这个问题是一个深坑。|硬核:在量子世界,如果观察者是一头猪,也会产生观察者效应吗?

这个问题是一个深坑 。 但是在现代量子力学的观点中 , 大约多数人认为观察是不需要意识介入的 。
在回答这个问题之前 , 我们先要知道 , 什么行为可以看作是一种“观察”?
在裸量子力学(不附加诠释)中 , “观察”是最基本的概念 , 它是不可约的 , 也就是不可以进一步解释的 。 任性地说 , 观察就是观察 。 只有在“观察”这个基础概念之上 , 我们才可以进行量子力学的计算 , 如果我们想对“观察”本身说些什么 , 基本上就需要跳出量子力学了 , 这也就是诸多诠释的分歧点的核心 。
这个问题是一个深坑。|硬核:在量子世界,如果观察者是一头猪,也会产生观察者效应吗?
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玻尔和海森堡对观察的看法 , 以其模糊不清著称 , 他们认为观察是在经典事物介入量子过程时 , 在量子-经典边界发生的(HeisenburgCut) , 或曰“被不可逆地记录在经典存储器中”;
冯诺依曼认为 , 观察是意识的介入;
维格纳认为 , 观察就是意识中获得的关于系统的印象;
爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等人认为 , 量子力学之所以无法解释观察 , 是因为它是一个表象理论 , 而不是本质理论-存在着某种尚未被理论涵盖的隐变量 , 这些隐变量才是物理真实 , 不因观察而改变 。
那么 , 在玻尔和海森堡看来 , 猪和蚂蚁都是经典事物 , 它们肯定可以使波函数“坍缩” 。
在冯诺依曼和魏格纳看来 , 猪或蚂蚁能不能坍缩波函数 , 取决于它们有没有意识 。
在爱因斯坦等人看来 , 存在着独立于观察者的物理真实 , 量子力学暂时无法对它做出描述 , 不代表没有更本质的隐变量理论可以完成这个任务 。
应该说 , 这些早期的大佬们的看法 , 虽然有其历史意义 , 但是随着现代量子力学的发展 , 人们的观念正在超越他们 。
那么 , 什么是“观察”呢?
这个问题是一个深坑。|硬核:在量子世界,如果观察者是一头猪,也会产生观察者效应吗?
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直观讲 , 我们可以做出这样的假设:观察应至少具有如下两个特征:
假设1:观察伴随着信息的传递 。 如果没有任何获取信息的可能 , 一个行为当然就不能被称为观察 。
假设2:信息的传递过程可以被某种物理过程描述 , 任何非物理过程都非必要 。
那么 , 从第一个特征来看 , 所谓“信息的传递” , 就是系统的某些性质与观察者形成关联(correlation) 。 当一个观察者对系统完成了一个观察的时候 , 它获得了关于系统可观测量的信息(即使是它没有“意识到”这种信息) 。 也就是说 , 我们此时通过与观察者的交互 , 观察者可以“告知”我们系统关于该可观测量的信息 。 (比如说 , 我们以某种方式去“询问”那头猪 , 可以得到猪的观察结果) 。 对于系统S , 以及一个观察仪器A , A对S做出了某种观察 , 其结果就是 , 我们可以通过A的某些性质 , 推知S的某些性质–因为A“知道”了S的这些性质 。
从第二个性质来看 , 观察的全部有意义效应 , (至少在原则上)都可以用一个物理过程描述 。 即观察是一个物理过程而不是非物理过程 。 因而观察者就不必然是一种“意识”的拥有者 , 它可以是一个有意识的主体 , 也可以是一个无意识的仪器 , 甚至是任意的某种物理系统 。 观察 , 就是系统与观察者的某种“相互作用” 。
那么 , 从这两个特征联合起来看 , 观察就是系统与观察者的某种共同物理演化 , 其结果导致两者之间的性质关联 。 我们可以进一步假设 , 这种演化满足薛定谔方程:
假设3:观察过程可以被薛定谔方程描述 。
从这三个假设出发 , 我们就可以对观察做出分析了 。 比如说 , S是一个双态系统 , 对应着它的两个态 , “猪”(基于假设2 , 我们就可以把猪看?做?是一台仪器)也有两个相应的记忆状态-请注意 , 这里的记忆态指的是一种物理状态 , 也就是猪脑的某种神经激发态(如果是仪器 , 可以是数据硬盘的两个状态) 。 在发生观察之前 , 猪的状态是“无知” 。 发生了观察之后 , 它的状态就变成了“知道” 。 为方便计 , 我们把猪的“无知”状态记做 , 把“知道系统状态为1”的状态?记做?1 , 把“知道系统状态为0”的状态?记做?0 。 如果系统一开始处于某种本征态 , 那么猪的观察不会改变系统的状态 , 而相应地猪的记忆中就会产生对系统认知的对应状态 。