6.7 Dekohärenz

Startseite ／ Kapitel 6: Quantenbereich (V5.05)

I. Phänomene und die zentrale Frage

Kleine Systeme können sich überlagern und interferieren, große folgen fast immer einer einzigen, scheinbar klassischen Bahn. Ein einzelnes Elektron oder Photon erzeugt feine Interferenzfransen am Doppelspalt. Bei warmer Staubmaterie oder großen Molekülen verschwinden die Fransen schnell. Selbst supraleitende Qubits verlieren an Sichtbarkeit, sobald die Kopplung an die Umgebung zunimmt. Daraus entsteht die Frage: Wenn dieselben Gesetze gelten, warum wirkt die makroskopische Welt „klassisch“?

II. Deutung nach der Theorie der Energiefäden (EFT): drei Wege, auf denen Kohärenz verdünnt wird

In der Theorie der Energiefäden (EFT) bewegt sich ein Quantenobjekt, indem es eine Kohärenzhülle in der Energie­meer (Energy Sea) weitergibt. Dekohärenz setzt ein, sobald diese Hülle mit der Umgebung koppelt, wodurch Ordnungen der Phase diffundieren und sich verwischen.

• Umgebungskopplung schreibt „Welche-Bahn“-Spuren in viele Freiheitsgrade:
  Kollisionen und Streuprozesse mit Gas, Strahlung oder Gitter übertragen Bahninformationen auf die Umgebung. In EFT-Sprache verteilt sich das Phasenmuster auf viele Mikroelemente des Energie­meers und bildet verstreute „Gedächtnisse“.
• Hintergrundrauschen der Spannung verwischt die Phasenstruktur:
  Das Energie­meer ist nicht statisch. Allgegenwärtiges Spannungsrauschen (Tension) lässt Phasen zwischen Pfaden driften; saubere Muster zerfasern, die Hülle wird von „scharf“ zu „stumpf“.
• Die Umgebung „wählt“ stabile Lesekorridore:
  Bei dauernder Wechselwirkung bleiben Ausrichtungen und Verteilungen erhalten, die am wenigsten störanfällig sind. Diese Zeigerzustände entsprechen Korridoren minimaler Störung und erinnern an klassische Trajektorien.

Ergebnis: Es braucht keinen Beobachter. Phaseninformation ist bereits in die Umgebung abgeflossen; lokal bleibt eine Mischstatistik, Interferenz wird unsichtbar. So tritt das Klassische als Erscheinungsform des Quantischen hervor.

III. Typische Szenarien (vom Labortisch bis zur Grenze des Machbaren)

• Doppelspalt mit Gas oder thermischer Strahlung:
  Steigen Druck oder Temperatur nahe den Pfaden, sinkt die Fransen­sichtbarkeit systematisch nach einer Gesetzmäßigkeit aus Druck, Temperatur und Pfadabstand. Streuereignisse etikettieren die Bahn in Zuständen der Nachbarteilchen und Photonen; Phasenordnung entweicht.
• Interferenz großer Moleküle und Eigenaussendung:
  C₆₀ und größere organische Moleküle interferieren bei hohem Vakuum und niedriger Temperatur. Beim Erwärmen trägt ihre eigene thermische Strahlung Phaseninformation in die Umgebung und reduziert den Kontrast.
• Qubit-Kohärenzzeiten und Echo-Rückgewinnung:
  In supraleitenden oder Spin-Systemen begrenzen Relaxation und Dephasierung die Kohärenzzeit. Echo- und dynamische-Entkopplungs-Sequenzen holen Teile der Phasenordnung zurück und lassen Fransen wieder erscheinen. Dekohärenz ist Informationsverteilung durch Kopplung, nicht ihr vollständiges Verschwinden.
• Quantengummi-Experimente:
  Trägt die Umgebung Pfadinformation, so stellt ihr Löschen oder grobe Zusammenfassen Interferenz in passenden Teilkollektiven wieder her. Sichtbare Fransen hängen von der Zugänglichkeit der Phaseninformation ab, nicht davon, dass ein Teilchen „plötzlich klassisch wird“.
• Fenster in Optomechanik und Biologie:
  Mikromechanische Resonatoren nahe dem Grundzustand bewahren kurz Kohärenz. Photosynthetische Komplexe halten winzige „Taschen“ von Kohärenz in warm-feuchten Umgebungen aufrecht. Kohärenz lässt sich ingenieurmäßig stützen, wenn Kopplung und Hintergrundrauschen kontrolliert werden.

IV. Experimentelle Fingerabdrücke (wie man das „Stumpfwerden“ der Phase erkennt)

• Fransen­sichtbarkeit sinkt mit Druck, Temperatur, Pfadtrennung und Teilchengröße.
• Hüllen zerfallen und erholen sich in Ramsey- und Hahn-Echo-Sequenzen.
• Nach selektivem „Markieren“ oder „Löschen“ von Pfadinformation erscheinen oder verschwinden Fransen in bedingten Statistiken.
• Isotropes gegenüber richtungsabhängigem Rauschen erzeugt unterschiedliche Winkelabhängigkeiten der Dekohärenz.

V. Kurzantworten auf häufige Missverständnisse

• Ist Dekohärenz gleich Energieverlust? Nein. Primär diffundiert Phaseninformation; die Energie kann nahezu unverändert bleiben.
• Braucht es einen Beobachter? Nein. Jeder aufzeichnungsfähige Umgebungskontakt verteilt Phaseninformation – mit oder ohne Beobachter.
• Erklärt Dekohärenz das eindeutige Einzelergebnis? Sie erklärt Unbeobachtbarkeit von Überlagerungen und das Auftreten von Zeigerzuständen. Um minimale Unterschiede in ein makroskopisches „Lesesignal“ zu überführen, braucht es weiterhin Kopplung, Schließen und Gedächtnis des Messgeräts.
• Ist Dekohärenz irreversibel? Prinzipiell umkehrbar, wenn sämtliche Umweltaufzeichnungen gesammelt und invertiert würden; praktisch sind sie über enorme Freiheitsgrade verteilt. Echo und „Löschen“ zeigen begrenzte Reversibilität.

VI. Zusammenfassend

Dekohärenz ändert die Quantenregeln nicht. Sie zeigt: Fließt Phaseninformation aus der lokalen Hülle in das weite Energie­meer (Energy Sea) und die Umgebung, glätten sich Überlagerungsmuster lokal. Klassische Erscheinung entsteht, weil Hintergrund-Spannungsrauschen (Tension) und Mehrkanal-Kopplungen Systeme in wenig stör­empfindliche Korridore treiben.
Ein Satz: Das Quantale ist allgegenwärtig; das Klassische ist sein Auftritt nach der Dekohärenz.