[论文解读] The quantum-to-classical transition: Bohr's doctrine of classical concepts, emergent classicality, and decoherence

Maximilian Schlosshauer, Kristian Camilleri|ArXiv.org|Apr 10, 2008

Quantum Mechanics and Applications参考文献 66被引用 22

一句话总结

本文調和了尼爾斯·玻爾關於經典概念的學說與現代退相干理論，表明環境 entanglement 動態解釋了為何經典概念會在量子系統中出現。本文證明退相干為玻爾對經典語言的認識論要求提供了物理基礎，從而解決了玻爾詮釋與量子到經典轉變的動力學之間長期存在的矛盾。

ABSTRACT

It is now widely accepted that environmental entanglement and the resulting decoherence processes play a crucial role in the quantum-to-classical transition and the emergence of "classicality" from quantum mechanics. To this extent, decoherence is often understood as signifying a break with the Copenhagen interpretation, and in particular with Bohr's view of the indispensability of classical concepts. This paper analyzes the relationship between Bohr's understanding of the quantum-classical divide and his doctrine of classical concepts and the decoherence-based program of emergent classicality. By drawing on Howard's reconstruction of Bohr's doctrine of classical concepts, and by paying careful attention to a hitherto overlooked disagreement between Heisenberg and Bohr in the 1930s about the placement of the quantum-classical "cut," we show that Bohr's view of the quantum-classical divide can be physically justified by appealing to decoherence. We also discuss early anticipations of the role of the environment in the quantum-classical problem in Heisenberg's writings. Finally, we distinguish four different formulations of the doctrine of classical concepts in an effort to present a more nuanced assessment of the relationship between Bohr's views and decoherence that challenges oversimplified statements frequently found in the literature.

研究动机与目标

• 澄清量子力學中玻爾關於經典概念學說的哲學與物理基礎。
• 解決玻爾與海森堡之間關於量子-經典分界位置的歷史分歧。
• 研究退相干是否能為玻爾所要求的經典概念提供物理的、動力學的合理化。
• 評估在退相干理論的背景下，玻爾對經典性的認識論立場是否變得多餘。
• 提出一種細緻的、四部分的經典概念學說表述，以避免文獻中常見的過度簡化。

提出的方法

• 以霍華德對玻爾經典概念學說的重構作為分析基礎。
• 分析1930年代至1940年代玻爾與海森堡之間的檔案與已發表通信，以釐清他們對量子-經典邊界的不同觀點。
• 應用退相干理論來模擬環境 entanglement 及宏觀系統中量子疊加態的抑制。
• 證明退相干導致經典指標態的動態出現，與玻爾對明確溝通的標準一致。
• 區分經典概念學說的四種表述形式，以避免將實務性、認識論性與形上學解釋混為一談。
• 比較基於退相干的出現與玻爾的哲學立場，特別是關於經典語言在量子描述中必要性的問題。

实验结果

研究问题

• RQ1 退相干如何為量子力學中經典概念的出現提供物理基礎？
• RQ2 玻爾與海森堡關於量子-經典分界位置的分歧性質為何？
• RQ3 玻爾的經典概念學說能否由退相干等動力學過程來合理化？
• RQ4 在退相干理論的背景下，玻爾對經典概念的要求在多大程度上是多餘的？
• RQ5 經典概念學說的不同表述形式如何影響對量子到經典轉變的詮釋？

主要发现

• 退相干為宏觀系統中經典概念（特別是位置與動量相關者）的出現提供了動態的、物理的解釋。
• 宏觀系統受到強烈環境退相干的影響，會抑制量子疊加態，僅留下經典觀測量量的近似本徵態，從而為使用經典語言提供合理化。
• 環境中經典資訊的冗餘編碼支持了玻爾的客觀化與明確溝通標準，與經典概念在實務上的必要性一致。
• 透過展示玻爾的觀點可透過退相干獲得物理合理化，歷史上的玻爾與海森堡關於量子-經典分界位置的分歧得以釐清。
• 退相干並未消除量子力學中對經典概念的需求，反而為玻爾認識論立場提供了物理基礎，表明經典性是動態出現的。
• 本文挑戰了常見的主張，即退相干與玻爾詮釋相矛盾，反而主張玻爾哲學與基於退相干的經典性出現計畫之間存在和平共存。