量子力学里的「观察」「观测」到底是什么意思呢？比如电子双缝干涉实验中，「观察」导致不干涉？

是不是不如类似「威尔逊云室」「气泡室」之类的，显示电子经过的整个路径？这就是观察导致双缝不干涉吗？

在量子力学中，「观察」作为最基本的概念之一，对它的确切解释却并不清楚。例如说，

玻尔和海森堡对观察的看法，以其模糊不清著称，认为是在经典事物介入时，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；
在量子贝叶斯主义中，维格纳的观点被继承下来，只不过它并不直接讨论观察是意识的还是物理的，而是更加抽象地认为观察是「信息」的 - 观察不过是贝叶斯信息更新；
多世界理论认为，观察是纯粹的物理过程；这一点在退相干理论得到强化，认为观察就是形成纠缠的过程。

应该说，早期的哥本哈根、冯诺依曼-维格纳解释，虽然有其历史意义，但是随著现代量子力学的发展，它们的理念已经渐渐被放弃了。在现代理论里面，大家更乐于用信息的观点或物理相互作用的观点来看待观察。

这里谈论一下我个人对观察的肤浅看法，观察应该至少具有如下两个特征：

特征1：一个「行为」要想成为观察，那么它至少要有一个特征：它伴随著信息的传递。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。

特征2：我们做出这样一个物理主义的假设：任何信息处理过程，都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）。假设说我们有一个系统S，以及某一个观察仪器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，即可以推知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。如果我们不太严谨地表述，那么我们可以说，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共同物理演化（我不太确定是否该用「相互作用」来描述这种演化，例如在Elitzur–Vaidman bomb-tester中，是否相互作用也难说）。

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。也就是说，不存在「坍缩」。熟悉冯诺依曼测量理论的人，立刻就得到这样一个结论：观察就是系统与观察者（包括人、仪器、或者其它物理系统）之间量子纠缠的形成。

我们知道，S和A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A的信息，是我们在复合系统中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A的状态时，能够得到S状态的信息多少 – 用大白话说，就是A对S的观察过程总共获得的S的信息量。我们知道，当系统处于最大纠缠态时，它们有著最大的共有信息。也就是说，当A和S形成最大纠缠时，A对S完成了「最完美」的观察。

比如说，S是一个双态系统，对应著它的两个态，仪器也有两个指示态。在发生观察之前，A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A的「无知」状态记做，把A的「知道系统状态为1」的状态记做1，同理把A的「知道系统状态为0」的状态记做0：

根据我们的基本假设，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，S和A共同演化形成了纠缠态。如果说，当A的两个状态可以完全分离，也就是他们互相正交的时候：

这就是一种最大纠缠态，因而就形成了「完美观察」。也就是说，S的两个状态和A的可辨的状态完全关联。当我们知道A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。

当然，观察也可以不那么「完美」。当A的两个指示态不正交，即：

此时A与S形成部分纠缠，与S的两个状态相关联的A的指示态并不完全可辨。

极端情况下，当A的两个指示态重合，即：

此时A与S就完全没有纠缠，那么这种演化就不构成一种观察行为。

我们可以做一个经典类比。我们把仪器想像成为一个仪表盘，盘中有个指针，指针在就绪的时候位于中间，在测量之后，它就指向0或1，对应著系统的两个状态。如果指针偏离很大，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。此时我们对指针的判断就准确地揭示了系统的状态，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，仪表完全无法获取光子的任何信息 – 此时观察就失败了。

完美测量、不完美测量、非测量，就分别对应著最大纠缠、部分纠缠、以及没有纠缠的情况。

既然我们用这种方式定义了观察，我们就可以用它来分析一下经典的双缝干涉实验了。如果我们在光路中间设置某一个观察仪器，来观察双缝干涉中光子所经过的路径。我们不必细究这个仪器的具体工作方式（例如用一个BBO），我们只是假定，该仪器有著一个双态的输出（我们可以把它想像成为一个可以偏左和偏右的量子指针） – 比如说它用L和R表示。当光子经过它时触发它的演化，。如果光子从左缝经过，那么仪器的状态变为L，反正则变为左：

