退相干历史

『壹』 退相干历史的简介

退相干历史由穆雷盖尔曼(Murray Gell-Mann),詹姆斯哈特(James Hartle)与罗伯特格里菲斯(Robert Griffiths)在1984年提出，是用来解释量子力学中波函数坍塌的理论。
根据科普读物《上帝掷骰子吗？-量子物理学史话》（以下简称《上》）中的介绍，再加上网上的一些资料，我总结此理论的概念如下。
首先由若干个概念列出：
1.量子相干性：量子相干性，或者说“态之间的关联性”。其其一是爱因斯坦和其合作者在1935年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的：高能加速器中，由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行，在没有人观测时，两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时，如果观测到电子处于向右自旋的状态，那么正电子就一定处于向左自旋的状态，即而无论两者相隔多远的距离，他们之间的旋转方向一定存在高度的关联。

『贰』 人可以回到古代吗

或许有这个可能，但目前的理论尚不支持。主要有相对论和热力学第二定律。

相对论认为超光速可能回到过去，但光速是宇宙的极限，只有不携带能量和信息才能超越光速（比如“相波”）。而热力学第二定律有一个著名的“时间之箭”，即时间只能向一个方向流逝，不能逆转，否则会使整个系统的熵减少。

【PS. 如果我们颠倒所有粒子和反粒子的运动方向，系统应回到原先的那样（换言之，对于前进或后退的时间方向定律是一样的）】

目前看来，虫洞或许是一个能连接遥远的时空区域的通道。但它的理论还有很多不能自洽的地方。

关于“外祖母悖论”，根据量子引力学的三种宇宙解释：平行宇宙、退相干历史和时间圈环理论，这都是不会发生的。

平行空间（多重宇宙）认为，我们生活在多个（事实上是无穷多个）宇宙并存的状态。我们的任意行为都会造成宇宙的“分裂”，产生另一个叠加的宇宙。如果你杀了你的祖父，则有一次造成了时空的叠加，其中一个宇宙中，因为你的祖父死了，所以根本没有你这个人存在过，你自然没法去想这些事。而另一个宇宙中的你还活着，所以你会得出改变过去不影响现在的结论。

时间圈环则认为，你根本不可能回到过去。这个理论在数学上比较复杂，我只简单说两句。它利用一个叫“哥德尔不完备性定理”的数学原理证明了时空允许封闭的类时曲线存在，它使你永远只能出发后回到出发点，不能回到过去。

最后的退相干历史模型则更加怪异，它是由费曼的路径求和演变而来，认为不同的量子态会相互干涉，最终抵消，叠加在一个状态上，剩余的影响忽略不计。因为你回到过去的一系列行为所有的概率叠加在一起，最终我们看你的人像，在边缘可能有一点模糊，那是你杀死了你的祖父而导致你并不存在在这里的一点微弱的可能性。

根据一般人体的量子数，基本可以推算出这一点模糊的概率是1/10^10^60，换言之，这比一后面一万亿亿亿亿亿亿亿个零分之一还要小。

『叁』 目前科学前沿对灵异般的双缝干涉实验是怎么解释的

对于历史事件的描述可以用一个密度矩阵来描述，只有当的测量目标达到一定的粗糙程度时，才能使矩阵退相干，即非对角线上的概率之和几乎互相抵消，这样得到的就是线性的叠加。而如果测量的目标太过精细，那么就得不到一个有意义的解。

之所以说其恐怖，是双缝干涉实验，这个实验当观察者出现的后，光线粒子的干涉会消失，然后变成两个条纹。好像这些光线粒子不喜欢别人的关注一样，看到就出现，不看到就不出现，这不得不让人涌起恐怖的怀疑。

含义：

平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，狭缝相距很近，平行光的光波会同时传到狭缝，它们就成了两个振动情况总是相同的波源称为相干波源，它们发出的光在档板后面的空间相互叠加，就发生了干涉现象。

当单色光经过双缝后，在屏上产生了明暗相间的干涉条纹。当屏上某处与两个狭缝的路程差是半波长的偶数倍时，形成亮条纹。当屏上某处与两个狭缝的路程差是 半个波长的奇数倍时，出现暗条纹。

以上内容参考：网络-双缝干涉

『肆』 退相干历史的介绍

退相干历史由穆雷盖尔曼(Murray Gell-Mann),詹姆斯哈特(James Hartle)与罗伯特格里菲斯(Robert Griffiths)在1984年提出，是用来解释量子力学中波函数坍塌的理论。

