6.7 Декогеренція

Головна ／ Розділ 6: Квантова область

I. Явище та базове запитання
Дуже малі об’єкти здатні «поводитися як хвилі»: накладатися й утворювати інтерференційний рисунок. Натомість великі об’єкти майже завжди рухаються «як частинки» однією чіткою траєкторією. Окремий електрон чи фотон у досліді з подвійною щілиною дає тонкі смуги; якщо замінити їх теплим пилом або підігрітими великими молекулами, смуги швидко тьмяніють. Навіть надпровідні кубіти, здатні зберігати когерентність, втрачають контраст, щойно посилюється зв’язок з оточенням. Отже постає інтуїтивне питання: якщо діють ті самі фізичні закони, чому макросвіт виглядає «класичним»?

II. Пояснення за Теорією енергетичних волокон: три способи, якими когерентність «розріджується»
За першим згадуванням: Теорія енергетичних волокон (EFT) описує кожний квантовий об’єкт, що поширюється, як «когерентну оболонку», яка естафетно рухається енергетичним морем. Відповідно до Теорії енергетичних волокон, декогеренція виникає тоді, коли ця оболонка слабо зчіплюється з оточенням, і фазовий порядок дифундує та розмивається.

• Зв’язок з оточенням записує всюди сліди «яким шляхом»:
  Ніжні зіткнення та розсіяння на газі, випромінюванні чи кристалічній ґратці фіксують різницю шляхів у численних ступенях вільності середовища. Мовою Теорії енергетичних волокон пучки фазових візерунків розподіляються між безліччю мікроелементів «моря волокон», формуючи розсіяне «пам’ятне відбиття».
• Тензорний фоновий шум огрублює фазові візерунки:
  Енергетичне море не є статичним; у ньому існує всюдисущий слабкий тензорний шум. З часом він зсуває відносні фази між різними шляхами: колись впорядковані мотиви розпадаються, а когерентна оболонка переходить зі стану «гостра» до «тупа».
• Оточення «відбирає» коридори стабільного зчитування:
  За тривалої взаємодії зберігаються лише ті орієнтації та розподіли, що найменше чутливі до оточення — так звані вказівні стани. Вони відповідають коридорам із мінімальним збуренням і виглядають як класичні траєкторії.

Сумарний ефект: людський спостерігач не потрібен. Фазова інформація вже витекла в оточення; з погляду локальної системи лишається змішана статистика, а інтерференційний рисунок зникає. Так квантова реальність «виходить на сцену» як класична.

III. Типові ситуації (від лабораторного столу до переднього краю досліджень)

• Подвійна щілина в газі або за теплового випромінювання:
  Якщо поступово підвищувати тиск чи температуру поблизу шляхів, видимість смуг зменшується системно — залежно від поєднання тиску, температури та різниці шляхів. Пояснення: події розсіяння надають сусіднім частинкам і фотонам «ярлики шляху»; фазовий порядок витікає, і смуги згасають.
• Інтерференція великих молекул і власна емісія:
  C₆₀ та ще більші органічні молекули демонструють інтерференцію у високому вакуумі за низької температури. Під час нагрівання їхні теплові фотони «виносять» фазову інформацію в оточення, тож смуги слабшають, бо випромінені фотони несуть різницю фаз.
• Час когерентності кубітів і відновлення за допомогою еха:
  У надпровідних або спінових системах релаксація та дефазування визначають «вікно когерентності». Техніки еха або динамічного розв’язування здатні повернути частину розмитого фазового порядку — інтерференція з’являється знову. Це свідчить, що декогеренція є дифузією інформації через зв’язок, а не повним стиранням.
• Експерименти типу «квантова гумка»:
  Коли ступені вільності середовища несуть запис про шлях, його стирання — або таке об’єднання, щоб запис став непридатним для читання — відновлює інтерференцію у відповідних умовних підмножинах. Видимість залежить від доступності фазової інформації, а не від «раптового окласичнення» частинки.
• Оптомеханіка та «вікна» когерентності в біології:
  Мікромеханічні резонатори, охолоджені майже до основного стану, можуть нетривало зберігати когерентність. Складні комплекси фотосинтезу підтримують крихітні «кишені» когерентності навіть у теплому та вологому середовищі. Це показує, що когерентність можна інженерно підтримувати, якщо контролювати зв’язок і фоновий шум.

IV. Експериментальні відбитки (як помітити, що фаза стає «тупішою»)

• Контраст смуг системно зменшується зі зростанням тиску, температури, різниці шляхів і розміру частинок.
• Послідовності Рамзі та Хан-ехо показують загасання оболонки з частковим відновленням.
• Після вибіркового «стирання» або «маркування» інформації про шлях смуги у умовній статистиці з’являються знов або зникають.
• Ізотропний шум порівняно з напрямленим дає різні кутові залежності занепаду когерентності.

V. Короткі відповіді на поширені непорозуміння

• Чи дорівнює декогеренція втраті енергії?
  Ні. Передусім це вихід назовні фазової інформації; повна енергія може майже не змінюватися.
• Чи потребує декогеренція спостерігача?
  Ні. Будь-який фіксований зв’язок із оточенням достатній, щоб розсіяти фазу — зі спостерігачем чи без нього.
• Чи сама декогеренція пояснює, чому виникає єдиний результат?
  Вона пояснює, чому суперпозиції стають невидимими і чому з’являються стабільні вказівні стани. Однак, щоб підсилити мізерну різницю до читабельного результату, необхідні процеси зв’язку, замикання та пам’яті вимірювального приладу (див. розділ 6.4).
• Чи є декогеренція незворотною?
  У принципі когерентність можна відбудувати, якщо зібрати й обернути всі записи середовища. На практиці це майже неможливо, бо записи розсіяні по величезній кількості ступенів вільності. Техніки еха та «стирання» демонструють обмежену зворотність.

VI. Підсумовуючи
Декогеренція не переписує квантові закони. Вона показує, що коли фазова інформація з локальної когерентної оболонки дифундує у велике енергетичне море та в оточення, інтерференційні рисунки зникають із локального погляду. Макроскопічна класичність постає тоді, коли системи — під дією фонового шуму та тривалого багатоканального зв’язку — «спрямовуються» у стабільні коридори, найменш чутливі до оточення.
Одним реченням: квантове скрізь присутнє; класичне — це його вигляд після декогеренції.