在量子物理中，如果观察者是一头猪或者一只蚂蚁，会产生观察者效应吗？ 第1页

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，什么行为可以看做是一种“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。

• 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（Heisenburg Cut），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？

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。

根据我们的假设3，观察过程满足薛定谔方程，那么对于s的任意状态：

根据薛定谔方程的线性演化：

我们可以看到，系统和猪共同演化形成了纠缠态。

对猪而言，当它完成了一个观察，必然会导致它的猪脑的状态相应发生了变化。如果猪脑的两个记忆态可以明确区分，那么每个记忆态就明确对应着一个系统的状态，那么这个观察结果就很清楚地被记忆下来了。我们就可以根据猪脑的状态推知系统的状态（你可以想象成猪产生了清晰的认知印象）

反之，如果猪的两个记忆态完全重叠，那么我们无法区分这猪脑态，因而观察就没有有效的结果（你可以想象成猪产生了完全混乱的印象）。

请注意，为了生动表达，我这里比较不严谨地用了“猪脑”、“印象”这样的措辞。其实这不意味着猪需要有意识。我们完全可以把猪想象成一台仪器，猪脑就是一个仪表盘，仪表盘的指针可以偏向于0和1两个刻度，来指示系统的两个状态。如果两个刻度偏离很大，并且指针也很稳定，那么我们很容易判断出它到底偏向哪一个刻度（“猪脑”清晰的认知印象），这就是一个完美测量。但是，如果指针偏离程度很小，并且还在不停地在颤动。那么我们就会犯嘀咕：因为我们不太容易看出指针到底指向哪一个刻度，此时就很容易发生误读，这就是一个不完美测量。极端情况下，指针的偏离很小但是颤动很大，于是读数完全被颤动淹没掉了，那么我们就完全无法区分它到底偏向哪一边，此时它就完全“重叠”在一起，那么此时，仪表完全无法获取系统的任何信息 – 此时观察就失败了。

我们知道，S和猪之间的纠缠程度，可以通过计算它们的共有信息（mutual information）来判断。

其中，这里面的信息是用冯诺依曼熵表示的。S或猪的信息，是我们在复合系统中抛弃（trace out）另一方得到的信息量。共有信息的解读之一就是，当我们知道猪的状态时，能够得到S状态的信息多少 – 用大白话说，就是猪可以“告诉”我们关于S状态的信息量是多少。

简化起见，我们令：

很容易我们可以得知：

我们可以看到，当猪可以明确分辨观察结果的时候，也就是 的时候，猪和系统形成最大纠缠，上述共有信息最大，具体为一个比特（ln2）。而猪完全无法分辨观察结果的时候，也就是 的时候，猪和系统之间就没有任何纠缠，上述共有信息就变成了0。

也就是说，当猪与系统形成最大纠缠的时候，它就从系统获得了最多的信息，（也就是说，S的两个状态和猪的两个可辨的状态完全关联。当我们知道猪为0态，我们就有100%的概率知道S也为0态，反之亦然。这种观察是完全确定的，并且是完全准确的。）就完成了一次“完美观察”。反之，如果它们不形成任何纠缠，猪也就无法从系统获得信息，这就是一次无效观察。

当然，观察也可以不那么“完美”但仍然能获得一些信息，此时：

也就是说猪与S形成部分纠缠，与S的两个状态相关联的猪的两个状态不完全可辨。此时就是一次部分观察。

用大白话说，猪和系统形成多大的纠缠，猪就可以“告诉”我们多少关于S状态的信息。

一般科普读物上会强调纠缠的非定域性，但是在观察过程中，纠缠的最大特性就是不可分割性。当猪和系统不形成任何纠缠的时候，虽然猪和系统可以构成一个更大的复合系统，但是我们仍然可以单独地描述猪、单独地描述系统，复合系统的性质仅仅是猪和系统性质的加和。但是我们知道，一旦形成了纠缠态，系统和猪就成了一个不可分割的整体。我们没有办法脱离猪的状态谈论系统本身的状态。而系统的所有信息，就和猪的信息纠缠不清了。此时，（猪+系统）的复合系统性质就不再是（猪的性质+系统的性质）了。

