6.7 Dekoherens

Hjem ／ Kapittel 6: Kvantedomenet (V5.05)

I. Fenomen og kjerne­spørsmål
Svært små objekter kan «oppføre seg som bølger»: de legger seg oppå hverandre og danner interferensmønstre. Større objekter går nesten alltid «som partikler» langs én tydelig bane. Én enkelt elektron eller foton gjennom to spalter gir fine striper; bytter vi til varm støv eller oppvarmede store molekyler, blekner stripene raskt. Selv superledende qubiter som bevarer sammenheng, mister kontrast når koblingen til omgivelsene blir sterkere. Det intuitive spørsmålet blir derfor: hvis de samme fysikk­lovene gjelder, hvorfor ser makroverdenen «klassisk» ut?

II. Tolkning i Teorien om energifilamenter: tre måter sammenhengen blir «uttynnet»
Ved første omtale: Teorien om energifilamenter (EFT) beskriver enhver kvantegjenstand som sprer seg videre i et «sammenhengsomslag» gjennom energihavet. Ifølge Teorien om energifilamenter oppstår dekoherens når dette omslaget kobles svakt til omgivelsene, slik at faseorden diffunderer og smøres utover.

• Kobling til omgivelsene skriver «hvilken-vei»-spor overalt:
  Svake kollisjoner og spredning mot gass, stråling eller krystallgitter lagrer bane­forskjeller i mange frihetsgrader i omgivelsene. I språket til Teorien om energifilamenter fordeles bunter av fasemotiver på talløse mikroelementer i filamenthavet og danner et distribuert «minne».
• Tensorisk bakgrunnsstøy rufser til fasemotivene:
  Energihavet er ikke statisk; det finnes allestedsnærværende, svak tensorisk støy. Over tid driver relative faser mellom ulike baner. Mønstre som var ordnede, brytes opp, og sammenhengsomslaget går fra «skarpt» til «butt».
• Omgivelsene «velger» korridorer for stabile avlesninger:
  Ved langvarig vekselvirkning bevares bare orienteringer og fordelinger som er minst følsomme for omgivelsene — såkalte peketilstander. De tilsvarer korridorer med minimal forstyrrelse og fremstår som klassiske baner.

Nettoeffekt: Ingen menneskelig observatør er nødvendig. Faseinformasjon har allerede lekket ut til omgivelsene; sett fra det lokale systemet gjenstår blandet statistikk, og interferens­mønsteret forsvinner. Slik «trår kvanten inn på scenen» som klassisk.

III. Typiske scenarier (fra benk til frontlinje)

• Dobbel spalte med gass eller termisk stråling:
  Øker man gradvis trykk eller temperatur nær banene, avtar stripe­kontrasten systematisk etter en kombinasjon av trykk, temperatur og baneforskjell. Tolkning: sprednings­hendelser merker nærliggende partikler og fotoner med «banelapper»; faseorden lekker ut, og stripene dør ut.
• Interferens for store molekyler og selvemisjon:
  C₆₀ og enda større organiske molekyler viser interferens i høyt vakuum ved lav temperatur. Ved oppvarming «sender» deres termiske fotoner faseinformasjon til omgivelsene, og stripene svekkes fordi utsendte fotoner bærer faseforskjellen.
• Sammenhengstid for qubiter og gjenopphenting med ekko:
  I superledende eller spinnsystemer bestemmer relaksasjon og defasing «sammenhengsvinduet». Ekko-teknikker eller dynamisk frakobling kan hente tilbake deler av den utviskede faseorden, slik at interferens kommer igjen. Dette viser at dekoherens er informasjons­diffusjon grunnet kobling, ikke fullstendig sletting.
• Eksperimenter av typen «kvanteviskelær»:
  Når frihetsgrader i omgivelsene bærer baneinformasjon, kan sletting av denne registreringen — eller sammenslåing som gjør den uleselig — gjenreise interferens i de tilsvarende betingede delmengdene. Synlighet avhenger av om faseinformasjon er tilgjengelig, ikke av at en partikkel «plutselig blir klassisk».
• Optomekanikk og biologiske «vinduer» for sammenheng:
  Mikromekaniske resonatorer kjølt nær grunntilstanden kan holde sammenheng kortvarig. Komplekse fotosyntese-komplekser opprettholder ørsmå «lommer» av sammenheng selv i varme, fuktige miljøer. Det antyder at sammenheng kan vedlikeholdes teknisk når kobling og bakgrunnsstøy kontrolleres.

IV. Eksperimentelle fingeravtrykk (slik merker du at fasen «buttes»)

• Stripe­kontrast avtar systematisk med økende trykk, temperatur, baneforskjell og partikkelstørrelse.
• Ramsey- og Hahn-ekko-sekvenser viser avtagende omslag med delvis gjenreisning.
• Etter selektiv «sletting» eller «merking» av baneinformasjon, opptrer eller forsvinner striper i betinget statistikk.
• Isotrop støy versus retningsbestemt støy gir ulike vinkelavhengigheter i sammenhengs­forfallet.

V. Raskt svar på vanlige misforståelser

• Er dekoherens det samme som energitap?
  Nei. Det er først og fremst utadgående spredning av faseinformasjon; total­energien kan være tilnærmet uendret.
• Krever dekoherens en observatør?
  Nei. Enhver registrerbar kobling til omgivelsene sprer fasen — med eller uten observatør.
• Forklarer dekoherens alene hvorfor ett enkelt utfall oppstår?
  Den forklarer hvorfor superposisjoner blir usynlige og hvorfor stabile peketilstander oppstår. For å blåse opp en ør liten forskjell til et lesbart resultat trengs fortsatt måleapparatets kobling, lukking og minneprosesser (omtalt i avsnitt 6.4).
• Er dekoherens irreversibel?
  I prinsippet kan sammenheng gjenoppbygges hvis alle miljø­registre samles inn og reverseres. I praksis er det nesten umulig fordi registrene er spredt over enorme frihetsgrader. Ekko og visking viser begrenset reversibilitet.

VI. Oppsummert
Dekoherens skriver ikke om kvantelovene. Den viser at når faseinformasjon fra et lokalt sammenhengsomslag diffunderer ut i det store energihavet og omgivelsene, forsvinner interferens­mønstre fra det lokale blikket. Makroskopisk klassisitet oppstår når systemer — drevet av bakgrunnsstøy og langvarig flerkanals kobling — «styres» inn i stabile korridorer som er minst følsomme for omgivelsene.
Én setning som kjerne: kvanten er overalt; det klassiske er fremtoningen etter dekoherens.