普适时间箭头之二：量子力学情形

本文是我们此前论文 arXiv:1011.4173 的自然延续。我们先前阐明，在经典哈密顿力学中，对于绝大多数真实的混沌宏观系统，其热力学时间箭头的对齐源于它们之间的弱相互作用。这一事实以及在内省时无法观察到熵减，解释了热力学第二定律。量子力学中的情况甚至更简单一些：所有有限体积的封闭系统都是周期性的或近乎周期性的。量子力学中的证明在许多方面与经典哈密顿力学中的证明相似——同样利用了子系统间的弱相互作用以及内省时无法观察到熵减。然而，存在一些在经典力学中未曾发现的特殊情况。在这些情况下，一个微观态对应于一组可能的宏观态（更准确地说，是它们的量子叠加）。利用退相干理论并考虑热力学时间箭头来审视这一性质，将为量子力学引入新的结果。这使我们能够解决量子力学的基本悖论：(a) 解释当观察者被纳入系统（内省）时测量中的波包坍缩悖论（薛定谔猫悖论）；(b) 解释在真实实验中外部观察者无法观察到宏观态叠加的现象（维格纳朋友悖论）；(c) 证明量子力学多世界诠释与哥本哈根诠释的完全等价性；(d) 解释粒子衰变及从一个能级跃迁到另一个能级时偏离指数定律的现象（永远烧不开的水壶悖论）。