这个时候，猪和系统共同构成一个完整的量子态（纯态）。而单独的系统和单独的猪，就都不能构成一个完整的纯态了。当我们谈论“系统”的时候，我们实际上是把系统和猪纠缠的那部分信息抛弃掉了。抛弃的结果，就是系统从叠加态变成了若干本征态的混合 - 从“and”变成了“or”。

用一个不太严谨的话来说，薛定谔方程的幺正性意味着整个观察过程中的信息守恒。（猪+系统）作为一个纯态，整个过程中信息量保持不变。那么猪获得的信息，并不是在观察过程从猪这里额外产生的，而是在观察过程中，原本系统的独有信息“扩散”成为（系统+猪）的复合系统中的广域信息。此时刨除猪单独观察系统，就意味着刨除了这部分纠缠信息。这部分系统的丢失，就使得叠加态的丢失。

比如说，一只这样的“仪表猪”对一个双缝干涉进行了观察。我们假定，该猪有着一个双态的记忆状态分别对应着光子的两个路径（我们可以把它想象成为一个可以偏左和偏右的量子指针） – 我们用L和R表示。当它完成一次观察时，如果光子从左缝经过，那么猪的状态变为L，反之则变为R：

这里，我们用密度矩阵来表示整个复合系统（光子+猪）的状态：

这是一个纯态，其中， 分别表示L和R；

此时，如果我们想要观察光子，我们需要trace out 猪（用大白话说，就是把猪的信息抛弃掉，伴随着这种抛弃，共有信息也就一起被抛弃掉了），得到光子的信息，用光子的约化密度矩阵就是这样的：

我们可以看到，光子的密度矩阵中，表征干涉的非对角元素全部正比于 。

如果说，猪的两个记忆状态 - L、R - 之间能够完美可辨：

此时根据我们前面的讨论，是一个完美观察，相应地我们看到，约化密度矩阵的非对角元全部消失了，即干涉消失了。

反之，如果L、R完全重合：

此时根据我们前面的讨论，是一个无效观察，光子的密度矩阵就完全不受猪的影响，它的干涉就被完全保留下来了。

当介于两者之间的时候，这就是一个不完美测量

此时，是一个不完美的部分观察，我们可以看到，光子的密度矩阵中，非对角元素都被削弱但是仍然存在。也就是说，干涉仍然存在，但是被弱化了。

请注意，这里所说的干涉消失、弱化、或保留，指的是干涉在光子的位置自由度中消失、弱化、或保留 – 当我们忽略猪，只观察光子的时候，我们看到的情况。但是无论我们能否看到干涉，在光子+猪的复合系统中，干涉仍然存在 – 因为很显然，复合系统密度矩阵中，所有的非对角元都存在。只不过干涉存在与光子和仪器的所有自由度之间的张量积所组成的configuration space中，我们不一定能够观察到可见结果。

请注意一点，上面的一切讨论，虽然我们用到了“猪”、“观察”、“认知”等措辞，其实这些措辞都不必与意识有关。我们完全可以用“仪表”、“相互作用”、“指针指示”这样的措辞来替代它们。结果没有任何变化。

也就是说，干涉的消失与猪是否有意识无关，这里的猪，完全是一只行尸走肉的“工具猪”。

• 当该工具猪做一个完美观察时，我们就不能得到干涉了。
• 当该工具猪做一个不完美观察时，我们将会得到一个弱化的干涉。
• 当该工具猪做一个无效观察时，干涉就被完全保留下来了。

