6.7 Αποσυνοχή

Αρχική ／ Κεφάλαιο 6: Κβαντικός τομέας (V5.05)

I. Φαινόμενο και βασικό ερώτημα
Πολύ μικρά αντικείμενα μπορούν να «συμπεριφέρονται σαν κύματα», να επικαλύπτονται και να παράγουν συμβολή. Τα μεγαλύτερα αντικείμενα σχεδόν πάντα «σαν σωματίδια» ακολουθούν μία και μόνη καθαρή διαδρομή. Ένα μοναδικό ηλεκτρόνιο ή φωτόνιο στη διπλή σχισμή δίνει λεπτές κροσσώσεις· αν τα αντικαταστήσουμε με θερμή σκόνη ή ζεστά μεγάλα μόρια, οι κροσσώσεις ξεθωριάζουν γρήγορα. Ακόμη και υπεραγώγιμα qubit που διατηρούν συνοχή χάνουν αντίθεση μόλις ενισχυθεί η σύζευξή τους με το περιβάλλον. Προκύπτει έτσι το διαισθητικό ερώτημα: εφόσον ισχύουν οι ίδιες φυσικές αρχές, γιατί ο μακροσκοπικός κόσμος μοιάζει «κλασικός»;

II. Ερμηνεία της Θεωρίας Νημάτων Ενέργειας: τρεις τρόποι με τους οποίους η συνοχή «αραιώνει»
Στην πρώτη αναφορά: η Θεωρία Νημάτων Ενέργειας (EFT) περιγράφει κάθε κβαντικό αντικείμενο που διαδίδεται ως ένα «περίβλημα συνοχής» που προχωρά διαδοχικά μέσα στη θάλασσα ενέργειας. Σύμφωνα με τη Θεωρία Νημάτων Ενέργειας, η αποσυνοχή εμφανίζεται όταν αυτό το περίβλημα συζευχθεί ασθενώς με το περιβάλλον, με αποτέλεσμα η διάταξη φάσης να διαχυθεί και να θαμπώσει.

• Η σύζευξη με το περιβάλλον αποθηκεύει ίχνη «ποιας διαδρομής» παντού:
  Μικροσκοπικές κρούσεις και σκέδαση με αέρια, ακτινοβολία ή κρυσταλλικό πλέγμα εγγράφουν τις διαφορές διαδρομής σε πολλούς βαθμούς ελευθερίας του περιβάλλοντος. Στη γλώσσα της Θεωρίας Νημάτων Ενέργειας, συστάδες μοτίβων φάσης κατανέμονται σε πολυάριθμα μικρο-στοιχεία της θαλάσσιας μάζας νημάτων, σχηματίζοντας ένα διανεμημένο «αποτύπωμα μνήμης».
• Ο τενσορικός θόρυβος υποβάθρου τραχύνει τα μοτίβα φάσης:
  Η θάλασσα ενέργειας δεν είναι ακίνητη· υπάρχει αδύναμος αλλά πανταχού παρών τενσορικός θόρυβος. Με τον χρόνο, αυτός μετατοπίζει τις σχετικές φάσεις μεταξύ διαφορετικών διαδρομών· τα κάποτε τακτικά μοτίβα διαλύονται και το περίβλημα συνοχής γίνεται από «κοφτερό» πιο «αμβλύ».
• Το περιβάλλον «επιλέγει» διαδρόμους σταθερής ανάγνωσης:
  Σε μακρόχρονη αλληλεπίδραση, διατηρούνται μόνο οι προσανατολισμοί και κατανομές που είναι λιγότερο ευαίσθητες στο περιβάλλον — οι λεγόμενες καταστάσεις δείκτη. Αντιστοιχούν σε διαδρόμους ελάχιστης διατάραξης και εμφανίζονται ως κλασικές τροχιές.

Καθαρό αποτέλεσμα: δεν απαιτείται ανθρώπινος παρατηρητής. Η πληροφορία φάσης έχει ήδη διαρρεύσει στο περιβάλλον· για το τοπικό σύστημα απομένουν μικτές στατιστικές και το πρότυπο συμβολής χάνεται. Έτσι το κβαντικό «βγαίνει στη σκηνή» ως κλασικό.

