一切皆量子

与直觉相反的量子力学原理如何影响我们的宏观世界？我们能确定即使没有观察者，我们的宏观世界也不会显示量子态吗？

基思·施瓦布正在搭建量子和宏观之间的桥梁。按照大多数人的标准，这些桥很小。它们只有8微米长，0.2微米宽，可以在显微镜下看到。但在施瓦布看来，它们非常巨大。这是因为他希望看到它们按照量子力学的定律运动，而奇怪和不可想象的现象经常发生在量子力学中，例如一个粒子可以同时出现在两个地方。人们普遍认为量子力学主宰着一个原子，而这些由数百亿个原子组成的桥梁不受它的控制。这是一个雄心勃勃的目标。然而，美国康奈尔大学的施瓦姆只是世界上众多相关实验物理学家之一。他们的共同目标是探索现代物理学中最大的难题之一——从量子力学到经典力学的过渡(量子-经典过渡)。在这个转变中，当我们从原子尺度转移到苹果尺度时，模糊的量子世界已经让位于众所周知的、确定的经典物理世界。如果这些实验成功地证明了当前关于这种转变的理论，它将结束对量子理论的长期偏见。

[图片说明:马西米兰·施洛斯豪尔认为，即使是“经典”物体也有其量子本质。版权:K.Schlosshauer/Nature.量子特异性在哪里？为了理解量子经典变换的真正含义，我们可以把我们熟悉的经典物理世界看作是“这个或那个”的地方。换句话说，指南针不能在某一时刻指向南方和北方。相比之下，量子世界是一个“模糊”的地方。被磁化的原子可以很容易地同时指向两个方向。同样的情况也可能发生在其他物理属性上，如能量、位置或速度。一般来说，量子世界中的这些物理量可以同时有不同的值，所以你只能描述这些值的概率。在这种情况下，物理学家称之为量子“叠加”态。因此，理解量子经典跃迁的核心问题之一是，当你从原子尺度进入苹果尺度时，量子叠加态会发生什么。更准确地说，“模糊性”何时以及如何变成“非此即彼”？几十年来，物理学家对此提出了许多理论。然而，最流行的理论之一涉及到被称为“退相干”的现象，这种现象在20世纪70年代和80年代被发现并被仔细研究过。粗略地说，退相干是当微观粒子与周围环境相互作用时量子行为的消失(例如，原子或分子与周围物质碰撞或光撞击它)。剩下的只是系统的部分图像，即一个明确的宏观世界。为什么会出现这种奇怪的现象？20世纪80年代，现在在美国拉斯·阿拉莫斯国家实验室工作的物理学家沃伊切赫·祖瑞克对此提出了一个解释。事实上，不同的量子态对退相干有不同的抵抗力。当量子系统与环境相互作用时，只有具有强大“抵抗力”的状态才能最终存活。这些最后剩下的量子态是经典物理学中常见的特征，例如位置和速度。从这个意义上说，这些是最“最佳”的量子态，这就是为什么祖里克和他的同事称它们为“量子进化”。