我们可以考虑这样一个问题，猪有意识和无意识，区别是什么？

在我们看来，并没有任何的区别。但是在猪看来，区别就在于，猪是否“意识到”观察结果。也就是说，既然猪和系统的共同演化最终形成一个共同的叠加态：

那么如果猪有意识，那么猪会认知到何种结果？它会不会意识到一个“叠加态”呢？这就是魏格纳朋友思想实验的核心问题。

答案是，不会。

因为猪本身也不是一个孤立系统。猪无时无刻不在与外界环境纠缠着 - 它需要呼吸啊。猪和系统的演化一直是在环境的“监控”下完成的，最终会进入一个与无数环境自由度纠缠在一起的整体状态。猪的认知也需要trace out 环境的 - 也就是抛弃系统与环境的共有信息。

即使是我们不考虑环境，我们只考虑猪本身。猪的观察其实分了好几步才能完成：

1. 系统信息进入猪的眼睛，与眼睛发生相互作用；
2. 系统与眼睛进入纠缠态；
3. 眼睛产生的神经脉冲与大脑相互作用，产生意识态。

最终，猪的认知不是通过对系统的观察完成的，而是“猪脑”通过对“猪眼”的观察完成的。也就是说，在上面的第1、2步之后，系统和眼睛的状态就是：

当猪脑对眼睛的信号进行“观察”的时候，需要trace out 系统：

同样，猪脑最后得到的结果就是0或1，而不是0+1.

最后，直观但不严谨地总结一句，所谓的观察者效应，就是在一个纠缠的复合系统中，提取其中一个子系统信息，导致一部分共有信息的丢失。

我们要先搞清楚靖国神社问题的核心。

首先二战后一开始，日本靖国神社内并没有甲级战犯的牌位。在此之前也没人把靖国神社当一回事。

第一个关键点首先是1959年，日本右翼经过多年的试探和努力，终于将一些乙级战犯和丙级战犯的“祭神名票”送入靖国神社，美国方面出于对右翼的纵容没有制止，中韩方面也因为各种原因没有抵制。日方还找了一个低等级战犯也是战争的受害者，责任全部应该由甲级战犯来负的理由来搪塞。反正算是糊弄过去了，大家也没有太在意。

第二个关键点在78年，日本右翼更进一步，通过政府力量施压瞒天过海，强行把甲级战犯名单塞进靖国神社里面，但是由于明面上靖国神社是独立于政府的，明面上还不涉及到政治层面，所以中韩虽然极其不爽，但是也没有上升到外交问题的高度。

第三个关键点在85年，日本首相级别的人物参拜了靖国神社，这个问题彻底被放上了桌子，中韩也才忍无可忍，开始抵制。

从历史可以清楚，靖国神社问题的核心在于，日本右翼一直在得寸进尺，如果再绥靖下去，早晚有一天日本右翼会把东京审判都拉出来批斗，给战犯们翻案。

至于普通人参拜靖国神社，实际上一直都不是靖国神社问题的核心，是因为右翼的不断得寸进尺，导致普通人原本正常的行为变成了为法西斯助纣为虐的行为。

就好比整个二战前后德国军工厂的工人所做的事情也不过是正常生产，但是进军莱茵兰的时候是一种性质，闪击波兰的时候就是另外一种性质了。

那么普通人没有意识的情况下参拜究竟是不是对中国人的侮辱？

这取决于你自己的想法，如果你认为是侮辱就是侮辱，如果你认为不是就不是。

我在知乎上向来只谈方法论，不教价值观，我基于现实主义的意见是：如果你当众宣布某种行为是对你的极大冒犯，那么你最好有办法惩罚这种行为。

如果你既没有办法惩罚这种行为，又非要一厢情愿的宣布这种行为侮辱了你，恰恰这种行为又很常见，那结果不会是大家尊重你不去做这件事，而是大家会一次又一次的侮辱你。

只有你能让侮辱自己尊严的人付出代价，你才有资格把意外当做是对自己尊严的侮辱，然后你才有资格永远不会再遭到意外。

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可真会类比啊，花着男足赚的钱，还在装作受尽委屈。

小仙女根本没把男足当兄长，充其量不过是一个用完就踹两脚的供养者罢了。

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