我讀《量子物理史話》- 6

抱歉! 我偷懶了幾天,或許大家以為我讀書心得已經寫完了?主要是這個周末都在追劇,Thread 上推薦了一個 AI 短劇 – “萬妖圖錄傳",我火速將它追完,把整理 blog 的時間用掉了。觀影心得就是:本劇似於 “我獨自升級" 的 “大唐" 版。反正 Netflix 把 “我" 劇斷尾了,看這片也是等效。總之,主角必勝。

言歸正傳。上次講到沒有局域的隱變量,所以量子物理還不是決定論。通常人類不喜歡這種沒有因果的東西,所以會想要討個說法。

[系綜派] 1935~1936 年左右,“系綜解釋” (the ensemble interpretation) 派說,只有系統整體是有意義的,不要去管一個光子怎麼跟自己干涉那種小事,解釋不了也不用解釋。這派學者奉愛因斯坦為老祖。

因為他說過 “任何試圖把量子論的描述看成是對於 ‘單一系統’的完備描述的做法,都會使它成為極不自然的理論解釋。但只要接受這樣的理解方式,也即(量子論的)描述只能針對系統的‘全集’,而非單一個體,上述的困難就馬上不存在了。 」(p. 311)

[GRW 派] 1986 年 7 月,Ghirardi、Rimini 和 Weber,他們的主要假定是,任何系統,不管是微觀還是宏觀的,都不可能在嚴格的意義上孤立,也就是和外界毫不相干。它們總是和環境發生著種種交流,因此可以用非線性的能量密度方程式來描述。

根據他們的理論,平均 1016 秒,也就是幾億年,偶爾會有一個粒子就自己坍縮了,這叫做 “自發性的定域過程" (spontaneous localization)。對於一隻貓來說,就算不肥也有 1027 個粒子,所以一秒鐘就會發生好多次微小地、破壞能量守恆的坍縮。如此一來,當我們觀察一個粒子,粒子就和我們是同一個系統,人的粒子那麼多,1 + ∞ = ∞,所以粒子就坍了。

但是另一方面,你也就不會是個完全體了,雖然你大部分在上班上課,小部分的你會以高斯分布散落在家裡到學校、辦公室的路上,更細碎的你則是散落在整個宇宙。無怪乎有人不喜歡這種非線性,如:提出 GHZ 檢測的那個 Z – Zeilinger。(p. 320)

[Q&A] 既然量子論是正確的,那麼疊加性必然是一種普遍現象。可是,為什麼火星有一條確定的軌道,而不是從軌道上向外散開呢?

[唯心派] 因為你看了它,它就坍縮了。

[GRW 派] 因為整個宇宙的粒子超級多,粒子多都會坍縮。

[MWI 派] 一念一世界,世界一直在分裂。只有一本歷史,剛好你在這個世界。

[MH 派] [DH 派] 1984 年,羅伯特・格里菲斯(Robert Griffiths)提出了 “一致歷史"(consistent histories)的想法。後來蓋爾曼(Gell-Mann)與哈特爾(Hartle)又把它發展成更常被稱作「退相干歷史」(DH = decoherent histories)的框架。

簡單地說,他們認為在一個世界有多個可能的歷史 (MH = Many Histories),我們看到的是最後粗粒(coarse-grained history)的宏觀版本。例如:"火星大致沿著某條已知的軌道運行",許多細節都被合併、平均掉了

相對地,所謂 “精粒歷史"(fine-grained history),是對系統在一連串時刻上的狀態做非常細的指定。以火星為例,可以細到描述它在不同時刻的可能位置、動量,甚至更細微的自由度。

關鍵在於:在精細描述下,不同歷史之間原則上會有量子干涉;但對火星這樣的宏觀系統來說,它與環境——光子、熱輻射、周遭物質——無時無刻不在交互作用。這些作用會迅速抹去不同宏觀歷史之間可觀測的相位關係,於是那些粗粒歷史彼此近似不再相干。這就是所謂的 “退相干" 。

當然,這套說法也不是沒有問題。在眾多可能的粗粒化方式裡,究竟哪一組歷史才是有物理意義的呢?比方說我們可以用軌道座標來描述火星的位置,也可以用火星的視角來描述。在傳統物理中,我們兩個問題都可以問,甚至互相反推。但是在一致歷史裡,第一本歷史可完全沒有記載第二本歷史的任何資訊,它們都合理但不能互相解釋。

[MMI 派] 這派認為世界沒有分裂、歷史也沒有分裂、是心分裂了 (Many Minds Interpretation)。 呃…你知道什麼樣的人都有。

那麼看了這麼多不同的說法,量子物理用在哪裡呢?對,我們終於快要講到了。

發表留言