观测者(轉：量子力学需要观测者吗？)

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对量子力学的一个很大的误解就是，它需要一个观测者才能决定宇宙的状态。

但是，这并不正确。量子力学不需要观测者。

这要看我们到底是怎么看“波函数”这个东西的。

量子力学甫一问世，大家都很不理解：原本我们以为是单独实体的基本粒子，比如说电子，为什么可以同时出现在不同的地方？因为波函数说的就是这个，电子的波函数可以分别在不同的地方有非零的值，在这些地方测量，电子会有非零的概率出现。

这个问题有两种解决方法（当然还有别的），可以分别引向了量子力学的两个不同的诠释：哥本哈根诠释和多世界诠释。第一种解决办法，就是说电子才是实体，而波函数只不过是用来计算的东西。第二种解决办法，就是说波函数才是唯一的实体，而电子，或者说电子的具体位置，其实是一种幻象。前者对应哥本哈根诠释观测者，而后者则对应多世界诠释。

问题是，在两种诠释中，其实都不需要观察者的存在。

我们先来看看哥本哈根诠释。

在哥本哈根诠释中，对于某个量子系统来说，它的波函数有两种不同的演化方式。第一种是，波函数在没有观测时，会按照薛定谔方程正常演化。第二种是，波函数在受到某种观测（对应于某个给定的正交基）时，会根据波函数在相应正交基中基向量的分量大小，“坍缩”到某个特定的观测结果（正交基的一个基向量，也就是本征态）。这样的诠释，保证了我们观测到的世界是经典的，也就是波函数处于本征态。

这里有一个问题，就是观测必须来自系统外部。如果我们把宇宙看成整个量子体系的话，要它经历“坍缩”的演化，这必须来自宇宙外部的观测，而这是不可能的，因为宇宙已经包含了一切。实际上，科学家在引用哥本哈根诠释的时候，从来没有将宇宙整体看成量子体系，因为这没有意义。

另一个问题就是，“观测”到底是什么，在哥本哈根诠释中语焉不详。实行观测的主体不一定要是有意识的人或者其他生物，实际上普通的仪器也可以完成这一点。

所以，根据哥本哈根诠释，谈论整个宇宙的波函数如何坍缩至纯态是没有意义的，而即使引入宇宙之外的事物，也不需要所谓“意识”的参与，完全自然造就的死物也可以完成测量。在这种情况下，谈论什么“只有观测者出现，宇宙才存在”是没有意义的。毕竟，宇宙一直存在，大家关心的只是为什么我们观察到宇宙的每个部分是本征态，但要解释这一点，只需要用到基本的哥本哈根诠释，毕竟我们观测了观测者，宇宙的任何处于我们外部的子系统都会变成本征态，而不需要考虑使整个宇宙的波函数“坍缩”为纯态的所谓“全局观测者”。

最后还留了一个小尾巴：我们怎么确定自己这个子系统是本征态？这里不需要什么自我观测的鬼话，照相机一照就是观测。观测不需要意识，所以随便找个器材都可以。

然后我们来看多世界诠释，这是我比较喜欢的。

多世界诠释说的很简单：世界上只有一个东西，叫做“宇宙的波函数”，它完全根据薛定谔方程演化。完毕。

你可能会说：这是什么鬼，什么都没有解释……

实际上，这个诠释的美妙之处，就是它不需要什么复杂的解释，但需要足够抽象的思维。它的精妙之处，不在于定义，而在于怎么通过逻辑思考去全盘接受简单定义导致的非常违反直觉的结论。

宇宙中有很多东西，它们会相互作用，将宇宙拖进各种各样的纠缠态。所以，宇宙的波函数中，纠缠的程度会越来越高，当然也有原本处于纠缠态的子系统在自然演化下重新归并，但这应该很少。在很多科普读物中，这种现象又被说成是“世界的分裂”，也就是抛一枚量子硬币然后观测结果，就会导致宇宙的波函数分裂成两个不同的分量。这也就是多世界诠释名字的由来。当然我对这种说法很不满意，太耸人听闻了，实际上只不过是宇宙的波函数有很多个分量（可能性）而已。

但这个结论很违反直觉。

首先，我们平时观察到的世界都是本征态的，没有别的分量，这是怎么回事？然而这是理所当然的，因为在每一个分量中的我们，都只能观测到自己身处的这个分量，那么当然是一个本征态。我们没有办法观测到别的分量，所以只能通过具体的实验，让不同的分量之间通过互相干涉部分归并在一起，才能察知量子现象的存在。我们对量子实验的观测，如果没有其他量子过程的参与，实际上就只是普通的经典演化，没有什么了不得的。

然后，我们对量子现象进行观测时，得到的概率跟算出来的波函数吻合，这又是怎么回事？处于不同分量的话，怎么可能做到这么好的结果？问题在于，我们进行多次测量的时候，实际上每一次都开辟了新的分量。如果说每一次测量可以有两种结果，那么进行n次测量之后，相关的分量实际上有2的n次方个，而我们只是身处其中某个分量之中。但不同的分量拥有不同的概率幅，我们处于符合计算出来的波函数的分量，这种可能性非常大，仅此而已。

在多世界诠释中，宇宙自行其是。没有什么观测者，只有宇宙的波函数，在按照薛定谔方程，盲目而坚定地运转着。它就这样存在，没有原因也不需要理由。

有些关于宇宙的事情，可能就是没有理由的。

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