维格纳的朋友：继续令人困惑的量子思想实验 – 物理世界

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-caption="量子之谜 1961 年，尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 想象一位朋友在实验室里做实验，而他则在外面等待。矛盾的是，维格纳和他的朋友预测了不同的结果，但两者都是正确的。 （iStock/弗洛里亚纳）”>

量子世界为思想实验提供了丰富的材料，这些实验看似奇怪但却真实，以至于违背逻辑。其中最臭名昭著的是“维格纳的朋友”，它自诞生以来就一直挑战着物理学家和哲学家。 最初构想 由匈牙利裔美国物理学家 尤金·维格纳。他在这位数学家 1961 年编辑的书中发表了这个思想实验 欧文·古德 题为 科学家推测：半生不熟的想法选集.

维格纳的思想实验是薛定谔二十五年前不太复杂但更著名​​的思想实验的更人性化的版本，其中涉及 盒子里的猫，其命运取决于量子事件。在盒子里，薛定谔的猫是死是活，而对于外面的人来说，猫仍然是死是活；它处于“叠加”状态。只有当盒盖打开时，这种奇怪的情况才会消失。

维格纳思想实验的设置非常简单。维格纳和他的朋友对特定实验的结果感兴趣，假设准备一个量子位（qubit），其测量结果将为 0 或 1。朋友进入实验室并安装设备，而维格纳留在外面。每个人都精通量子形式主义。

与直觉相反，他们的预测不同。维格纳的朋友——实验者——准备了状态叠加的量子位，并预测最终状态有 0% 的概率为 50，或者有 1% 的概率为 50。另一方面，维格纳与他的朋友隔绝。维格纳使用叠加的单个量子态来描述他的朋友和实验室内容，他预测系统将以 100% 的概率保持叠加状态。

即使维格纳相信他的朋友已经完成了实验，他仍然坚持这一预测。根据量子力学，维格纳无法将这位朋友与实验室的其他内容分开。因此，维格纳必须询问他的朋友才能获得有关朋友量子态的信息。那么谁能给出正确答案：维格纳还是他的朋友？

两者都是对的

答案是，从每个人的角度来看，这两种概率都是正确的。他们对数学的两种正确用法给出了不同的预测：维格纳预测状态是 100% 叠加的，而朋友预测量子位的测量结果是 1 或 0。本质上，维格纳的思想实验表明，什么是真实的取决于你站的地方。

但如果我们假设概率描述的是相同的“事实集”——并且从每个人的角度来看都有一些真实的事情——那么这些预测就会相互冲突。维格纳本人以及许多追随者认为，量子形式主义对同一事态给出了两种不同的预测，这是自相矛盾的。他们认为，客观性要求观察者必须以相同的方式描述事实，无论他们的立场如何。

然而，这种情况之所以显得自相矛盾，是因为它依赖于隐藏的经典假设。一种假设是维格纳是对的，而他的朋友是错的（反之亦然），因为两者最终都是对朋友的量子位测量结果进行建模。但假设他们的不同预测意味着两者正在对不同的系统进行建模。维格纳正在对朋友量子比特实验室环境进行建模，而他的朋友只对量子比特进行建模。

在经典情况下，维格纳和他的朋友可以有相同的概率来预测抛硬币的结果。即使维格纳站在窗帘后面，他也不必将抛硬币的朋友视为处于叠加状态。然而，在量子情况下，维格纳无法单独挑选和隔离硬币的概率。对于维格纳来说，可能也没有“硬币”——在一个装满物品的房间里，除了其他东西之外，什么也没有。

回到维格纳的思想实验。当实验室的门打开，维格纳和朋友可以谈论他们的预测时，会发生什么？两人原本意见不合，但现在看来他们对量子位的最终状态达成了一致。他们之前对单一事态的不一致描述似乎已经融合为一。

但事实并非如此。相反，维格纳的新信息并没有否定他最初的预测。量子形式主义表明维格纳和朋友对两种不同的事态有一致的描述。只有当我们屈服于直觉并假设维格纳和他的朋友一直使用相同的系统时，这才会让人感觉自相矛盾。

那么，维格纳和他的朋友热切期待的分享他们的发现的时刻并不是悖论的解决，而是悖论局面结束后会发生什么。维格纳有他正确的形式主义，而朋友也有他们的。

维格纳和许多追随者都对这样一个事实感到困扰：两个人在同一个实验中使用相同的方法可能会得出两个正确的描述，这取决于一个人是在实验室内部还是外部。我们的经典直觉是，这个系统对每个人来说都是一样的。量子力学使我们倾向于认为我们可以拥有不同的系统而不会出现不一致，或者是客观的而不需要使我们所有的描述都相同。

临界点

量子信息理论家将维格纳的朋友变成了一套强大的思想实验，用于测试我们在共享信息时做出的物理假设的合理性。这些精心设计的思想实验涉及 多个实验室的多个参与者, 朋友之间纠缠的量子态 和 现实生活中的纠缠光子实验 找出我们的经典假设。

道路上有岔路口吗，经典的还是量子的？坚持认为维格纳的朋友涉及对一种事态的两种不一致的描述的经典解释会产生悖论。量子视角意味着存在两种不同的事态的描述。第一个是直观的，但最终陷入矛盾，另一个不太直观，但一致。量子友谊意味着永远不必为自己使用形式主义而说抱歉。

罗伯特 P 折痕 是一位教授（点击下面的链接查看完整的简历）， 詹妮弗·卡特 是一名讲师并且 吉诺·埃利亚 是美国石溪大学哲学系博士生。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/