III. Τυπικά σενάρια (από τον πάγκο ως την αιχμή)

• Διπλή σχισμή με αέριο ή θερμική ακτινοβολία:
  Αυξάνοντας σταδιακά την πίεση ή τη θερμοκρασία κοντά στις διαδρομές, η ορατότητα των κροσσώσεων μειώνεται συστηματικά ανάλογα με τον συνδυασμό πίεσης, θερμοκρασίας και διαφοράς διαδρομής. Ερμηνεία: τα γεγονότα σκέδασης προσθέτουν «ετικέτες διαδρομής» σε γειτονικά σωματίδια και φωτόνια· η διάταξη φάσης διαφεύγει και οι κροσσώσεις σβήνουν.
• Συμβολή μεγάλων μορίων και αυθόρμητη εκπομπή:
  Το C₆₀ και ακόμη μεγαλύτερα οργανικά μόρια εμφανίζουν συμβολή σε υψηλό κενό και χαμηλή θερμοκρασία. Όταν θερμανθούν, τα θερμικά φωτόνια τους «εκπέμπουν» την πληροφορία φάσης στο περιβάλλον, οι κροσσώσεις εξασθενούν επειδή τα εκπεμπόμενα φωτόνια μεταφέρουν τη διαφορά φάσης.
• Χρόνοι συνοχής qubit και ανάκτηση με echo:
  Σε υπεραγώγιμα ή σπιν-συστήματα, η χαλάρωση και η αποδιαφασικοποίηση καθορίζουν το «παράθυρο συνοχής». Τεχνικές echo ή δυναμικού αποσυζεύγματος μπορούν να επαναφέρουν μέρος της θαμπωμένης διάταξης φάσης, ώστε η συμβολή να επανεμφανιστεί. Αυτό δείχνει ότι η αποσυνοχή είναι διάχυση πληροφορίας λόγω σύζευξης, όχι ολική διαγραφή.
• Πειράματα τύπου «κβαντικής γόμας»:
  Αν βαθμοί ελευθερίας του περιβάλλοντος μεταφέρουν την πληροφορία διαδρομής, το σβήσιμο αυτής της εγγραφής — ή ο συνδυασμός της ώστε να μην αναγνωρίζεται — επαναφέρει τη συμβολή στα αντίστοιχα υποσύνολα υπό όρους. Η ορατότητα εξαρτάται από το αν η πληροφορία φάσης είναι προσβάσιμη και όχι από το αν ένα σωματίδιο «ξαφνικά γίνεται κλασικό».
• Οπτομηχανική και «παράθυρα» βιολογικής συνοχής:
  Μικρομηχανικοί ταλαντωτές ψυχμένοι κοντά στη θεμελιώδη κατάσταση διατηρούν για λίγο συνοχή. Σύνθετα συμπλέγματα φωτοσύνθεσης διατηρούν απειροελάχιστες «τσέπες» συνοχής ακόμη και σε ζεστό, υγρό περιβάλλον. Αυτό υποδηλώνει ότι η συνοχή μπορεί να διατηρηθεί τεχνικά όταν ελέγχονται η σύζευξη και ο θόρυβος υποβάθρου.

IV. Πειραματικά αποτυπώματα (πώς αναγνωρίζουμε ότι η φάση «αμβλύνεται»)

• Η αντίθεση των κροσσώσεων μειώνεται συστηματικά με την αύξηση πίεσης, θερμοκρασίας, διαφοράς διαδρομής και μεγέθους σωματιδίων.
• Ακολουθίες Ramsey και Hahn-echo δείχνουν φθίνουσα περιβάλλουσα με μερική ανάκαμψη.
• Μετά από επιλεκτικό «σβήσιμο» ή «επισήμανση» πληροφορίας διαδρομής, οι κροσσώσεις επανεμφανίζονται ή εξαφανίζονται στα υπό όρους στατιστικά.
• Ισοτροπικός έναντι κατευθυντικού θορύβου οδηγεί σε διαφορετικές γωνιακές εξαρτήσεις της αποσυνοχής.

V. Σύντομες απαντήσεις σε συνήθεις παρανοήσεις

• Εξισώνεται η αποσυνοχή με απώλεια ενέργειας;
  Όχι. Πρωτίστως είναι εξάπλωση προς τα έξω της πληροφορίας φάσης· η συνολική ενέργεια μπορεί να παραμείνει σχεδόν αμετάβλητη.
• Απαιτεί η αποσυνοχή παρατηρητή;
  Όχι. Κάθε καταγράψιμη σύζευξη με το περιβάλλον αρκεί για να διασπείρει τη φάση, με ή χωρίς παρατηρητή.
• Αρκεί η αποσυνοχή για να εξηγηθεί γιατί προκύπτει ένα μόνο αποτέλεσμα;
  Εξηγεί γιατί οι υπερθέσεις παύουν να είναι ορατές και γιατί αναδύονται σταθερές καταστάσεις δείκτη. Ωστόσο, για να μεγεθυνθεί μια μικροσκοπική διαφορά σε αναγνώσιμο αποτέλεσμα, απαιτούνται οι διεργασίες σύζευξης, κλεισίματος και μνήμης της συσκευής μέτρησης (βλ. Ενότητα 6.4).
• Είναι η αποσυνοχή μη αναστρέψιμη;
  Κατ’ αρχήν, αν συγκεντρωθούν και αντιστραφούν όλες οι περιβαλλοντικές εγγραφές, η συνοχή μπορεί να αναδομηθεί. Στην πράξη, τα ίχνη είναι διασκορπισμένα σε τεράστιους βαθμούς ελευθερίας και αυτό είναι σχεδόν αδύνατο. Οι τεχνικές echo και το «σβήσιμο» δείχνουν περιορισμένη αναστρεψιμότητα.

VI. Συνοψίζοντας
Η αποσυνοχή δεν ξαναγράφει τους κβαντικούς νόμους. Δείχνει ότι όταν η πληροφορία φάσης από ένα τοπικό περίβλημα συνοχής διαχέεται στη μεγάλη θάλασσα ενέργειας και στο περιβάλλον, τα πρότυπα συμβολής εξαφανίζονται από την τοπική οπτική. Η μακροσκοπική κλασικότητα αναδύεται καθώς τα συστήματα — υπό τον τενσορικό θόρυβο υποβάθρου και τη μακράς διάρκειας πολύκαναλη σύζευξη — «οδηγούνται» σε σταθερούς διαδρόμους με τη μικρότερη ευαισθησία στο περιβάλλον.
Μία φράση-κλειδί: το κβαντικό είναι παντού· αυτό που βλέπουμε είναι η όψη του μετά την αποσυνοχή.