整个复合系统（光子+仪器）的密度矩阵就是：

其中，分别表示L和R；

当我们trace out 仪器，得到光子的约化密度矩阵就是这样的：

我们可以看到，非对角元素全部正比于

如果说，仪器的两个状态，L、R之间能够完美可辨，系统处于最大纠缠态，此时是一个完美测量：

此时我们看到，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，系统就不处于纠缠态，

此时约化密度矩阵就完全不受仪器的影响，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，干涉仍然可见，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（在实验中，就是屏幕上）消失、弱化、或保留 – 当我们忽略仪器，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+仪器的复合系统中，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。

关于「干涉在复合系统中存在，但是在子系统中无法看到」的一个直观例子，可以参见：

贾明子：可视化双缝干涉之三：干涉条纹去哪儿啦？?

zhuanlan.zhihu.com

所以说，所谓的干涉消失，并非是干涉真的消失，而是我们看不到了 - 它「扩散」到复合系统的自由度中去了。

上面的分析中，并没有谈及这个可以检测光子路径的仪器A的具体机制。这在实际上是可实现的，人们常用的方法是通过BBO产生一对纠缠光子，然后通过idler光子的检测来判断signal光子的路径。对于这种检测机制的具体分析，可以参见：

在Kim的延迟选择量子擦除实验中，如果换成低速运动的粒子会怎么样？?

www.zhihu.com

那么，从约化密度矩阵中，就可以很明显地反映出观察对干涉消失的影响。

当我们做一个完美观察时，我们就不能在屏幕上看到干涉条纹了。
当我们做出不完美观察时，我们将会在屏幕上看到一个弱化的干涉条纹。
当仪器无法做出观察时，仪表上的干涉条纹就被完全保留下来了。

这就是我们对波尔的「互补原理」 – 路径信息与干涉条纹之间的互补 – 的一个合理解释。

要完整回答需要很大篇幅，简单讲一下吧。微观粒子是以概率波的形式运动的，当你实际观测到该粒子的位置时（比如双逢干涉时电子光子通过了哪一条缝），概率波坍缩，并表现为一个宏观上的结果：该粒子出现在左缝或者在右缝。观测本身会影响到粒子的状态，即粒子在被观测以前处于什么状态，不可知，只能用概率描述，被观测时，粒子受到了观测仪器的影响，并表现出唯一的状态，这时候粒子运动的波函数坍缩，体现出粒子性，波动性消失，干涉条纹消失。

所谓的观察可以简单理解为：（宏观）测量工具与被测量的系统之间发生的相互作用。这个相互作用的概念非常宽泛，从仪器直接接触导致的物理干扰到一对儿相隔遥远的纠缠量子对彼此状态变化的瞬时响应，都可以被叫做「观测」。比如你提到的「威尔逊云室」，相应的观察行为不是你用眼睛看，而是电子和云室里的微粒混合物发生相互作用。你在云室外蒙著黑布不看，云室里边照样有轨迹。

跟「观测」也可以被简单理解为「信息提取」。比如在电子双缝干涉实验中，如果我们对粒子方面的信息进行提取（比如在双缝上装上仪器观察其穿过哪条狭缝），那么电子就会表现出粒子性，干涉条纹消失。这个结果与你读不读取这个信息都无关，只要「提取」这个动作发生就可以。也就是无论你看不看狭缝上安装的仪器，结果都是一样的。

「什么是观测？」「观测者是谁？」「观测后的波粒状态突变（坍缩）是为什么产生的？」。。。。。这些都是量子理论里最玄妙（也是最没用）的问题。

「观察」就是干涉行为。

A观察B，A必须向B发射粒子，B才有粒子反射（散射）作用到A。

A才知道B的数据。

这个过程，A得到B的数据是B变化了（函数坍塌）了的数据。

B的原始数据（原来面貌）人类永远不能测到。

有个B，它以原始数据态运动，当光子作用B后，再由B反射出粒子作用A，A观察到B。

B的原始数据（原来面貌）是光子没作用B时候的函数，人类永远不能测到。

电子双缝干涉实验中，有几个干涉：

一、实验场非真空，有物质粒子干涉电子双缝实验。

二、人类的观察仪器发射粒子带入物质粒子干涉电子双缝实验。

三、实验场墙壁反射先进入电子去干涉后进入电子。