(三)、退相干解释

退相干解释也是在承认“投影假设”的基础上，寻找“波包塌缩”真实物理原因研究路线的产物。退相干解释也称“多历史解释”或“退相干历史解释”。

1991年，朱瑞克在一篇论文中指出，多世界解释对观察者如何获得实际感知没有给出充分“说明”。一个备受干涉效应困扰的人，对世界能有确定认知吗？他认为，如果考虑到观察者或测量仪器与环境之间的相互作用，则“说明”就有可能。观察者或测量仪器是一个与环境发生相互作用的开放系统，不可能从所处环境中孤立出来。环境态与观察者或测量仪器态相关联，理论证明，很快(10^-23秒)就会使观察者或测量仪器相干效应消失。观察者或测量仪器自身因纯态产生干涉效应的困扰似乎不可察觉，这样，至少人自身在极短时间之后就是宏观确定的。于是,为什么观察者会获得实际感知的确定测量结果，也就得到了解释。

朱瑞克之前或之后，格里菲思(R.Griffiths)和哈托(J.hartle)(简称GH)等人结合多世界解释的深入讨论，认为整个宇宙的演化史就是概率演化史，并把“多世界”改称为“多历史”。这就是“多历史解释”。

GH的思路是：

1、在海森伯矩阵力学图象中，用密度算符表示宇宙的量子态，用按海森伯动力学方程演化的投影算符表示可观察量；

2、把投影算符表征的特定事实的时间演化称作历史，把可选择的指定事实集合称历史集合，而每一历史集合则代表一种可能演化；

3、在可选择历史集合中定义退相干函数，退相干函数的非对角矩阵元足够小(或等于0)时，就是退相干的。这是混合态区别于纯态的重要标志，也是量子概率与经典概率的区别所在。

4、退相干函数的对角矩阵元素给出每一种历史的近似概率，不同的历史实现的概率不同。

以双缝实验为例。双缝实验中，电子通过A缝的本征函数为ψ_A，通过B缝的本征函数为ψ_B。按量子力学假设，一个电子通过双缝A、B后的量子概率是 p=|ψ_A十ψ_B|²=|ψ_A|²十|ψ_B|²＋干涉项,它不遵守经典概率的加和定理p=|ψ_A|²十|ψ_B|²，而多出了一个干涉项。如果ψ_A和ψ_B各为一个可选择历史，那么“概率”不可能按量子力学形式分配给这样的历史集合。但一个电子在屏上最终还是以一个独立的闪光点出现，干涉项在电子运动过程中是如何消失的呢?

上述“波包塌缩”的真实物理过程，退相干解释是这样解答的：

量子测量操作是从仪器(M)的状态“读出”被测系统(S)的状态。用量子力学描述这种“读出”过程，就必须有被测系统(S)和测量仪器(M)之间的关联。若|ψ＞=| |n＞是被测系统(S)的初态，而|e＞是仪器(M)的初态，则量子纠缠可以由系统(S)加仪器(M)形成的总系统(S+M)的波函数（因子化初态）：

|＞=  |n＞  |e＞          (5.3.1)

描述。根据退相干理论，量子纠缠告诉我们，不可因子化的末态

|＞  = |n＞  |e_n＞  ,      |e_n＞为仪器的末态，n=1,2,3……k,

一旦测量发现仪器(M)处于|e_k＞，我们就知道总系统(S+M)处于分量|k＞|e_k＞，即整个波函数“塌缩”到了|k＞|e_k＞上，并判定被测系统(S)处于|k＞上。

必须注意，(5.3.1)式中系统(S)和仪器(M)的波函数均是纯量子态。根据退相干解释的基本思路，量子测量的上述操作可归纳为简式：

系统(S)和仪器(M)均处于纯量子态(|n＞、|e＞)→构建系统(S)和仪器(M)之间的量子纠缠态|＞ →宏观仪器(M)的初态|e＞自动退相干到|e_n＞并能很好地区分→发现仪器(M)处于|e_k＞态上→被测系统(S)跟着退相干到|k＞态(混合态)上。

退相干解释与D—L—P解释的区别在于,前者把D—L—P解释中被测系统(S)对仪器(M)的扰动实现退相干,改成了环境对仪器(M)的扰动实现退相干。这好象更能解释我们为什么看不到宏观客体的相干现象。

这就是退相干解释在量子测量上述具体模型中的应用。作为一种应用模型，(5.3.1)式的思路是清晰的，但逻辑是不自恰的，并仍然保留有“波包塌缩”的困难。

其一，既然宏观客体包括仪器(M)可以很快或瞬间(10^-23秒)退相干，那么，一台测量仪器(M)一旦“出生”，很快或瞬间它就会从“纯态”演化到“混合态”，而且这种演化是不可逆的。

其二，用宏观仪器(M)去测量量子系统(S)，由于原因(一) ，测量前仪器(M)就已退相干成为混合态。因此，任何实际测量中不可能有“纯态”形式存在的仪器(M)。说M和S相互作用时，M能处于理想状态（纯态）只能是梦想。(5.3.1)式的理想状态只有数学操作意义，而没有实际物理意义。

其三，要想(5.3.1)式有实际物理意义，要么宏观仪器(M)在与被测系统(S)耦合之前，不能退相干。我们必须狠心地让“仪器猫”不死不活地等在那里。这与退相干解释关于宏观客体能很快或瞬间(10^-23秒)退相干的基本理论相违背；要么宏观仪器(M)可很快或瞬间退相干，但在与被测系统(S)耦合之前的瞬间退回到纯量子态，然后再按退相干解释的基本思路，带着被测系统(S)退相干回到混合态。这显然有违纯态→混合态演变不可逆的量子测量原理和实验实事。

其四，知道仪器(M)处于|e_k＞态上，整个波函数(S+M)就塌缩到

|k＞|e_k＞态上，从而断定系统(S)处于|k＞态。由于(5.3.1)式逻辑不自洽，测量前M就已退相干，宏观仪器(M)退相干所需时间(10^-23秒)，对被测系统(S)“波包塌缩”没有贡献，因而“波包塌缩”疑难并没有消除。

基于上述四点原因，我们认为(5.3.1)式所描述的退相干操作，只是一个“为了实用目的”而构造的数学操作，它不代表任何实际的物理过程，没有任何物理意义。最令人头痛的“波包塌缩”疑难在该模型中仍然保留着。

对宏观猫的自动退相干分析，同样难逃上述命运。在薛定谔猫笼中，“猫”作为带动衰变原子退相干的“仪器(M)” ，在现今自动退相干操作模式中，它的命运并没有好到哪里去。可怜的猫，要不只有不死不活地等着，一旦原子衰变系统(S)放进笼子，它开始退相干，带着原子一起回到宏观世界;要不只有独自自动退相干之后，在衰变原子放进笼子的瞬间，再回到不死不活的状态，然后再带领衰变原子退相干。这两种情形都是违背量子力学基本原理的。

显然，量子退相干解释的现有操作模式，不能逻辑自洽地解释量子测量问题。除上述逻辑不自洽外,退相干解释对对角矩阵元概率的近似性及非对角矩阵元的足够小都没有做出明确的可划界的物理阐述,相干性能否完全退去还是个问题,这将必然导致量子态的不完备,有违退相干解释的初衷。

 

 

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