如果我們知道某一時刻籃球的位置和運動，以及作用在它身上的所有力，我們就可以從經典的運動定律中推斷出它之后的確切位置。但是量子力學不允許我們對粒子這樣做，它告訴我們的只是粒子稍后可能在哪里，我們在那里找到它的概率是多少。那么，未來不確定的量子力學的世界是如何變成我們所經歷的可預測的經典世界？事實上，自從20世紀初量子力學發明以來，研究人員就一直在爭論這個問題。

疊加

首先，讓我解釋一下量子世界是不確定的。現在想象一個量子粒子，如果我們觀察它，我們可能會以50:50的概率發現它自旋向上或自旋向下。我們可能會認為，在觀察它之前，粒子早就是其中的一種狀態了，只是我們觀察之后才會發現它是哪種狀態。但事實并非如此，量子力學認為，在我們觀察和測量之前，自旋不處于任何一個方向，測量行為本身才迫使宇宙做出選擇。

如果經典世界也是這樣的，那么一個孕婦肚子內的寶寶，就好像既不是男性也不是女性，直到醫生用超聲波進行檢查才突然變成其中一種性別。這對孩子來說聽起來好像很荒謬，但這正是量子世界中粒子發生的事情，粒子在測量之前處于所謂的疊加態。

所有表征基本粒子特性的變量，比如它的位置和動量，都被編碼在稱為波函數的數學表達式中。粒子沒有被測量，波函數只是粒子所在狀態的所有波函數的總和，這就是疊加。波函數本身沒有直觀的意義，但波函數的平方為我們提供了在任何給定位置找到這個量子物體的概率。

從概率到確定

所以現在你可能會問：如果我們在測量時只能看到這些變量的一個值，我們怎么知道它真的處于疊加態呢？我們之所以知道這一點，是因為即使無法直接觀察到那些疊加狀態，我們也能通過間接證據知道它們互相干涉。例如，在著名的雙縫實驗中，即使一次發射一個電子，我們也能在屏幕看到干涉圖案。就好像它們中的每一個都同時穿過兩個狹縫并干涉自己，只要我們不嘗試知道這些粒子“實際上”在哪里，或者它“實際上”是什么狀態，這些疊加以及它們引起的干涉就會永遠存在。但如果我們這樣做了，這些量子效應就會消失，粒子就會變成經典物體。

這是真正的問題：量子理論并沒有告訴我們從概率到確定性的轉變是如何發生的，量子力學所能做的就是在我們進行測量之前描述粒子。根據量子力學，粒子的波函數不可能突然從50:50的概率變成100%的確定性。這種開關沒有理論依據，所以量子物理學家不得不手動添加作為量子力學本身的額外內容：坍縮，最早由物理學家約翰·馮·諾依曼提出。在過去的幾十年里，量子研究人員已經意識到，要理解我們稱之為波函數坍縮的東西，我們真正需要做的是更仔細地思考測量中發生的事情。

退相干

無論我們測量什么量子物體，我們需要一些方法讓它與環境中的原子相互作用，尤其是我們大型測量設備中的原子。根據量子力學，這意味著粒子所處的量子態與環境中原子的狀態糾纏在一起。如果粒子處于疊加態，那么這種疊加就會通過糾纏過程傳播到與之相互作用的原子。粒子與其環境的相互作用越多，糾纏的原子就越多，疊加傳播得越遠。它仍然是一個量子系統，它仍然處于疊加狀態，但在如此龐大的粒子群中，越來越難看到原始粒子的疊加量子態之間的任何同步。就像一群蕩秋千的孩子，他們可能開始時同步來回移動，但逐漸失去了這種同步，這被稱為退相干。

如果想看最初的疊加，則必須查看所有那些糾纏原子的量子行為才能獲得全貌。但這很快就變得不可能了，這就像試圖追蹤漂浮的塵埃顆粒對空氣中所有原子的影響。因此，隨著糾纏的蔓延，它不可避免地會導致更多的退相干。

審核編輯 ：李倩