相干性來自於波動性,有波動才有相干。中文「相干」的意思就是相關,指兩個物理量之間存在一定的關聯。當然只有隨時間或空間變化的物理量,才可以討論關聯。對於變化的物理量,比如場量,或其它波動的物理量,如果它們之間的變化同步,也就是存在比較固定的相位差,就叫做相干。「相干」也可以理解為可以互相干涉,產生干涉效應。

一般情況下,兩個物理量,或者兩列波,不一定完全相干,可以只在一定的空間或者時間範圍內相干,超過範圍相干消失。一般是環境影響,信號衰減,非線性作用,等原因引起的。

一列波,自己與自己總是完美相干的。但是在一般情況下,波不會是理想的,隨著傳播或者時間的推移,會衰減,色散,等,變得與原始波源不再相干,相干性消失。這一過程叫做退相干 (decoherence)。

量子力學

中,相干性是量子體系最重要的性質,沒有之一。但這一點在教科書中很少出現。一般教科書中,是從薛定諤方程開始的,也就是把薛定諤方程當成量子力學最重要的基礎。但是,薛定諤方程的推導假定了物質波是單色平面波,也就是假定了量子體系是理想相干的。所以說,量子體系的理想相干性,才是量子力學最重要的假定。

量子的相干性,或者說,粒子的行為必須像波(波動性),是一切量子效應的基礎,比如能量量子化,零點能,隧穿效應,等等。所以可以說,微觀粒子的量子性,就是它的相干性。量子體系的所有奇怪現象,都來自它的相干性,包括雙縫干涉

,「量子糾纏」,延遲選擇,「意識決定實在」(這裡有意識和實在的定義問題),等等。注意,即使很多專業人士,也沒有意識到這一點,由此產生大量偽科學論斷,包括「意識決定實在」,並在社會上造成認知混亂,如「量子糾纏針灸療法」。

相干性即粒子的波動性。相干性是否滿足,代表了薛定諤

方程波函數描述是否有效。

薛定諤方程是一個波動方程,含有代表波的相位。但一般我們把量子態的相位當成一個任意因子(定態),不關心它。即使在含時過程中,對於非相對論過程,我們一般也採用絕熱近似,不關心態的相位。只有一些特殊情況下,比如幾何相位,我們才會考慮它。所以,一般來說,我們在求解薛定諤方程的時候,只關心它的幾率幅(波函數的空間分布),而忘了它其實是波。也就是說,在平常的量子力學語境中,我們忽略了一個最重要的事實,即,所有的量子態都是波。

傳統的波動現象,如聲波、電磁波,波並不是理想的。存在複雜的非線性、波波相互作用、色散、衰減,等等。但是非相對論薛定諤方程描述的波是極端理想的波,不存在這些複雜作用,並且波的傳播速度無窮大。當然這不是真實的。在一般應用場合下,這種明顯不真實的近似也足以解決大部分問題。

但是理想的相干性並不是一個先驗的必然滿足的條件。在真實的物理過程中,相干性不能完全保證。

相干性是薛定諤方程成立的條件。如果沒有相干性,就退化到經典的粒子描述,不再是波了,也就不能再用薛定諤方程,所有的量子性質失效。量子態到經典態的過渡過程,就是相干性的消失過程。

在真實的物理過程中,應用量子理論,如矩陣力學,波動力學,疊加性,等,必須保證體系的完美相干性。也就是說,物質波必須是理想的。

這正是量子信息包括量子計算研究面對的最大困難。在相干性不能保證的情況下,基於非相對論量子力學線性理論的推導是沒有意義的。

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