命运之神：重建爱因斯坦月亮

46.被重建的爱因斯坦的月亮

如果薛定谔猫代表原型的量子测量，那么我们的猫悖论的解决通常代表量子测量悖论的一个解答吗？即它能证明被用于测量的那些宏观物体都经受一个去相干过程吗？由于这个过程，神秘的量子叠加——既不是这个也不是那个而是两者的某种东西——迅速地并且（事实上）不可逆地转变成老式的古典混合态——不是这个就是那个，但肯定不是两者兼而有之。

坦白地说，不好的消息在于，还不曾有人以无懈可击的严格的方法证明，所有现实的探测装置，无论是猫还是一个简单的运动着的时钟指针，都能保证去相干。但某些东西能够被证明，其中包括使爱因斯坦非常烦恼的月球。月球的位置由它的质量中心标记，它本质上只是构成月球的所有原子位置的平均。这些原子的每个都由一个波函数描述，并且正如爱因斯坦经常争辩的那样，如果你认为每个原子的波函数并不精确指明那个原子的位置而只是某些适当的观察被完成时它可能占据的位置，那么你放弃了你想知道完整的月球在没有人看它时是否确实在那儿，按照量子力学的语言说它并不比波函数的一个巨大的集合多些什么。需要某种测量迫使月球采取一个真实的而不是潜在的空间位置吗？

但是，甚至在没有人看月球的时候，它既不是无行动力的也不是完全孤立的。它那乱动着的原子好像由小弹簧相互连接着，并且月球的表面被主要来自太阳的粒子和辐射轰击。来自太阳的光子不与作为整体的月球碰撞，而是与月球表面上的原子之一碰撞，那个光子和那个原子的波函数相互影响和牵连，并且这原子被打击时获得一点额外的能量，它藉助于原子之间的所有相互的摆动和相互作用，与它的伙伴原子继续民主地分享这份能量。

物理上，来自太阳的光子并不推动作为整体的月球。然而按照量子力学，所有那些显然很小而大量的碰撞的效果，维持月球原子的波函数在一个不断重整的状态之中。作为一个整体的月球之个别“量子态”是特殊的一组波函数，那么我们知道太阳的光子到处混乱那些波函数，以致使月球的量子态不断地变迁。变化的结果足以了结关于月球能存在于宏观的量子叠加之中的任何构想，你将必须说处于这叠加态的月球在其轨道上，部分地在这个位置又部分地在那个位置而又不真正地在任何一个位置上。这又是运转中的去相干：在月球迅速抹掉的可能的个别量子态中，随机选择作为整体之月球的任何可能的宏观叠加态。并非那些光子碰撞月球的效果多么大，而是如此之大的月球轨道之相干叠加态的维持，要求对于构成月球全部状态的所有原子波函数进行难能做到的非常精细的调整。相应于月球的叠加态同时在两个地方是不可能的，恰如一个叠加的“半死半活”的猫是不可能的那样。这两件事的整序离奇地困难，以致它们绝不会发生，并且即使瞬间地发生了它也会不可预计地很快消失。

毕竟月球在没有人看着它时确实在那儿。一般说来，爱因斯坦的下述批评是正确的：量子力学要求，为了使月球确实存在于一个特殊的地点要做一次测量。但去相干论证提供的新见识在于，到达月球表面的太阳的光子雨足以构成“测量”的物理过程——它足以摆脱叠加态，即我们想测量的那个东西。不要求实际观察，并且整个过程没有任何人的活动干预而有效并无情地继续下去，更不必说人的意识。世界按它自己的方式活动，并不需要我们看它。

虽然如此，它不曾被证明或许不能证明，那个去相干将总是以所希望的方式活动。列举月球或猫的所有可能量子态的任务，是一个可怕到甚至难以想象地不可解决的任务。人们必须处理那些基于似真性而不是证据的普遍性和论证。这并非像它令人感觉到的那样糟。物理学家们久已称心如意地把气体原子的行为法则化，例如通过它们理解大量气体的全部性质——它的温度、压力等——而不必知道每个原子在可能的时刻在做些什么，乃至认为这样的知识是能够实际获得的。在同样的意义上，这样一种看法会是令人高兴的：关于量子态的全部动力学和性质的一般论证，能用于证明去相干是不可避免的事件，当然也有明显例外的情况，如超导体，它的特殊条件保留着所有个别量子态之间的相干并且允许宏观量子叠加存在。(www.xing528.com)

但正如我们从前说过的那样，世界上的大多数事物更像猫而不像超导体。去相干本质上是一个随机选择过程，并且在任何种类的具有复杂内部活动的大系统中，这类随机选择需要去相干活动自动地发生，所以维持相干要特别小心并周密计划。所有可能用于量子态测量的客体，表、指针、闪光和猫等，都必须至少有两个基本性质。

第一，它们必须在物理上足够大，以使我们能够把它们作为一个测量装置的要素，即便测量仪器的“小头”（与被测量系统实际接触的部分）是某种人眼不可见的精微的显示装置，但整个测量的关键却在于这个显示装置必须与测量装置的“大头”连接，它显示我们能看见的结果。必须有一个指示装置，一个把数字打印在一张纸上的电脑，一个操纵叶片切断铅砖而使之落在食品上的电磁铁，换句话说，诸如此类的东西引来我们关注的测量结果。

第二，无论如何它处于这样的测量装置之中，向我们指示谅必潜在于若干稳定而可区分的状态中的结果。这指针必定能够指向不同的方向，这电脑必定能把不同的数字打印在纸上，这砖落在或不落在某人的食品上。所有这类测量装置，简言之，必定有宏观的（即可见的）状态，它是稳定而可区分的，以致我们知道某种不可逆的和看得见的测量已经发生。

那么这去相干论证应该是，任何这样的测量装置——正如它必定由这样的一些原子构成的，这些原子四处乱动和相互作用着，并且一般说来它们也会受到局部热、引力、噪声以及在实验室外边走廊里人的叫喊影响——必定处于内部运动的恒久颤抖之中，内部的量子态不断地从一个转移到另一个，但对外在的世界却仍然保持一个不变的外貌。指针停在它应在的位置，而不顾所有那些随机的内部运动，除非有引起指针运动的某种偶然事件发生。只当这测量装置能可靠地和可预料地对我们选定的输入做出响应，它才是对我们有用的。

测量总是足以引起去相干作用。任何测量装置的基本特征——尽管在内部量子态中不断地移动着，它有稳定的宏观态——恰是这样一种性质，即允许去相干，在原样地保留测量结果的同时，有效地安排任何可能的宏观叠加态。