易坊好文馆

  1. 首页 > 生活百科 >

在量子世界，如果观察者是一头猪，也会产生观察者效应吗？( 二 )

火星


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 。
无效测量
完美测量我们知道 ， 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：
【在量子世界，如果观察者是一头猪，也会产生观察者效应吗？】
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 。

推荐阅读


上一篇：占星学的七大原则

下一篇：人类为什么执着寻找外星人？除了好奇之外，还有5个原因不能忽视