6.7 Penyahkoherenan

Laman Utama ／ Bab 6: Alam Kuantum

I. Fenomena dan persoalan
Objek yang sangat kecil boleh “bertindak seperti gelombang”, saling tindih dan menghasilkan corak gangguan. Objek yang lebih besar hampir sentiasa “seperti zarah”, menempuh satu laluan yang jelas. Elektron atau foton tunggal melalui dua celah memunculkan jalur halus; namun jika diganti dengan habuk panas atau molekul suam, jalur itu cepat pudar. Malah kubit superkonduktor yang mampu mengekalkan koheren akan kehilangan kontras sebaik sahaja gandingannya dengan persekitaran bertambah kuat. Persoalan spontan pun muncul: jika undang-undang fizik yang sama terpakai, mengapa dunia makroskopik kelihatan “klasik”?

II. Tafsiran menurut Teori Filamen Tenaga: tiga langkah yang “menipiskan” koheren
Pada sebutan pertama: Teori Filamen Tenaga (EFT) menerangkan bahawa setiap objek kuantum merambat sebagai “sampul koheren” yang bersilih ganti dalam lautan tenaga. Menurut Teori Filamen Tenaga, penyahkoherenan berlaku apabila sampul ini berganding lemah dengan persekitaran sehingga tertib fasa tersebar dan menjadi kabur.

• Gandingan persekitaran menulis jejak “laluan mana” di serata tempat:
  Perlanggaran dan serakan halus dengan gas, sinaran atau kekisi kristal akan mengecap perbezaan laluan pada banyak darjah kebebasan persekitaran. Dalam bahasa Teori Filamen Tenaga, gugusan motif fasa diagihkan kepada sejumlah besar unsur mikro lautan filamen, membentuk “memori” yang berserak.
• Hingar latar berketensor mengasar motif fasa:
  Lautan tenaga tidak statik; wujud hingar latar berketensor yang lemah lagi menyeluruh. Dari masa ke masa, hingar rendah ini menyebabkan beza fasa antara laluan hanyut; tertib asal berpecah, dan sampul koheren berubah daripada “tajam” kepada “tumpul”.
• Persekitaran “memilih” lorong bacaan yang stabil:
  Dengan interaksi berpanjangan, hanya orientasi dan taburan yang paling kurang sensitif terhadap persekitaran kekal bentuk—itulah “keadaan penunjuk”. Ia sepadan dengan lorong yang paling sedikit gangguan dan tampak seperti trajektori klasik.

Hasilnya: tiada pemerhati manusia diperlukan. Maklumat fasa sudah pun tersebar ke persekitaran. Dari sudut sistem setempat, yang tinggal hanyalah statistik teradun, lalu corak gangguan lenyap. Begitulah kuantum “menampakkan diri” sebagai klasik.

III. Senario lazim (dari meja makmal ke barisan hadapan)

• Dua celah dengan gas atau sinaran terma:
  Naikkan tekanan atau suhu di sekitar laluan secara beransur-ansur; keterlihatan jalur menurun mengikut gabungan tekanan, suhu dan beza laluan. Tafsiran: peristiwa serakan melabel “laluan” pada zarah dan foton di sekeliling; tertib fasa bocor keluar, maka corak pun pudar.
• Gangguan molekul besar dan pancaran sendiri:
  C₆₀ dan molekul organik yang lebih besar masih menunjukkan gangguan dalam vakum tinggi pada suhu rendah. Apabila dipanaskan, foton terma yang dipancarkan molekul “mendedahkan” maklumat fasa kepada persekitaran, menyebabkan corak menjadi lemah kerana foton membawa perbezaan fasa itu pergi.
• Masa koheren kubit dan pemulihan gema (echo):
  Dalam sistem superkonduktor atau spin, relaksasi dan nyahfasa menentukan “tingkap koheren”. Teknik gema atau nyahganding dinamik dapat menarik semula sebahagian tertib fasa yang telah dikaburkan, lalu corak muncul kembali. Ini menunjukkan penyahkoherenan ialah penyebaran maklumat akibat gandingan, bukannya pemadaman mutlak.
• Ujian jenis “penghapus kuantum”:
  Jika darjah kebebasan persekitaran menyimpan rekod laluan, menghapus rekod itu—atau menggabungkannya sehingga tidak boleh dibaca—akan memulihkan gangguan dalam sub-set bersyarat. Keterlihatan corak bergantung pada kebolehaksesan maklumat fasa, bukannya zarah “tiba-tiba menjadi klasik”.
• Optomekanik dan “tingkap” koheren biologi:
  Pengayun mekanik mikro yang disejuk hampir keadaan asas boleh mengekalkan koheren seketika; kompleks fotosintesis yang rumit mengekalkan “poket” koheren yang sangat singkat walaupun dalam persekitaran hangat dan lembap. Ini menunjukkan koheren boleh direka bentuk, asalkan gandingan dan hingar latar dikawal.

IV. Cap jari eksperimen (cara mengenal pasti “fasa semakin tumpul”)

• Kontras corak menurun secara sistematik dengan peningkatan tekanan, suhu, beza laluan dan saiz zarah.
• Jujukan Ramsey dan Hahn-echo memperlihatkan sampul yang merosot serta pulih sebahagiannya.
• Selepas “menghapus” atau “melabel” maklumat laluan secara terpilih, statistik bersyarat menunjukkan corak kembali atau lenyap.
• Hingar isotropik berbanding hingar berarah menghasilkan kebergantungan sudut yang berbeza dalam pereputan koheren.

V. Jawapan ringkas kepada salah faham biasa

• Adakah penyahkoherenan sama dengan kehilangan tenaga?
  Tidak. Utamanya ialah penyebaran keluar maklumat fasa; tenaga keseluruhan boleh hampir tidak berubah.
• Adakah penyahkoherenan memerlukan pemerhati?
  Tidak. Apa-apa gandingan yang boleh dirakam dengan persekitaran sudah mencukupi untuk menyebarkan fasa—sama ada ada pemerhati atau tidak.
• Adakah penyahkoherenan sahaja menjelaskan mengapa hasil tunggal berlaku?
  Ia menerangkan mengapa superposisi tidak lagi kelihatan dan mengapa wujud keadaan penunjuk yang stabil. Namun untuk membesarkan perbezaan kecil menjadi hasil yang boleh dibaca, masih perlu proses gandingan, penutupan dan memori alat pengukuran (dihuraikan dalam Seksyen 6.4).
• Adakah penyahkoherenan tidak boleh diterbalikkan?
  Secara prinsip, jika semua rekod persekitaran dapat dihimpun dan diterbalikkan, koheren boleh dibina semula. Dalam amalan, rekod tersebar pada darjah kebebasan yang amat banyak, jadi hampir mustahil. Teknik gema dan penghapusan menunjukkan kebolehterbalikan terhad.

VI. Ringkasnya
Penyahkoherenan tidak menulis semula hukum kuantum. Ia menjelaskan bahawa apabila maklumat fasa daripada sampul koheren setempat tersebar ke lautan tenaga yang luas dan persekitaran, corak gangguan hilang daripada pandangan setempat. Ke-klasik-an pada skala makro terbit apabila sistem “ditolak”—oleh hingar latar dan gandingan berbilang saluran yang berpanjangan—ke dalam lorong stabil yang paling kurang sensitif terhadap persekitaran.
Dalam satu ayat: kuantum hadir di mana-mana; apa yang kita lihat ialah rupa selepas penyahkoherenan.