『伍』 量子关联 经典关联 量子纠缠 消相干

1L 很出色。
我通俗的说一下量子纠缠：
在一个封闭的房子里，一共有A,B,C三个人。一个蒙着眼睛的人站在房子唯一的出口处。
当这个蒙眼人感应到有一个人走出来，那么他该怎么回答走出来的是谁？
他会说走出来的那个人，是1/3个A +1/3个B + 1/3个C.
他不知道走出来的是谁，只好用这种既不是A,也不是B,C的办法描述结果。这样的结果就是纠缠态。

现在把蒙眼的布带去掉，这个人就能确定走出来的人是谁了(假设是B)， 相对的说，1/3个A,1/3个C的纠缠态就消失了。就称为退相干。

『陆』 量子力学 多世界和多历史的区别

1、多重历史
如果我们单纯谈论微观粒子，那么它们处于多种不确定性的叠加态，我们只能计算其概率。粒子随时间变化的历史路径，也在同时经历多重历史。但当我们关注某种复杂的特征，比如薛定谔猫的死活时，我们是在关注两族粒子的历史，一族是猫死，另一族是猫活。这时，除猫的死活特征外，两族粒子的多重历史相互抵消了，猫的死活成为确定态，猫不会经历死和活的多重历史，如果猫活，那么猫死的历史就没有发生，反之亦然。
对于所有粒子的集合（就是宇宙）来说，在一个时间段，每一个粒子都同时经历了多重历史，只是因为我们关注的问题都过于复杂和宏观，所以粒子的不确定性历史抵消了，我们看到的宏观特征都是确定的结果。当我们在实验中观察微观粒子状态，我们也只能关注某一宏观特征，如照片图形、仪表指针等，所以不确定性的多重历史相互抵消了，观测到的是确定结果。
这些不是信口一说，而是以费曼的路径积分方法为基础。费曼在上世纪40年代创立了路径积分方法，并证明了这种方法与海森堡矩阵和薛定谔方程是等效的，都是描述量子论的基本数学方法。路径积分是在时间上对粒子的所有状态求和，所以对应于粒子的多重历史路径。路径积分方法能计算某个特征对应的粒子多重历史抵消的条件，如果多重历史相互抵消了，叫退相干（decoherence），不能抵消叫相干。
我们所关注的特征分为两种，符合退相干条件的特征，所对应的历史是确定的，只有一种历史发生了。不符合退相干条件的特征，则对应着同时发生的多重历史。我们日常看到的确定历史，是建立在粒子多重历史的基础上，而其多重历史相互抵消的结果。
根据计算结果，如果要保持粒子多重历史相干（即保持不确定性的多重历史同时发生），必须是一个粒子很少的非常小的系统，人的感官所涉及的系统都太大了，只能观察到退相干的历史，不能观察到不确定的叠加态。
多重历史解释听起来比哥本哈根的“人类意识的观测使粒子不确定性坍缩”要令人信服多了，但它并不是一个唯物论的解释，它是说，宇宙是一个多重历史的叠加，因为我们关注了某一个宏观的特征，宇宙就呈现出确定性。事实上，如果我们关注不同的宏观特征，宇宙可能会呈现出不同的确定性。也就是说，宇宙的可观测状态，是由我们所要关注的宏观特征决定的。这应该不是一个支持唯物主义的观点吧？
霍金在《伟大设计》中，较详细地论述了多重历史解释，在此书中，他把科学总结成“依赖
多重历史与量子论的多重宇宙（平行宇宙）解释有什么区别？多重宇宙解释是说，量子物理过程使宇宙分裂，不同宇宙分别对应粒子的多种不确定性（这种分裂不是现实的，而是数学意义上的）。根据多重宇宙解释，符合退相关条件的不同宏观特征也都在不同的宇宙中发生了，这就涉及了我们会在哪个宇宙里的问题，当这一问题与自我的状态形成自指时，就会产生量子永生的悖论。而根据多重历史解释，符合退相干条件的不同宏观特征，其历史是确定的，只有一个发生了，其他没有发生，不会产生由于自指而引发的悖论。
多重历史解释为量子计算机的设计提供了可能。量子计算机的核心技术，就是保持计算过程中的相干性，同时在多重历史中进行运算，所以量子计算机拥有比经典计算机强大得多的运算能力。量子计算机能否实现，现在尚无定论，如果实现，应该是多重历史解释的一个很好证明。
多重历史解释出现较晚，在科普中较少提及，并没有广为人知。但比起之前的解释，它更为合理，解决了很多矛盾之处，具有更深刻含义，可能更加接近现实的图景。
2、多重世界
1970年代后期，随着人们对多世界解释的兴趣不断增长，多世界解释在弦理论家、量子引力和量子宇宙学家中最受欢迎，相信它的著名物理学家有霍金、费曼、盖尔曼和温伯格等。霍金是众所周知的多世界迷，费曼一直强调坍缩过程只能通过薛定谔方程来说明。温伯格则断言，“最终的途径是将薛定谔方程认真地当作是对测量过程的描述„„我更喜欢这种最终步骤。”在《夸克与美洲豹》一书中，他将自己描述成了多世界解释的信徒。
1985年，德义奇对多世界解释做出了进一步的澄清。德义奇首次指出了多世界解释与正统解释具有不同的实验预测，并提出一个大胆的超脑实验以检验孰是孰非。在这一实验中，人们首先制备一种具有量子记忆能力的超脑，然后观察超脑的不同记忆状态之间的干涉效应。如果多世界理论是正确的，那么将会观察到干涉现象，同时超脑也会在效果上感觉到自己的分裂和合并；而如果正统解释是正确的，将不会观察到干涉现象。
此外，德义奇用数目不变的世界出现差别来代替世界不断分裂的说法。根据他的新表述，存在一些平行的完全的世界，它们在某种确定的意义上在相同的时间和空间中存在着，尤其是，它们与我们共享同样的时间和空间。不同的平行世界是通过它们作为一个公共的物理实体的一部分而关联在一起的，物理实在就是纠缠在一起的所有世界的集合。在理论上，多平行世界是与波函数的各个“坍缩”分支相联系的，当世界面临一种量子选择时，它就分裂成两个不同的世界。
2001年2月，惠勒和蒂格马克在《科学美国人》上发表了一篇纪念量子发现一百周年的文章。在这篇文章中，他们认为，去相干理论和最新的实验表明，多世界解释已经取代了正统的哥本哈根解释，而成为了大多数物理学家都认可的量子力学的新的正统解释[12]。
3.2多世界解释的意义
艾弗雷特多世界理论的伟大或者说是独特之处在于它否定了波函数的坍缩，认为薛定谔方程在任何时候都会成立。而这样一个没有坍缩的量子理论仍然可以
解释观测，并预言描述宏观世界的波函数会渐渐演化成一个描述多重世界叠加态的波函数。而观测者主观经历这一分裂得到的仅仅是有限的随机性，其概率和使用波函数坍缩方法计算的结果一致。这样在哥本哈根一派的解释中所存在的缺点却被艾弗雷特加以利用而完成了自身理论的自洽性。艾弗雷特完成了爱因斯坦在与玻尔论战时所没有做到的工作——提出自己的理论体系。而量子力学的完备性也因为多世界理论的提出而向着进一步的完善迈出了长足的一步。
从科学史上看，量子力学基本上是沿着玻尔等人的路线发展的，并且取得了巨大成功，特别是通过贝尔不等式的检验更加巩固了它的基础。但是，我们也要看到，从爱因斯坦等人提出的EPR悖论到艾弗雷特提出多世界解释，一系列不停否定哥本哈根解释的过程实际上激发了量子力学新理论、新学派的形成和发展，使量子力学在争论中得到了更进一步的发展。

