在微觀亞原子粒子世界，一個(gè)粒子沒(méi)有一個(gè)確定的位置，只有無(wú)數(shù)模糊的概率云，概率性取代確定性。不確定的微觀量子世界，如何演變成確定的宏觀經(jīng)典世界？哥本哈根提出“波函數(shù)坍塌”解釋，認(rèn)為波函數(shù)是代表量子領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，以概率的形式呈現(xiàn)。思想實(shí)驗(yàn)“薛定諤貓”也試圖為量子世界與經(jīng)典世界搭建一座橋梁?？墒恰安ê瘮?shù)坍塌”和“薛定諤貓”都是現(xiàn)象描述，解釋不了量子力學(xué)的不確定和宏觀物理的確定性之間的聯(lián)系。
微觀世界的量子物理學(xué)，遵循“不確定性”原理，宏觀世界的經(jīng)典物理學(xué)，追求的卻是“確定性”。量子力學(xué)如何把粒子或其它微觀系統(tǒng)與其周圍環(huán)境的相互作用演化成經(jīng)典力學(xué)？“量子與經(jīng)典”之間有一個(gè)中間過(guò)程嗎？
20世紀(jì)90 年代，波蘭裔美國(guó)物理學(xué)家沃伊切赫·祖瑞克（Wojciech Zurek ）教授基于“環(huán)境退相干”等理論，首次提出量子達(dá)爾文主義，旨在統(tǒng)一“微觀世界的量子理論”和“宏觀世界的經(jīng)典理論”之間的矛盾。量子達(dá)爾文主義認(rèn)為，經(jīng)典物理學(xué)中物體的定態(tài)性質(zhì)之所以有著“確定”的時(shí)空屬性，例如位置和速度，是在量子力學(xué)中被“選擇”出來(lái)的，就像自然選擇一樣。
祖瑞克認(rèn)為：環(huán)境之于“量子系統(tǒng)和觀察者”之間，相當(dāng)于信息的通道，量子系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)的疊加會(huì)通過(guò)這樣的信息通道傳遞給觀察者，而環(huán)境的特點(diǎn)就決定了哪些信息會(huì)被傳遞到觀察者，傳遞最多次的信息就成為了我們經(jīng)典世界中的物理規(guī)律，即是量子狀態(tài)到宏觀經(jīng)典物理的轉(zhuǎn)變。
按Riede的說(shuō)法，在某些簡(jiǎn)單的、理想化的量子系統(tǒng)里面，信息會(huì)“大量復(fù)制進(jìn)環(huán)境里，以至于只需獲取其中一小部分就足以推出所要測(cè)量的數(shù)值。”按照Riede的計(jì)算，一毫米大小的塵埃在被陽(yáng)光照射一毫秒后，其位置就會(huì)被“銘刻”在散射光子中約一億次。這顆塵埃有一個(gè)客觀的“位置”屬性，不是因?yàn)樗揪汀皳碛小币粋€(gè)位置，而是因?yàn)樗摹拔恢脩B(tài)”可以產(chǎn)生許多相同的副本，讓不同的觀察者達(dá)成共識(shí)。
最近，中國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)采用固態(tài)激光器發(fā)射一個(gè)單光子形成簡(jiǎn)單的量子系統(tǒng)，并用其他光子構(gòu)成量子系統(tǒng)的環(huán)境，通過(guò)獲取環(huán)境的信息來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“量子達(dá)爾文主義”。
實(shí)驗(yàn)僅僅檢測(cè)一個(gè)充當(dāng)環(huán)境的光子，就能獲得相當(dāng)多的關(guān)于單光子系統(tǒng)極化的信息。檢測(cè)多個(gè)光子的信息之后，獲得的信息也大致相同。這與量子達(dá)爾文主義的闡述相符合。而祖瑞克表示，實(shí)驗(yàn)本身只是對(duì)量子達(dá)爾文主義的一個(gè)模擬近似結(jié)果。潘建偉解釋道：實(shí)驗(yàn)中任何細(xì)小的環(huán)境擾動(dòng)都能夠?qū)τ^察的系統(tǒng)造成巨大的影響，提供能觀測(cè)到的經(jīng)典物理學(xué)信息。
來(lái)自中國(guó)、意大利和德國(guó)的研究小組分別獨(dú)立地完成了“量子達(dá)爾文主義”實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
當(dāng)然，這個(gè)實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有證明或者解釋量子物理和經(jīng)典物理的轉(zhuǎn)換，也沒(méi)有將經(jīng)典物理規(guī)律出現(xiàn)的其他可能證偽。
量子達(dá)爾文主義，提供了“量子-經(jīng)典轉(zhuǎn)換”新的可能性解釋。但依然面臨眾多無(wú)法解釋的難題。例如，一個(gè)量子系統(tǒng)是如何將自身的副本“銘刻”在周圍環(huán)境里的？
量子達(dá)爾文主義的核心在于“測(cè)量”的概念。“量子與經(jīng)典”之間會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)微弱的感測(cè)事件，而發(fā)生如此劇烈的突變？問(wèn)題不可怕，可怕的是連問(wèn)題都提不出來(lái)。好的問(wèn) 題，其實(shí)就是答案的一半。
聯(lián)系客服
