一個比「它為什麼塌縮?」更好的問題
在測量問題裡,藏著一個更尖銳的問題,而二十世紀的物理學為它找到了一個真正有啟發性的答案。這個問題不是「波函數為什麼塌縮?」,而是:我們為什麼從來看不到大東西處於疊加之中? 電子能輕而易舉地同時穿過兩條縫——可你從來不會看到一把椅子既在這裡又在那裡,或者一隻咖啡杯既滿又空。隨著物體變大,那種怪異究竟跑到哪裡去了?
這個答案叫做退相干,它的口號很簡單:*沒有什麼東西是真正孤立的。* 在實驗室裡,你能把一個電子孤立一小會兒,可一把椅子卻時刻與這個世界保持著接觸——空氣分子從它身上彈開、光從它身上反射、熱量向外輻射散去。退相干這一發現告訴我們:正是這種持續不斷的接觸,對任何疊加都做了某種深刻的事。它並不算是把疊加*毀掉*;而是把它*洩漏*到了周圍環境裡,在那裡,它再也不能被看作一個疊加了。
洩漏是如何把混合藏起來的
要看清這是怎麼運作的,回想一下雙縫條紋之所以出現的原因:那兩種可能性(「走左縫」和「走右縫」)能夠相互交疊、相互干涉,就像兩道漣漪交錯而過。這種微妙的「能夠干涉」的本領,就叫做相干性,而它很脆弱。它只在兩種可能性被完美地保守為「私密」時才得以存續——也就是不被任何人、任何東西所知曉。
現在假設哪怕只有一顆遊蕩的空氣分子從電子身上彈開飛走,帶走了一絲「電子走的是哪條縫」的印記。這顆分子如今就成了一個微小的「目擊者」。那條「走了哪條路」的資訊已經逃逸到了環境裡——而就在那一刻,兩種可能性便再也無法彼此干涉了。條紋褪去。系統和它的目擊者,被編織進了一種叫做糾纏的關係——那種深層的「膠水」,我們會在下一條路線裡研究。說到底,退相干就是與環境之間失控的糾纏。
為什麼大東西會迅速失去它們的怪異
這就把「尺寸之謎」解釋得漂漂亮亮。一個處在良好真空中的孤零零的電子,幾乎什麼都不碰到,所以它的疊加能持續得足夠久,久到能產生條紋。相比之下,一粒塵埃每秒會被空氣分子和光子撞擊億萬億次。每一次撞擊,都把它位置的一絲一縷複製到外部世界裡去。這種洩漏是如此洶湧,以至於任何「塵埃在這裡」與「塵埃在那裡」的疊加,都會以幾乎無法想像的速度被沖刷殆盡——遠比任何儀器有可能在它「正處於混合之中」時逮住它要快得多。
退相干還回答了一個更微妙的謎:為什麼倖存下來的結果,看起來總是像*位置*——確定的地點、確定的指針讀數——而不是某種古怪的混合?原來,環境對「它要複製什麼」是很挑剔的。它會忠實地記錄某些性質(主要是位置),卻把另一些攪成一團。環境放過不動的那少數幾種狀態,那些它樂意乾乾淨淨地複製的狀態,就是指針態——之所以這麼叫,是因為它們正是一根測量指針能夠穩穩指住的那些狀態。環境實際上*選定*了哪一組備選項有資格成為那個確定的,這種選擇被物理學家稱為優選基。
退相干解決了什麼,又沒解決什麼
退相干是一項勝利,而且它不是空口白話——它直接從標準的那套平滑方程推出,只要老老實實地把它們應用到「一個系統加上它的環境」上,無需額外栓上任何規則。它解釋了為什麼日常物體看起來是經典的、為什麼在大東西上干涉如此難以看到、以及為什麼我們遇到的結果總是確定的位置。許多曾經顯得關於測量的「魔法」,其實不過是量子資訊向一個巨大環境中迅速而不可避免地洩漏罷了。
所以,退相干消解了這個謎團的大部分,卻沒有把它完全合上。對那些相信塌縮的人,它解釋了塌縮實際上*在哪裡*、以*多快*的速度發生。對那些否認塌縮的人——也就是你稍後會遇到的多世界陣營——它解釋了為什麼世界*看上去*在塌縮,儘管在他們看來,根本就沒有什麼真正塌縮過。無論站在哪一邊,它都是從量子通往經典的那座橋,也是整條路線上最重要的那一個觀念。