第6.7節：退相干

目錄 ／ 第6章：量子領域（V5.05）

一、現象與困惑

小物體能“像波”一樣疊加並干涉，大物體卻幾乎總是“像粒子”那樣乖乖走單一路線。單電子、單光子過雙縫能出細密條紋，換成熱塵埃、溫熱的大分子，條紋很快被洗平。即便是能堅持相干的超導量子比特，只要與外界多耦合一會兒，干涉條紋就會褪色。人們的直觀問題是：明明同一套物理定律，為什麼宏觀世界卻顯得“經典”？

二、EFT 物理解讀：三步把相干“沖淡”

在能量絲理論裡，任何可傳播的量子物件都以“相干包絡”的方式在能量海中接力前行。退相干就是這份包絡與環境發生細碎耦合後，相位秩序被擴散與塗抹的過程。

• 環境耦合把“哪條路”的痕跡寫進四處
  粒子或波團與周圍的氣體、輻射、晶格等發生微弱碰撞與散射，這些微事件會把“走哪條路”的差別寫進環境的許多自由度。用EFT語言說，就是把一叢相位花紋分發到大量絲海微元中，形成分散的“記憶”。
• 張度本底雜訊把相位花紋抹毛
  能量海並非靜止，存在遍在的張度底噪。微弱但持續的底噪會讓不同路徑上的相位差隨時間漂移，原先整齊的花紋被逐步打散，包絡從“尖銳”變“鈍厚”。
• 環境會“選”穩定讀數的走廊
  在長期相互作用下，只有對環境最不敏感的那一類取向與分佈能長期保形，形成所謂的“指針態”。它們對應“阻滯最小、最少被攪亂”的走廊，看起來就像經典軌跡。

結果就是：不需要任何人觀察，相位資訊已經流散到環境，對局部系統而言只剩混合統計，干涉圖樣不再可見。這就是“量子如何出場成經典”。

三、典型場景（從桌面到前沿）

• 雙縫遇氣體或熱輻射
  在雙縫路徑附近緩慢增加氣壓或溫度，條紋對比度會按壓強、溫度、路徑差的組合規律逐步降低。物理解讀：散射事件把“路徑標籤”寫入周圍粒子與光子的狀態，相位秩序外泄，條紋因此淡出。
• 大分子干涉與自發光
  C₆₀ 乃至更大有機分子在高真空、低溫下仍能出干涉；一旦溫度上升，分子自身的熱輻射會把相位資訊“照”給環境，條紋隨之減弱。解釋：自發光子攜帶了哪條路的差別，相位被帶走。
• 量子比特相干時間與回波恢復
  超導或自旋體系中，弛豫與相位散失分別限定了相干時間。通過“回波”或“動態解耦”技巧，可把部分已被抹毛的相位秩序“拉回”，干涉條紋再次顯現。說明退相干是環境耦合導致的資訊擴散，而非徹底消失。
• 量子擦除類實驗
  當“路徑資訊”被環境某個自由度攜帶走，如果能把這份資訊擦除或不加區分地合起來看，對應的條件子樣本裡干涉會再現。這直接表明：條紋與否取決於相位資訊是否可被讀到，而非粒子“忽然變經典”。
• 光機械與生物相干的窗口
  冷卻到接近基態的微機械諧振器能保持短暫相干；複雜體系如光合作用複合體在溫暖潮濕環境中仍能維持極短的相干“口袋”。這些都表明：相干可工程化維持，關鍵是控制耦合與底噪。

四、實驗指紋（如何認出“相位在變鈍”）

• 條紋對比度隨壓強、溫度、路徑差、粒子尺寸的系統下降。
• 拉姆齊與哈恩回波序列中的包絡衰減與回彈。
• 選擇性“擦除”或“標記”路徑資訊後，條件統計中的條紋再現或消失。
• 把環境耦合做成“各向同性雜訊”或“定向雜訊”，相干衰減會呈現不同的角度依賴。

五、常見誤解快答

• 退相干是不是能量損耗？
  不等同。它首先是相位資訊的外泄與擴散，能量可以幾乎不變。
• 退相干等於“被觀察”？
  不需要“觀察者”。只要可記錄的環境耦合存在，相位就會被分發。
• 退相干是否足以解釋“單次結果為何定在某一個”？
  退相干解釋了為何看不到疊加、為什麼出現穩定的“指針態”。要把一次微小差別放大成“可讀結果”，仍需測量裝置的耦合、閉合與記憶過程（在 6.4 節已見過這三步）。
• 退相干是否不可逆？
  原理上如果能完全收集並逆操作所有環境記錄，就可重建相干；現實中由於記錄分散在龐大自由度裡，幾乎不可執行。回波與擦除展示的是有限度的可逆。

六、小結

退相干並沒有改寫量子規律，而是告訴我們：當相位資訊從局部包絡散入龐大的能量海與環境，疊加的花紋就會在局域視角中被抹平。宏觀經典，是在張度底噪與多通道耦合的長期作用下，系統被“押送”進了對環境最不敏感的穩定走廊。
一句話收束：量子無處不在，經典是退相干後的出場方式。