『柒』 退相干 是什么

量子相干性先介绍一下“量子相干性”。
现在各国科学家都在努力希望实现量子计算机，而量子计算机需要一些重要的量子性质。其一是“量子相干性”。
量子相干性，或者说“态之间的关联性”。其其一是爱因斯坦和其合作者在1935年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的：高能加速器中，由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行，在没有人观测时，两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时，如果观测到电子处于向右自旋的状态，那么正电子就一定处于向左自旋的状态。这是因为，正电子和电子本是通过能量无中生有而来，必须遵守守恒定律。这也就是说，“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”的状态是相关联的，称作“量子相干性”。这种相干性只有用量子理论才能说明。
要在量子计算机中实现高效率的并行运算，就要用到量子相干性。彼此有关的量子比特串列，会作为一个整体动作。因此，只要对一个量子比特进行处理，影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。这一特点，正是量子计算机能够进行高速运算的关键。 退相干退相干，通俗的称谓是“波函数坍缩效应”，是量子力学的基本数学特性之一。指的是原本连续分布的波函数概率幅，在经历“观测”之后的瞬间退变为离散分布于某一特定点的δ函数（狄拉克δ函数，在特定的一个点值为无穷，其余所有点值为0，整个函数图形总面积定义为1）的现象。
夸张地说，退相干效应指的是“当没有人看月亮时，月亮只以一定概率挂在天上；而当有人看了一眼后，月亮原来不确定的存在性就在人看的一瞬间突变为现实。”
量子力学的正统哥本哈根解释承认人的主观观测会影响到微观实体的客观存在性，这是量子力学至今仍未解决的一大哲学难题。
退相干使得量子计算机与传统计算机不同，量子计算机的运算时间是由限制的。这是因为，量子比特之间的相干性很难保持长时间，经过一定的时间后，一旦遇到外界实体的观测，就会失去相干性。在计算机中，量子比特不是一个孤立系统，它会与外部环境发生作用而使量子相干性衰减，即“退相干”（也叫作“消相干”）。量子比特从相干状态到失去相干性这段时间叫做“退相干时间”。如果退相干时间不能足够长，就无法完成计算。所以，延长退相干时间，使以后必须解决的重大课题。
量子叠加性会因为观测而崩溃。退相干是周围的环境噪声造成干扰使量子比特“变劣”，那么观测也会对相干性造成影响。为了笔墨退相干，就要将电路元件与周围环境隔离。但是，现在仍有许多退相干的原因没有查明。研究员蔡兆申指出，电路周围的电荷起伏也会造成退相干。

