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1、 退相干0710286 张逍逍遥0710318 姚筠姚筠电子的双缝干涉实验屏上记录了有限个较少的电子时，显示出电子的粒子性。波粒二象性随着电子数的增多，电子的波动性就渐渐显现出来了。宏观的量子之殇然而在宏然而在宏观世界里，我世界里，我们是很是很难感感觉到物到物质的干涉行的干涉行为。粒子性似乎成。粒子性似乎成为这个世界的个世界的绝对主流表主流表现。但。但电子的干涉又子的干涉又是在是在实验中中观察到的。察到的。为什么我什么我们在日常在日常生活中看不到物生活中看不到物质的波的波动性？性？费米的疑问早在早在50 年代初期年代初期,费米和盖米和盖尔曼在芝加哥曼在芝加哥大学共事大学共事时,费米就米就经常常
2、问盖盖尔曼曼,既然量子既然量子力学是正确的力学是正确的,为什么什么火星不从它的火星不从它的轨道上道上向外散开向外散开?哥本哈根解释为了解释量子力学同宏观世界的矛盾，从量子力学建立之初，各个支持量子力学观点的物理学家就不断地用新的理论试图对其进行解释。由玻尔、海森堡、泡利、狄拉克等发展起来的量子力学的“哥本哈根诠释”,以及与之相类似的由冯诺依曼倡导的强调塌缩假设的“正统”解释是物理学家努力的开始。理论发展1952195770年初80年代德布罗意 玻姆的引导波理论埃弗雷特引入的相对态解释范夫拉森提出的模态类解释GRW 类型的物理塌缩理论新的正统：退相干近年来,在量子力学的文献中出现了一个为理论和实
3、验物理学家和哲学家广泛关注的术语:退相干。普遍认为是由Zurek和Zeh提出的。当退相干被适当地解释时,它能产生令人惊讶的结果,这些结果对于我们正确理解量子力学的形式和我们知觉世界之间的联系起着至关重要的作用。因而退相干纲领在理解量子力学方面甚至被贯以“新的正统” 解释之名。退相干的矩阵解释简单来说，退相干的过程就相当于密度矩阵转化为对角矩阵的过程。退相干之后退相干的核心：环境为了了给出一个物理系出一个物理系统的行的行为和性和性质的的一个正确的量子力学的一个正确的量子力学的说明明,我我们必必须把把这个系个系统和它的无所不在的和它的无所不在的环境的相互作用包括在内境的相互作用包括在内,这个个无所
4、不在的无所不在的环境包含大量的自由度。境包含大量的自由度。系系统和它的和它的环境之境之间的相互作用的相互作用,在系在系统和和环境之境之间导致一个迅速且致一个迅速且强烈的烈的纠缠,对于我于我们能在系能在系统集体集体态水平上水平上观察到什么有决定性的影察到什么有决定性的影响。响。模型修正当当时观察到的量子效察到的量子效应往往往往发生生在近乎孤立的系在近乎孤立的系统中中, 如将量子理如将量子理论应用用到孤立的到孤立的氢原子中原子中, 理理论预言的分立光言的分立光谱与与实验数据符合得很好数据符合得很好, 没有必要革新孤没有必要革新孤立系立系统的研究的研究进路。路。但但现在我在我们必必须把把环境加境加进
5、去，去，对量子体系量子体系进行修正。行修正。环境影响退相干举例我我们把一把一谐振子放在由其它大量振子放在由其它大量谐振子振子组成的成的热库中。中。该谐振子和振子和热库的的谐振子具有双振子具有双线性的性的耦合，把耦合，把总的密度矩的密度矩阵对该谐振子之外的所有自振子之外的所有自由度求迹由度求迹.，该谐振子在位置坐振子在位置坐标表象中的密度矩表象中的密度矩阵成成为对角形。角形。该谐振子成振子成为可以由可以由带有有经典概率的位典概率的位置分布的置分布的态描写描写,变成了混合成了混合态,谐振子振子变成了成了经典的振子。典的振子。退相干完成。退相干完成。小结由退相干中由退相干中对环境的境的强调，我，我们
6、知道，知道，是由于是由于环境的不断的，大量的，复境的不断的，大量的，复杂的作用，使的作用，使得波函数的位相完全随得波函数的位相完全随时间随机演化。故而不会随机演化。故而不会有一个有一个稳定的位相，定的位相，导致位相差的不致位相差的不稳定，相干定，相干性消失。故而在宏性消失。故而在宏观尺度，表尺度，表现为完全确定的行完全确定的行为。退相干理论的应用由此，我由此，我们可以用退相干理可以用退相干理论对一一些宏些宏观行行为作出合理解作出合理解释。下面我。下面我们将看将看到用退相干理到用退相干理论来描述微来描述微观世界到宏世界到宏观世世界的界的过渡，他渡，他给我我们理解量子力学的理解量子力学的带来来了新
7、的思路。了新的思路。用退相干解释火星为什么不会散开完整的火星我们观察轨道上的火星会不断地遇到从太阳发出的光子,光子被火星散射开去,每次火星和光子相遇,由于它们之间的碰撞,它们的运动会发生变化。但是,所有光子不同的运动方向和能量都被加遍了,于是在这些方向之间、能量之间的干涉项就被“洗掉”了. 从而促使行星不同位置退相干,正是这些光子允许人们看到火星。薛定谔的猫现在，我们再来看看那只著名的小猫。如果用退相干的观点来解释，得到的结论就变的更加令人信服。退相干的猫态 薛定谔方程不仅仅应该应用与量子体系，还应该应用于与之相关的量子环境。不仅被观测体系是量子的，测量仪器也应该被当成量子体系。 这个合成体系
8、的波函数是测量装置不同经典状态对应的量子态的叠加。将环境作为第三个量子体系考虑进来，并与测量装置相互作用。作为结果，相位的随机化过程很快发生，量子叠加态很快退化为以经典概率为权重的不同可能结果的求和。 作者的作者的话诚如之前所说的，引入退相干之后，似乎并没有对理论做太大的修正，也不会对世界观的构建造成什么翻天覆地的影响。但是这也许正是我们想要的。如果重新梳理一下思路，就会发现，量子力学的理论已经可以作为解释这个世界行为的第一性原理。而其之所以与我们所认识的世界格格不入，是由于环境带来的“退相干”使得物质之间的相互影响被消除了，才使得所谓的粒子性被我们所见。退相干理退相干理论仍然是一个仍然是一个发展中的理展中的理论，随着技随着技术的不断的不断进步，可以有更多的步，可以有更多的实验来来对其的正确性其的正确性进行行验证。但到目前。但到目前为止，退相干止，退相干理理论是目前最好的解是目前最好的解释。我相信会有那么一天，我我相信会有那么一天，我们会看到量会看到量子子计算机的算机的问世，因世，因为退相干已退相干已经被避免；会被避免；会有那么一天，有那么一天，epr佯佯谬将不再是佯将不再是佯谬。况且，理况且，理论意意义上的薛定上的薛定谔小猫不是小猫不是已已经制制备出来了出来了吗？谢谢观赏
