6.7 การสลายการประสาน

หน้าแรก ／ บทที่ 6: เขตควอนตัม

I. ปรากฏการณ์และข้อสงสัย
วัตถุขนาดเล็กสามารถ “ทำตัวเหมือนคลื่น” เกิดการซ้อนทับและลวดลายสอดแทรกได้ แต่เมื่อวัตถุใหญ่ขึ้น มัก “เหมือนอนุภาค” เดินเพียงเส้นทางเดียวอย่างเป็นระเบียบ อิเล็กตรอนหรือโฟตอนเดี่ยวผ่านสองช่องจะให้ลายเส้นถี่ละเอียด ทว่าหากเปลี่ยนเป็นฝุ่นร้อนหรือโมเลกุลอุ่น ลายดังกล่าวจะเลือนเร็ว แม้คิวบิตตัวนำยิ่งยวดที่รักษาการประสานได้ ระดับความเปรียบต่างก็จะจางลงทันทีที่มีการเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมแรงขึ้น คำถามที่ตามมาคือ: หากกฎฟิสิกส์ชุดเดียวกันใช้ได้ทั่วไป เหตุใดโลกมหภาคจึงดู “คลาสสิก”?

II. คำอธิบายตามทฤษฎีเส้นพลังงาน: สามขั้นตอนที่ทำให้การประสาน “เจือจาง”
ทฤษฎีเส้นพลังงาน (EFT) มองว่า วัตถุปริมาณเชิงควอนตัมทุกชนิดแพร่กระจายไปใน “เปลือกการประสาน” ที่รับไม้ต่อกันในทะเลพลังงาน การสลายการประสานเกิดขึ้นเมื่อเปลือกนี้เชื่อมต่ออย่างอ่อนกับสิ่งแวดล้อม จนระเบียบเชิงเฟสถูกกระจายและถูไถให้พร่ามัว

• การเชื่อมต่อกับสิ่งแวดล้อมบันทึกร่องรอย “เส้นทางใด” ไว้ทั่วถึง:
  การชนและการกระเจิงเล็กน้อยกับก๊าซ รังสี หรือแลตทิซผลึก จะจารความแตกต่างของเส้นทางลงในองศาอิสระมากมายของสภาพแวดล้อม ในภาษาของทฤษฎีเส้นพลังงาน คือแบบลวดลายเชิงเฟสถูกแจกจ่ายไปยังไมโครเอลิเมนต์จำนวนมากของทะเลเส้น เกิด “ความทรงจำ” ที่กระจัดกระจาย
• สัญญาณรบกวนพื้นหลังเชิงเทนเซอร์ทำให้ลวดลายเฟสหยาบขึ้น:
  ทะเลพลังงานไม่หยุดนิ่ง มีสัญญาณรบกวนพื้นหลังเชิงเทนเซอร์ที่อ่อนและมีอยู่ทั่วไปตามกาลเวลา สัญญาณนี้ทำให้ความต่างเฟสของเส้นทางต่าง ๆ ล่องลอย ระเบียบเดิมค่อย ๆ แตกตัว เปลือกการประสานจึงเปลี่ยนจาก “คม” เป็น “ทู่”
• สิ่งแวดล้อม “คัดเลือก” ระเบียงเดินที่ให้ผลอ่านค่าคงตัว:
  เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ยืดเยื้อ เฉพาะแนววางตัวและการกระจายที่ไวต่อสภาพแวดล้อมน้อยที่สุดเท่านั้นที่คงรูปได้นาน เกิดเป็น “สถานะชี้เข็ม” ซึ่งก็คือระเบียงเดินที่ถูกรบกวนน้อยที่สุด และมองดูคล้ายวิถีแบบคลาสสิก

ผลลัพธ์รวม: ไม่ต้องอาศัยผู้สังเกตการณ์ ข้อมูลเชิงเฟสได้กระจายออกไปยังสิ่งแวดล้อมแล้ว สำหรับระบบเฉพาะที่จึงเหลือเพียงสถิติผสม ลวดลายสอดแทรกจึงเลือนหาย นี่คือหนทางที่ควอนตัม “ปรากฏกาย” เป็นคลาสสิก

