维格纳的朋友——如果有人在观测“观测者”？

大家好，我是 Senko。本文将解读“维格纳的朋友”悖论。

薛定谔的猫很有名，但还有一个把它再推进一步的思想实验。有一位朋友观测了猫，而你在外面看着这位朋友——此时，朋友明明已经看到了确定的结果，对你来说却是连朋友一起处于叠加态。

设定

这是诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳于 1961 年提出的思想实验。

朋友在密闭的实验室里做量子力学实验，比如观察光子是否击中探测器。朋友观测结果，确认“被探测到”或“未被探测到”其中之一。

而实验室外的维格纳知道朋友做了实验，却还没听到结果。

按照量子力学的标准诠释，系统在被观测之前处于叠加态。

在朋友的视角，观测的瞬间量子态就确定了，朋友眼前是明确的结果。

在维格纳的视角，整个实验室（包括朋友）仍处于叠加态。对维格纳来说，“认为已探测到的朋友”和“认为未探测到的朋友”两种状态共存着。

朋友打开门，把结果告诉维格纳。这时，状态才对维格纳而言首次确定。可朋友早就知道结果了。

对同一个物理系统，两位观测者持有不同的描述——这被允许吗？

维格纳本人起初从这个思想实验导出了“意识使波函数坍缩”的结论：朋友的意识介入的那一刻状态就真的确定了，外部维格纳的描述只是不完备。

但许多物理学家反对这种“意识坍缩”说。赋予意识特殊的物理角色，会让物理学依附于主观。

维格纳的朋友是薛定谔的猫的扩展，但有一个决定性区别：猫有没有意识尚存争议，朋友却是明确拥有意识的观测者。

薛定谔的猫问的是“猫真的既活又死吗？”；维格纳的朋友的问题则是：朋友确凿地看到了一个结果，从外面却被描述为叠加态。它把“拥有意识的存在处于叠加态意味着什么”这个问题磨得更加锋利。

“哥本哈根诠释”承认“观测的边界画在哪里”这一问题的含糊，但认为实用上不构成障碍。只是，状态是在朋友观测时确定，还是在维格纳听到结果时确定，无法说清。

“多世界诠释”认为朋友观测时世界发生分裂，维格纳听到结果时再次分裂。矛盾不存在，代价是世界数量爆炸式增长。

“QBism（量子贝叶斯主义）”认为量子态本来就代表各观测者的信念，两人持有不同的状态描述并无问题。量子力学不是对客观世界的描述，而是各主体整理自身经验的工具——这是它的立场。

2018 年，布鲁克纳等物理学家发表的“扩展维格纳的朋友情境”引起巨大关注。这个情境中登场两组“维格纳＋朋友”，进行类似贝尔不等式的实验。

推导出的结论是：以下三条假设不可能同时成立。

也就是说，实验指出了一种可能性——“对任何人而言都存在同一个客观事实”这个前提本身，也许不得不放弃。2019 年，英国赫瑞瓦特大学的普罗耶蒂等人用光子实验部分验证了这一理论预测。

关乎量子力学根基的问题，正在从思想实验走进实验验证的疆域。

维格纳的朋友长期停在纸面上，可近年它成了实验的对象。

2019年，爱丁堡的研究团队报告称，他们用6个光子实现了扩展版的维格纳的朋友：让光子来演“朋友”的角色，连记录观测结果的部分也一并当作量子系统来处理。

结果是：它与“所有人共享着同一个客观事实”这个前提相矛盾。

说得再准确一点，已被显示的是下面三条无法同时成立。

要舍弃哪一条，立场就分开了。舍掉第一条，就成了“事实因观测者而异”这个相当难以接受的结论。

这个结果所暗示的，是朴素意义上的客观性与量子论相处不好。

对维格纳而言，朋友与装置处在叠加态；对朋友而言，结果早已定成了一个。

两种描述，在各自的立场上都正确。也就是说，关于同一件事，两个相互矛盾的描述同时成立。

它们都在某处弱化了“存在一个绝对的事实”这条朴素前提。

作为物理学的讨论它尚未了结；不过思想实验走到了可以用实验去试的阶段，这件事本身，我认为就是这三十年来最大的变化。

这两个思想实验常被当作同一件事介绍，可立问的方式差了一级。

猫的故事里，观测的一方只有一个人。箱子里有什么虽然不知道，可“一观测就定下来”这一点没有争议。

在维格纳的朋友里，追加了一样东西：把观测者本身也当作量子系统来处理。观测的人，对另一个谁而言成了被观测的对象——这是一层嵌套的结构。