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量子在哪里变成经典

那个怪异的量子世界,如何硬化成我们所生活的这个坚实、确定的世界。

其实并没有一道围栏

我们生活在一个由坚实、单一的事实构成的世界里。杯子在桌子上,句号——绝不会一半在两张桌子上。然而,那个世界完完全全是由原子搭建起来的,而原子一经仔细审视,却绝不“专一”:它们在叠加中嗡鸣、穿墙而过、与自身干涉。那么,下面那个模糊的量子世界,与上面那个坚定的经典世界之间,那道边界究竟在哪里?这最后一篇会把整条路线汇集起来回答它——而首先要说的,也是最令人意外的一点:其实并没有一道围栏。

并不存在某个神奇的尺寸,让原子在那里突然停止服从量子规则、转而开始服从经典规则。就目前所知,量子力学适用于一切——原子、猫、行星,全都适用。量子—经典边界不是宇宙强制设下的一堵墙;它是一道*渐变*,是量子行为随着事物变得更大、更杂乱而平滑地淡出的过程,而这种淡出,有一个我们已经见过的原因。

日常世界看起来像经典世界的两个原因

量子向经典的硬化,来自两个相互配合的观念,而这两个你在本路线里都已经见过。把它们放在一起,正是这趟攀登全部的回报。

  1. 退相干(“为什么没有混合”的那个原因)。大东西时刻接触着自己的环境,所以任何叠加几乎瞬间就泄漏出去。那种怪异与其说被去除了,不如说被藏起来了——而且越大,藏得越快。
  2. 经典极限(“为什么看起来平滑”的那个原因)。当海量的量子一起行动时,它们各自的“颗粒感”会被平均掉,于是牛顿那些我们熟悉的、平滑的定律,便作为一个极好的近似浮现出来。

第二个观念,经典极限,值得多停留一会儿。量子效应在事物又小、又慢、又冷、又孤立时最为昭彰——那正是单个原子能被哄进叠加的实验室条件。把尺度放大到一颗棒球,每个原子的波动一面就变得荒谬地微小,所牵涉的“作用量”与那个基本的量子颗粒相比则庞大无比。在那个区间里,量子描述并不会被*抛弃*;它会平滑地*退化*成经典描述,就像一个弯曲的地球,在你永远只看见它一小块时,看起来是平的。

最后那一步,故事在这里分岔

退相干与经典极限携手合作,把我们带得出奇地远——从在混合中嗡鸣的原子,一路带到一个“确定的杯子在确定的桌子上”的世界。但请回想一下退相干那一篇里那道诚实的缺口。它们把那张“可能性菜单”,变成了一份*彼此分离、互不干涉*的结果清单;可它们本身,并不能解释为什么*你*最终只生活在其中*一个*里。恰恰是那最后一步,物理学家的故事在此真正分岔,而至今没有任何实验能在它们之间作出裁决。

桌上摆着三个诚实的选项,每一个都采用同样完美无瑕的方程,却对那最后一步讲出一个不同的故事。

  1. 塌缩确实发生。世界只有一个,而在测量时,波函数真真切切地“啪”地定到一个结果上——这就是务实的哥本哈根立场;若把它做成真正的物理学,便是一种客观塌缩理论。
  2. 什么都没塌缩;一切都发生了。波函数从不“啪”地定下——相反,每一个结果都发生了,各自处在现实的一根分支里。这就是多世界观,在其中,你只不过是发现自己身处某一根分支之中。
  3. 塌缩是一条全新的自然定律。一种客观塌缩理论会添上一个微小的额外效应,让大东西自行塌缩——对一个原子来说微乎其微,对一只猫来说则近乎瞬时。这一个是真正可检验的,而实验此刻正在搜寻它。

这给你留下了什么

退后一步,看看这条路线已经走过了多少路。测量问题——那道平滑之波与单一答案之间的接缝——是真实的,也是未完成的。塌缩描述了那道接缝,却没有解释它。退相干解释了我们实际观测到的大部分:为什么大东西从来看不出模糊,以及为什么结果看起来像确定的位置。经典极限解释了为什么剩下的东西会服从牛顿。而那最后一步——为什么我们每个人所经历的,都是单独一个结果——则是各种诠释至今仍在争夺的那个悬而未决的问题。

这就是事情诚实的模样,也是一个收尾的好地方。量子世界与其说是*停下来*、把接力棒交给经典世界,不如说是悄悄地*溶解*进了它——被环境冲刷得平滑,被纯粹的数量平均掉——从而为我们每一个人,留下了我们每天清晨醒来时所身处的那个坚实、单一、可靠的世界;而这个世界,竟是不大可能地,由万亿个万亿个嗡鸣着的可能性搭建而成的。