统对立统一的普遍必然性思维规则);

伦理学(伦理逻辑)是知识和智识相统一的认识方式,即客观必然性和主观规定性的应然性思维及行为规则。

休谟的归纳问题是不可能解答的,所以本体论都是不能成立的,凡能成立的都是认识论。故此,按照现代哥本哈根思想的诠释,“量子退相干”是不存在的,“微观”与“宏观”是相对概念。当我们测量一个物理量时,它的量子效应可以忽略不计时,它就是宏观的;如果它的量子效应是不能忽视的,则它就是微观的。因而小到强子也可以是宏观的;大到黑洞也可以是微观的。量子效应无所谓微观与宏观,是一直都存在的,之所以会有微观与宏观的区别是我们的认识方式在发生了改变,也就是“观测者偏好”,其实就是观测(测量)方式。当一种测量方式测不到或可以忽略量子效应时,则就没有量子效应;而当一种测量方式无法回避量子效应时,则就有了量子效应,量子退相干是从未有过的事情、量子边界是根本不存在的、波函数也没有塌缩。

如果说微观与宏观、量子效应与确定规律,只是观测偏好的原因,可为什么我们在宏观世界中无论如何也观测不到微观现象呢?比如我们在宏观世界永远也不可能找到一只即活又死的猫(叠加态);一个人不停的撞墙,直到撞死也不可能进入或穿过这堵墙(隧穿);人类历史上从来也没有发现过真正的心灵感应(纠缠态)……量子效应在宏观世界确实是消失不见了。哥本哈根学派的解释是:量子效应扩散到了更大的范围(例如宇宙的表面),超出了人类的感知(包括感官以及感官的延伸——科学仪器)极限,所以人类观测不到了。也就是说人类观测不到量子效应的范围,就是人类所理解的宏观世界。

我觉得这个解释是有些迁强的,量子效应明明是无处不在的,比如我们身边的一张桌子、一把椅子、一部手机等等所有的物质,无时无刻不在发生着量子隧穿、量子跃迁……德布罗意指出一切的物质都是波粒二象性的。我们之所以认为宏观世界没有量子效应,这个“宏观世界”的概念本身就是一种偏好,所谓的“宏观世界”、“宏观物质”,其实是个系统概念,而不是任何的物质概念。当我们说“一只猫”、“一个人”、“一块石头”、“一堵墙”……的时候,世界上从来也不存在“猫”、“人”、“石头”、“墙”……这种物质,它们只不过是由物质粒子构成的一个个系统。当我们认为观测不到量子效应的时候,其实我们是抛开了物质而站在了系统的立场上;所谓的量子效应消失、量子退相干,就是因为观测者从物质偏好转向了系统偏好而导致的。

“物质系统”,是由物质粒子构成的综合统一整体,而不是物质本身。就如同说“中国”是由全部中国人组成的一个国家,但“中国”并不是任何的一个人或一种人,“中国”跟“中国人”不是等效的,是不能用“=”号来连接的。所以“物质”与“物质系统”是完全不同的概念,“物质”是具有量子效应的,物质本身就是量子化的;“物质系统”是去量子化的,就是确定的、可以精确测量的。如果说物质的本质是概率波,那么“物质系统”就是两个或以上的、对立(矛盾)的概率波相干,而突现出来的综合统一特征值。“特征值”就是确定的,就是不具有量子效应的。

“量子系统”指的是量子态的叠加,前面已经说过,“量子态叠加”是一个理论概念,是不能验证的。所以“量子系统”其实是一个空概念,是人们为了理解量子态而主观创造出来的,事实上并没有与“量子系统”相符合的客观现象。因此,量子不是系统,量子态就是物质(能量)的本征态。物质系统,是物质波,就是物质的综合特征态。

“本征值”与“特征值”,原本是同意的,是一个线性函数的概念。本书中我把它们做一点区别,我把“本征值”用做一个哲学概念,用来表述事物原本的样子,可以是线性的,也可以是非线性的(不能确定的)。“特征值”还是其原本的涵意,只表述线性的(确定的)事物。

概率波、量子相干性,是物质的本征态(值),也就是我们传统上认为微观态;物质波、物质系统,是物质的综合特征态(值),也就是我们传统上认为的宏观态。所以,物质就是微观的、量子态的;物质系统就是宏观的、确定态的。

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