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?( 四 )
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:
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这里 , 我们用密度矩阵来表示整个复合系统(光子+猪)的状态:
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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:
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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:
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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:
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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
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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:
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