Η διαδικασία decoherence (αποσυνοχή) στα κβαντικά συστήματα

Άρθρο, Δεκέμβριος 2001

Ένας από τους ελάχιστα-κατανοητούς τομείς της φυσικής είναι το όριο μεταξύ της   κβαντικής και κλασσικής μηχανικής. Η μετάβαση από το κβάντο στην κλασσική συμπεριφορά - μια διαδικασία γνωστή ως decoherence ή αποσυνοχή - έχει παρατηρηθεί πολλές φορές στα μικροσκοπικά συστήματα, αλλά εμφανίζεται πάρα πολύ γρήγορα για να παρατηρηθεί στα μακροσκοπικά συστήματα.

Τα κβαντικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια μπορούν να είναι σε μια υπέρθεση δύο ή περισσότερων κβαντικών  καταστάσεων. Αυτό σημαίνει ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί, παραδείγματος χάριν, να είναι σε δύο θέσεις συγχρόνως. Εντούτοις, τα κλασσικά αντικείμενα - όπως η γάτα στο διάσημο νοητικό πείραμα του Schrodinger - σαφώς δεν μπορούν να είναι σε δύο καταστάσεις (π.χ., νεκρή και ζωντανή) συγχρόνως, ακόμα κι αν αποτελούνται εξ ολοκλήρου από κβαντικά σωμάτια όπως τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια.

Είναι όμως αδύνατο να παρατηρηθεί η μετάβαση από το κβάντο στην κλασσική συμπεριφορά στα μακροσκοπικά συστήματα, επειδή η διαδικασία αποσυνοχή εμφανίζεται σε χρονοκλίμακες που είναι πάρα πολύ μικρές για να μετρηθούν. Εντούτοις, είναι δυνατό να μετρηθεί σε συστήματα όπως είναι τα άτομα και τα ιόντα. 

Μπορούμε να πούμε, επίσης, ότι η αποσυνοχή συμβαίνει όταν τα κύματα ή οι κυματοσυναρτήσεις παύουν να είναι σε συμφωνία μεταξύ τους. Η αποσυνοχή μπορεί να εξηγήσει και το παράδοξο της γάτας του Schrodinger. Σύμφωνα με την ερμηνεία των πολλών κόσμων, οι κυματοσυναρτήσεις της νεκρής και ζωντανής γάτας είναι σε αποσυνοχή, δηλαδή είναι σε ασυμφωνία φάσεως, και επομένως δεν αλληλεπιδρούν πια μεταξύ τους. Έτσι, λύνεται το πρόβλημα γιατί η γάτα είναι συγχρόνως ζωντανή και νεκρή. Η κυματοσυνάρτηση της ζωντανής γάτας και της νεκρής γάτας υπάρχουν την ίδια στιγμή, αλλά δεν αλληλεπιδρούν επειδή βρίσκονται σε αποσυνοχή. Έτσι, με την αποσυνοχή εξηγείται με απλό τρόπο το παράδοξο της γάτας χωρίς να προϋποθέτει επιπλέον παραδοχές, όπως την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης.