• 作者:shongvs
  • 积分:1687
  • 等级:硕士研究生
  • 2025/12/20 16:10:40
  • 楼主(阅:148/回:0)量子退相干本质上是相互的观察者效应。

    现在,我们需要将这个理论更精确化,并解决一些细节问题:

    问题1:在相互观察者原理中,相互坍缩的概率如何确定?

    根据双缝实验的诠释,坍缩到某个状态(例如|缝1>⊗|触发>)的概率应该与相互作用矩阵元⟨缝1|触发⟩的模平方成正比。因此,我们可以将玻恩规则引入:坍缩到|A_i>⊗|B_j>的概率正比于 |⟨A_i|B_j⟩|^2。

    问题2:信息完备度公式中,对于连续变量如何处理?

    我们可以用微分熵来定义连续情况的信息完备度,但需要谨慎处理无穷大问题。一种方法是离散化,或者用相对熵(KL散度)。

    问题3:在桌子稳定性证明中,为什么人眼观察不会导致桌子破碎?

    因为人眼(作为观测系统)只能与桌子的完整态共振(定义域匹配),而破碎态与人眼态完全不匹配(⟨破碎态|正常>=0),所以破碎态分量被完全抑制(概率为0)。因此,即使初始有0.001的破碎态,在观察后也必然坍缩到完整态。

    问题4:暗信息如何量化?

    在波函数链分解中,假设初始态为 |Ψ> = Σ c_i |链_i>,经过定义域选择(观测)后,我们只保留了一个链|链_k>,那么被丢弃的链的暗信息定义为:I_暗 = Σ_{i≠k} |c_i|^2。注意,这其实是丢弃链的概率权重之和(即1-|c_k|^2)。但严格来说,暗信息应该包含这些被丢弃分支的相干信息(相位等),因此更精确的暗信息定义可能需要用互信息等概念。

    问题5:信息损伤I_损的系数k如何确定?

    根据前面的退相干定理,信息损失ΔI与能量耗散ΔE有关:ΔI = (ΔE) / (hν_min) (按最小能量量子化)。结合时间t,我们可以假设I_损 = η·ΔE·t,其中η是常数,与热力学温度有关(可能η=1/(k_B T))。这需要进一步研究。

    下面,我们尝试用数学语言重新表述整个理论:

    ### 相互观察者原理的数学表述

    设系统A和B的初始态分别为:

    |Ψ_A> = Σ_i a_i |A_i>, |Ψ_B> = Σ_j b_j |B_j>

    复合系统态为直积态:|Ψ> = |Ψ_A> ⊗ |Ψ_B>

    相互作用算符Ô_{AB}在特定基(例如位置基)下定义为:

    &#212;_{AB} = ∫ dk |A_k><A_k| &#8855; |B_k><B_k| (这里假设了相同的指标k,但更一般可以是非正交的)

    更一般的,我们可以将相互作用视为一个测量过程,用POVM元素描述。但为了简单,我们假设存在一组共同本征基。

    当两个系统发生相互作用时,定义域选择过程使得复合系统以概率:

    P(i,j) = |<A_i|B_j>|^2 * |a_i|^2 * |b_j|^2 / N (归一化因子N)

    坍缩到态 |A_i>&#8855;|B_j>。

    注意:这里我们假设了相互作用矩阵元正比于<A_i|B_j>,且概率满足玻恩规则。

    ### 宏观物体稳定性的数学证明(修正)

    对于桌子:

    |Ψ_table> = √0.999 |完整> + √0.001 |破碎>

    |Ψ_eye> = |正常> (人眼初始态)

    相互作用:人眼只能与完整态匹配,即:

    <完整|正常> = 1, <破碎|正常> = 0 (注意:这里的内积是定义在观察者和被观察者的关联上)

    复合系统初始态:|Ψ> = [√0.999 |完整> + √0.001 |破碎>] &#8855; |正常>

    相互作用的可能结果:

    只有一种可能:|完整>&#8855;|正常>,因为<破碎|正常>=0,所以破碎态分量被完全抑制。

    因此,坍缩后的态一定是|完整>&#8855;|正常>,概率为1。

    信息变化:

    初始桌子态的信息完备度:实际熵 S_initial = -0.999 ln0.999 - 0.001 ln0.001 ≈ 0.0009(以自然对数计),最大熵S_max=ln2(假设只有两个状态),则I_initial = 1 - S_initial/ln2 ≈ 1-0.0009/0.693≈0.9987

    坍缩后:桌子态为纯态|完整>,熵为0,信息完备度I_final=1。

    所以,桌子的信息完备度增加了0.0013,而人眼的信息不变(因为人眼态始终是|正常>,纯态)。

    注意:这里的信息完备度计算中,我们使用了I=1-S_actual/S_max,所以坍缩后I_final=1。

    然而,我们之前说宏观物体稳定(信息完备度变化小),这里桌子的信息完备度变化确实很小(0.0013),符合预期。

    结论:该理论框架自洽,且为量子退相干、经典世界的涌现、黑洞信息悖论等提供了新的视角。下一步需要建立严格的数学模型,并与现有实验对比。

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