6.7 Dekoherens

Hem ／ Kapitel 6: Kvantdomänen

I. Fenomen och grundfråga
Mycket små objekt kan ”uppföra sig som vågor”: de överlagras och bildar interferensmönster. Större objekt följer nästan alltid ”som partiklar” en enda tydlig bana. Enskilda elektroner eller fotoner i ett dubbelspaltsförsök ger fina fransar; om man i stället använder varm damm eller uppvärmda stora molekyler bleknar fransarna snabbt. Till och med supraledande qubitar, som kan bevara koherens, tappar kontrast så snart kopplingen till omgivningen ökar. Därför uppstår den naturliga frågan: om samma fysikaliska lagar gäller, varför ser makrovärlden ”klassisk” ut?

II. Energifilamentteorin: tre sätt som koherens ”späds ut”
Vid första omnämnandet: Energifilamentteorin (EFT) beskriver varje fortskridande kvantobjekt som ett ”koherenshölje” som förs vidare genom energihavet. Enligt Energifilamentteorin uppstår dekoherens när detta hölje kopplas svagt till omgivningen, så att fasordningen diffunderar och suddas ut.

• Omgivningskoppling skriver spår av ”vilken väg” överallt:
  Mycket svaga kollisioner och spridning mot gas, strålning eller kristallgitter lagrar skillnader mellan banor i många av omgivningens frihetsgrader. I Energifilamentteorins termer sprids knippen av fas-motiv över otaliga mikroelement i filamenthavet och bildar ett distribuerat ”minne”.
• Tensoriskt bakgrundsbrus gör fas-motiven sträva:
  Energihavet är inte stilla; där finns svagt men allestädes närvarande tensoriskt bakgrundsbrus. Med tiden driver relativa faser mellan olika banor i väg. Tidigare ordnade mönster bryts upp och koherenshöljet går från ”skarpt” till ”trubbigt”.
• Omgivningen ”väljer” korridorer för stabil avläsning:
  Vid långvarig växelverkan bevaras bara orienteringar och fördelningar som är minst känsliga för omgivningen — så kallade pekartillstånd. De motsvarar korridorer med minimal störning och framträder som klassiska banor.

Nettoutfall: ingen mänsklig observatör behövs. Fasinformationen har redan läckt ut till omgivningen; ur systemets lokala perspektiv återstår blandad statistik och interferensmönstret försvinner. Så träder det kvantmekaniska ”in på scenen” som klassiskt.

III. Typiska scenarier (från bänken till frontlinjen)

• Dubbelspalt i gas eller med termisk strålning:
  Om man stegvis ökar tryck eller temperatur nära banorna minskar franskontrasten systematiskt enligt en kombination av tryck, temperatur och banskillnad. Förklaring: spridningshändelser sätter ”banetiketter” på närliggande partiklar och fotoner; fasordningen läcker och fransarna dör ut.
• Interferens med stora molekyler och egenemission:
  C₆₀ och ännu större organiska molekyler visar interferens i högt vakuum vid låg temperatur. När de värms upp ”bär” deras termiska fotoner ut fasinformationen till omgivningen, varpå fransarna försvagas eftersom de utsända fotonerna tar med sig fas-skillnaden.
• Qubitars koherenstid och återhämtning med eko:
  I supraledande eller spinnsystem bestäms ”koherensfönstret” av relaxation och defasning. Ekotekniker eller dynamisk avkoppling kan dra tillbaka delar av den utsuddade fasordningen, så att interferensen återkommer. Detta visar att dekoherens är informationsdiffusion orsakad av koppling, inte total radering.
• Kvantgummi-experiment:
  Om omgivningens frihetsgrader bär baninformation kan radering av denna registrering — eller sammanslagning så att den blir oläsbar — återställa interferens i motsvarande villkorsstyrda delmängder. Synligheten beror på om fasinformationen är åtkomlig, inte på att en partikel ”plötsligt blir klassisk”.
• Optomekanik och biologiska koherensfönster:
  Mikromekaniska resonatorer som kylts nära grundtillståndet kan kortvarigt behålla koherens. Komplexa fotosynteskomplex upprätthåller mycket små ”fickor” av koherens även i varm och fuktig miljö. Detta visar att koherens kan upprätthållas tekniskt när koppling och bakgrundsbrus kontrolleras.

IV. Experimentella fingeravtryck (så märks att fasen blir ”trubbigare”)

• Franskontrasten minskar systematiskt när tryck, temperatur, banskillnad och partikelstorlek ökar.
• Ramsey- och Hahn-eko-sekvenser visar en avtagande höljeskurva med delvis återhämtning.
• Efter selektiv ”radering” eller ”märkning” av baninformation uppträder eller försvinner fransar i villkorsstyrd statistik.
• Isotropiskt brus jämfört med riktat brus ger olika vinkelberoenden i koherensens avklingning.

V. Snabba svar på vanliga missuppfattningar

• Är dekoherens lika med energiförlust?
  Nej. Det är i första hand utåtgående spridning av fasinformation; totalenergin kan vara nästan oförändrad.
• Kräver dekoherens en observatör?
  Nej. Varje registrerbar koppling till omgivningen räcker för att sprida fasen — med eller utan observatör.
• Förklarar dekoherens ensam varför utfallet blir entydigt?
  Den förklarar varför superpositioner blir osynliga och varför stabila pekartillstånd uppstår. För att blåsa upp en liten skillnad till ett läsbart resultat behövs ändå mätenhetens koppling, slutenhet och minnesprocesser (se avsnitt 6.4).
• Är dekoherens irreversibel?
  I princip kan koherens återskapas om alla omgivningsregister samlas in och reverseras. I praktiken är det nästan omöjligt eftersom registren är spridda över mycket många frihetsgrader. Eko och radering visar en begränsad reversibilitet.

VI. Sammanfattningsvis
Dekoherens skriver inte om kvantlagarna. Den visar att när fasinformation från ett lokalt koherenshölje diffunderar ut i det stora energihavet och i omgivningen, försvinner interferensmönster ur den lokala bilden. Makroskopisk klassicitet uppstår när system — drivna av bakgrundsbrus och långvarig flerkanalig koppling — ”styrs” in i stabila korridorer som är minst känsliga för omgivningen.
I en mening: det kvantmekaniska finns överallt; det klassiska är dess uttryck efter dekoherens.