III. ฉากทดสอบที่พบบ่อย (ตั้งแต่โต๊ะทดลองถึงแนวหน้า)

• สองช่องภายใต้ก๊าซหรือรังสีความร้อน:
  เมื่อค่อย ๆ เพิ่มความดันหรืออุณหภูมิบริเวณเส้นทาง การมองเห็นลายจะลดลงอย่างเป็นระบบตามความดัน อุณหภูมิ และระยะต่างเส้นทาง คำอธิบาย: เหตุการณ์กระเจิงติด “ฉลากเส้นทาง” ให้กับอนุภาคและโฟตอนรอบข้าง ระเบียบเฟสจึงรั่วไหลทำให้ลายจาง
• การสอดแทรกของโมเลกุลใหญ่และการเปล่งรังสีด้วยตนเอง:
  โมเลกุล C₆₀ และสารอินทรีย์ที่ใหญ่กว่ายังให้ลายสอดแทรกได้ในสุญญากาศสูงและอุณหภูมิต่ำ แต่เมื่อทำให้อุ่น รังสีความร้อนที่โมเลกุลปล่อยเองจะ “ส่อง” ข้อมูลเฟสออกสู่สิ่งแวดล้อม ลายจึงอ่อนลงเพราะโฟตอนที่ปล่อยพาเอาความต่างเฟสไป
• เวลาการประสานของคิวบิตและการกู้คืนด้วยเอคโค:
  ในระบบตัวนำยิ่งยวดหรือสปิน การคลายตัวและการสูญเสียเฟสจะกำหนด “หน้าต่างการประสาน” เทคนิคเอคโค (echo) หรือการแยกเชื่อมแบบไดนามิกสามารถดึงระเบียบเฟสที่ถูกถูไถบางส่วนกลับมา ทำให้ลายปรากฏอีกครั้ง แสดงว่าการสลายการประสานคือการกระจายข้อมูลจากการเชื่อมต่อ ไม่ใช่การลบเลือนอย่างสิ้นเชิง
• การทดลองแบบ “ลบข้อมูลควอนตัม”:
  เมื่อองศาอิสระของสิ่งแวดล้อมถือบันทึกเส้นทางไว้ หากลบบันทึกนั้น หรือรวมกันจนไม่อาจอ่านได้ การสอดแทรกจะกลับมาในชุดข้อมูลแบบมีเงื่อนไข สิ่งที่เห็นหรือไม่เห็นลาย จึงขึ้นอยู่กับการเข้าถึงข้อมูลเฟส มิใช่อนุภาค “แปรเป็นคลาสสิก” ฉับพลัน
• ออปโตเมคานิกส์และหน้าต่างการประสานในระบบชีวภาพ:
  ตัวสั่นเชิงกลระดับไมโครที่ทำให้เย็นจนเกือบพื้นฐานสามารถคงการประสานช่วงสั้น ๆ ได้ ขณะที่คอมเพล็กซ์สังเคราะห์แสงที่ซับซ้อนยังรักษา “กระเป๋า” การประสานสั้นยิ่งในสภาพแวดล้อมที่อุ่นและชื้น สิ่งเหล่านี้ชี้ว่า การประสานสามารถออกแบบให้คงอยู่ได้ หากควบคุมการเชื่อมต่อและสัญญาณรบกวนพื้นหลัง

IV. ลายนิ้วมือเชิงทดลอง (วิธีสังเกตว่า “เฟสกำลังทื่อ”)

• ความเปรียบต่างของลายลดลงอย่างเป็นระบบตามความดัน อุณหภูมิ ระยะต่างเส้นทาง และขนาดอนุภาค
• ลำดับพัลส์แบบ Ramsey และ Hahn-echo แสดงซองคลื่นที่เสื่อมลงและฟื้นกลับบางส่วน
• เมื่อ “ลบ” หรือ “ติดฉลาก” ข้อมูลเส้นทางอย่างเลือกสรร สถิติแบบมีเงื่อนไขจะแสดงให้เห็นลายกลับมา หรือเลือนหาย
• สัญญาณรบกวนแบบไอโซทรอปิกเทียบกับแบบมีทิศ ทำให้การเสื่อมของการประสานมีการพึ่งพามุมที่แตกต่างกัน

V. ตอบเร็วต่อความเข้าใจผิดที่พบบ่อย

• การสลายการประสานเท่ากับการสูญเสียพลังงานหรือไม่?
  ไม่ใช่ ประเด็นหลักคือการกระจายตัวของข้อมูลเฟสออกสู่ภายนอก พลังงานรวมอาจแทบไม่เปลี่ยน
• การสลายการประสานต้องมีผู้สังเกตหรือไม่?
  ไม่จำเป็น การเชื่อมต่อใด ๆ ที่บันทึกได้กับสิ่งแวดล้อมก็เพียงพอที่จะกระจายเฟส
• การสลายการประสานลำพัง อธิบายเหตุใดผลลัพธ์เดี่ยวจึงเกิดขึ้นได้หรือไม่?
  มันอธิบายว่าเหตุใดการซ้อนทับจึงไม่ถูกสังเกต และเหตุใด “สถานะชี้เข็ม” ที่เสถียรจึงเกิดขึ้น แต่การขยายความแตกต่างระดับเล็กให้เป็นผลลัพธ์ที่อ่านได้ ยังต้องอาศัยการเชื่อมต่อ การปิดวง และกระบวนการจดจำของเครื่องวัด (อธิบายในหัวข้อ 6.4)
• การสลายการประสานย้อนกลับไม่ได้หรือไม่?
  ในหลักการ หากรวบรวมและย้อนการกระทำของบันทึกสิ่งแวดล้อมทั้งหมด ก็สร้างการประสานคืนได้ ทว่าภาคปฏิบัติ บันทึกกระจัดกระจายอยู่ในองศาอิสระมหาศาล จึงแทบเป็นไปไม่ได้ เทคนิคเอคโคและการลบข้อมูล แสดงความเป็นไปได้ในการย้อนกลับอย่างจำกัด

VI. สรุป
การสลายการประสานไม่ได้เขียนกฎควอนตัมขึ้นใหม่ หากแต่ชี้ว่าเมื่อข้อมูลเฟสจากเปลือกการประสานเฉพาะที่ กระจายเข้าสู่ทะเลพลังงานอันกว้างใหญ่และสิ่งแวดล้อม ลวดลายสอดแทรกจะหายไปจากมุมมองเฉพาะที่ ความเป็นคลาสสิกในมาตรมหภาคเกิดขึ้นเพราะระบบถูก “พาเข้า” สู่ระเบียงเดินที่ไวต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด ภายใต้สัญญาณรบกวนพื้นหลังและการเชื่อมต่อหลายช่องทางที่ยืดเยื้อ
ประโยคเดียวจับใจความ: ควอนตัมมีอยู่ทุกหนแห่ง; สิ่งที่เราเห็นคือรูปลักษณ์หลังการสลายการประสาน