第6.7节：退相干

目录 ／ 第6章：量子领域

一、现象与困惑

小物体能“像波”一样叠加并干涉，大物体却几乎总是“像粒子”那样乖乖走单一路线。单电子、单光子过双缝能出细密条纹，换成热尘埃、温热的大分子，条纹很快被洗平。即便是能坚持相干的超导量子比特，只要与外界多耦合一会儿，干涉条纹就会褪色。人们的直观问题是：明明同一套物理定律，为什么宏观世界却显得“经典”？

二、EFT 物理解读：三步把相干“冲淡”

在能量丝理论里，任何可传播的量子对象都以“相干包络”的方式在能量海中接力前行。退相干就是这份包络与环境发生细碎耦合后，相位秩序被扩散与涂抹的过程。

• 环境耦合把“哪条路”的痕迹写进四处
  粒子或波团与周围的气体、辐射、晶格等发生微弱碰撞与散射，这些微事件会把“走哪条路”的差别写进环境的许多自由度。用EFT语言说，就是把一丛相位花纹分发到大量丝海微元中，形成分散的“记忆”。
• 张度本底噪声把相位花纹抹毛
  能量海并非静止，存在遍在的张度底噪。微弱但持续的底噪会让不同路径上的相位差随时间漂移，原先整齐的花纹被逐步打散，包络从“尖锐”变“钝厚”。
• 环境会“选”稳定读数的走廊
  在长期相互作用下，只有对环境最不敏感的那一类取向与分布能长期保形，形成所谓的“指针态”。它们对应“阻滞最小、最少被搅乱”的走廊，看起来就像经典轨迹。

结果就是：不需要任何人观察，相位信息已经流散到环境，对局部系统而言只剩混合统计，干涉图样不再可见。这就是“量子如何出场成经典”。

三、典型场景（从桌面到前沿）

• 双缝遇气体或热辐射
  在双缝路径附近缓慢增加气压或温度，条纹对比度会按压强、温度、路径差的组合规律逐步降低。物理解读：散射事件把“路径标签”写入周围粒子与光子的状态，相位秩序外泄，条纹因此淡出。
• 大分子干涉与自发光
  C₆₀ 乃至更大有机分子在高真空、低温下仍能出干涉；一旦温度上升，分子自身的热辐射会把相位信息“照”给环境，条纹随之减弱。解释：自发光子携带了哪条路的差别，相位被带走。
• 量子比特相干时间与回波恢复
  超导或自旋体系中，弛豫与相位散失分别限定了相干时间。通过“回波”或“动态解耦”技巧，可把部分已被抹毛的相位秩序“拉回”，干涉条纹再次显现。说明退相干是环境耦合导致的信息扩散，而非彻底消失。
• 量子擦除类实验
  当“路径信息”被环境某个自由度携带走，如果能把这份信息擦除或不加区分地合起来看，对应的条件子样本里干涉会再现。这直接表明：条纹与否取决于相位信息是否可被读到，而非粒子“忽然变经典”。
• 光机械与生物相干的窗口
  冷却到接近基态的微机械谐振器能保持短暂相干；复杂体系如光合作用复合体在温暖潮湿环境中仍能维持极短的相干“口袋”。这些都表明：相干可工程化维持，关键是控制耦合与底噪。

四、实验指纹（如何认出“相位在变钝”）

• 条纹对比度随压强、温度、路径差、粒子尺寸的系统下降。
• 拉姆齐与哈恩回波序列中的包络衰减与回弹。
• 选择性“擦除”或“标记”路径信息后，条件统计中的条纹再现或消失。
• 把环境耦合做成“各向同性噪声”或“定向噪声”，相干衰减会呈现不同的角度依赖。

五、常见误解快答

• 退相干是不是能量损耗？
  不等同。它首先是相位信息的外泄与扩散，能量可以几乎不变。
• 退相干等于“被观察”？
  不需要“观察者”。只要可记录的环境耦合存在，相位就会被分发。
• 退相干是否足以解释“单次结果为何定在某一个”？
  退相干解释了为何看不到叠加、为什么出现稳定的“指针态”。要把一次微小差别放大成“可读结果”，仍需测量装置的耦合、闭合与记忆过程（在 6.4 节已见过这三步）。
• 退相干是否不可逆？
  原理上如果能完全收集并逆操作所有环境记录，就可重建相干；现实中由于记录分散在庞大自由度里，几乎不可执行。回波与擦除展示的是有限度的可逆。

六、小结

退相干并没有改写量子规律，而是告诉我们：当相位信息从局部包络散入庞大的能量海与环境，叠加的花纹就会在局域视角中被抹平。宏观经典，是在张度底噪与多通道耦合的长期作用下，系统被“押送”进了对环境最不敏感的稳定走廊。
一句话收束：量子无处不在，经典是退相干后的出场方式。