『捌』 量子退相干是不确定原理的重要体现吗还有，不确定原理是世界的原貌，还是受技术限制下的测不准。

退相干历史与不确定性原理没有特别的联系，不确定性原理更好的应该被通俗解释为用物理定律制约或预言宇宙万物演化时的误差的极限。

『玖』 退相干历史的其他信息

2.精粒历史(fine-grained history)：按照《上》中给出的类比例子，我总结其概念为在在一个系统内，一段时间内的所有组成此系统的基本元素(或者称组成部分)的状态的变化之集合就是此系统的精粒历史。我给出的例子也是《上》中的那个足球赛的例子，比如一场举行在某事某地的足球比赛，其精细历史就是在这场足球赛中举行的这段时间里组成此足球赛的所有部分(想《上》中所说的，这里你可以认为所谓部分就是比如所有的这段时间内，在球场这个区域内的所有基本粒子以及其他任何可以想象得到的部分)的状态的变化的集合。
3.粗粒历史(coarse-grained history)：即有了观察者的缘故，观察者将此系统的精细历史进行了简化而只得到某些宏观的论断，对照上边的足球赛的例子，粗粒历史可以认为是此时此地球赛的比分，观众的人数，天气温度，以及任何其他的宏观的事实。
好，现在开始进入正题。
退相干历史理论的一个重要的前提是，观察者无法真正观察到系统的任何精细历史，并且在任何精细历中同时发生，或者说是处于纠结状态的。如《上》第十二章中所说：,,,换句话说“通过左缝”和“通过右缝”这两种历史不是独立自主的，而是相互纠缠在一起的，他们之间有干涉项。当我们计算“电子通过左缝或者通过右缝”这样一种情况的时候，我们得到的并非一个传统的概率，干脆地说，这样一个“联合历史”是没有概率的！这也就是说为什么在双缝实验中，我们不能说“电子要么通过左缝，要么通过右缝”，因为这两种历史是“相干”的！
再此重要的假前提下，退相干理论说，粗粒历史中的某些事件是可以使用经典的概率公式进行加减运算的，因为这些粗粒事件已经退相干了，即他们已经不像精细历史下的事件是相互纠结在一起的了。比如《上》在此处举的例子薛定谔猫实验为例，在一定时间内，关着猫的密室这个总体的空间内, 精粒历史应该是此空间内所有的基本粒子再次实验时间内的状态的变化这一事实，而这些基本粒子的状态的变化是不可测的；而在粗粒历史中，观测者可以问猫死还是猫活，或者其他的问题，这些也是同样时间段内发生的事实。在精粒历史中无法使用经典概率公式计算，而在粗粒历史下，就可以使用经典的概率公式进行计算。比如，粗粒历史下猫死的概率与猫活的概率之和是100%，在精粒历史下任意时间点上，所有基本粒子之间关系复杂(不一定仅仅由于量子纠结)，因此要计算某些概率是不可能的。(例子是我根据《上》中的足球赛的例子引申出来的一个例子，不一定正确)

『拾』 通俗的说一下退相干理论是什么 我总感觉它是在扯蛋而又没什么实际作用。

退相干历史理论（Decoherent Histories）认为，宇宙一直都只有一个，而历史是许多的。我们只是观测到了一个大面的历史而已。

一种关于波函数坍缩的理论，不同于将意识放入神坛的“哥本哈根诠释”、带来了“量子自杀悖论”的“多世界诠释”、已废弃的“隐变量诠释”、限定量子力学作用范围而看上去近乎放弃的“系综解释”，相对而言退相干历史还算是一个较好的解释。

(10)退相干历史扩展阅读

起源：理查德·费因曼（或译理查德·费曼）是个颇具直觉的物理学家，费因曼图（费曼图）更是一个重要的工具。但这里我们要说的是路径积分（或者叫“狄拉克-费因曼路径积分）。根据最小作用量原理，自然似乎总会倾向于最省力的方式。

经典案例中，从A到B的抛体运动所经的路线一定是A到B所有可能路径中最省力的方式。但在量子领域，一切归于概率，粒子不会有确定的线路，而是通过波动性同时通过了所有的路径，只是几率的不同而已。而对于路径的求和，就是路径积分。