這個問題是一個深坑。但是在現(xiàn)代量子力學的觀點中，大約多數(shù)人認為觀察是不需要意識介入的。

在回答這個問題之前，我們先要知道，什么行為可以看作是一種“觀察”？

在裸量子力學（不附加詮釋）中，“觀察”是最基本的概念，它是不可約的，也就是不可以進一步解釋的。任性地說，觀察就是觀察。只有在“觀察”這個基礎(chǔ)概念之上，我們才可以進行量子力學的計算，如果我們想對“觀察”本身說些什么，基本上就需要跳出量子力學了，這也就是諸多詮釋的分歧點的核心。

玻爾和海森堡對觀察的看法，以其模糊不清著稱，他們認為觀察是在經(jīng)典事物介入量子過程時，在量子-經(jīng)典邊界發(fā)生的（Heisenburg Cut），或曰“被不可逆地記錄在經(jīng)典存儲器中”；

馮諾依曼認為，觀察是意識的介入；

維格納認為，觀察就是意識中獲得的關(guān)于系統(tǒng)的印象；

愛因斯坦、薛定諤、德布羅意等人認為，量子力學之所以無法解釋觀察，是因為它是一個表象理論，而不是本質(zhì)理論 - 存在著某種尚未被理論涵蓋的隱變量，這些隱變量才是物理真實，不因觀察而改變。

那么，在玻爾和海森堡看來，豬和螞蟻都是經(jīng)典事物，它們肯定可以使波函數(shù)“坍縮”。

在馮諾依曼和魏格納看來，豬或螞蟻能不能坍縮波函數(shù)，取決于它們有沒有意識。

在愛因斯坦等人看來，存在著獨立于觀察者的物理真實，量子力學暫時無法對它做出描述，不代表沒有更本質(zhì)的隱變量理論可以完成這個任務。

應該說，這些早期的大佬們的看法，雖然有其歷史意義，但是隨著現(xiàn)代量子力學的發(fā)展，人們的觀念正在超越他們。

那么，什么是“觀察”呢？

直觀講，我們可以做出這樣的假設：觀察應至少具有如下兩個特征：

假設1：觀察伴隨著信息的傳遞。如果沒有任何獲取信息的可能，一個行為當然就不能被稱為觀察。

假設2：信息的傳遞過程可以被某種物理過程描述，任何非物理過程都非必要。

那么，從第一個特征來看，所謂“信息的傳遞”，就是系統(tǒng)的某些性質(zhì)與觀察者形成關(guān)聯(lián)（correlation）。當一個觀察者對系統(tǒng)完成了一個觀察的時候，它獲得了關(guān)于系統(tǒng)可觀測量的信息（即使是它沒有“意識到”這種信息）。也就是說，我們此時通過與觀察者的交互，觀察者可以“告知”我們系統(tǒng)關(guān)于該可觀測量的信息。（比如說，我們以某種方式去“詢問”那頭豬，可以得到豬的觀察結(jié)果）。對于系統(tǒng)S，以及一個觀察儀器A，A對S做出了某種觀察，其結(jié)果就是，我們可以通過A的某些性質(zhì)，推知S的某些性質(zhì) – 因為A“知道”了S的這些性質(zhì)。

從第二個性質(zhì)來看，觀察的全部有意義效應，（至少在原則上）都可以用一個物理過程描述。即觀察是一個物理過程而不是非物理過程。因而觀察者就不必然是一種“意識”的擁有者，它可以是一個有意識的主體，也可以是一個無意識的儀器，甚至是任意的某種物理系統(tǒng)。觀察，就是系統(tǒng)與觀察者的某種“相互作用”。

那么，從這兩個特征聯(lián)合起來看，觀察就是系統(tǒng)與觀察者的某種共同物理演化，其結(jié)果導致兩者之間的性質(zhì)關(guān)聯(lián)。我們可以進一步假設，這種演化滿足薛定諤方程：

假設3：觀察過程可以被薛定諤方程描述。

從這三個假設出發(fā)，我們就可以對觀察做出分析了。比如說，S是一個雙態(tài)系統(tǒng)，對應著它的兩個態(tài)，“豬”（基于假設2，我們就可以把豬看做是一臺儀器）也有兩個相應的記憶狀態(tài) - 請注意，這里的記憶態(tài)指的是一種物理狀態(tài)，也就是豬腦的某種神經(jīng)激發(fā)態(tài)（如果是儀器，可以是數(shù)據(jù)硬盤的兩個狀態(tài)）。在發(fā)生觀察之前，豬的狀態(tài)是“無知”。發(fā)生了觀察之后，它的狀態(tài)就變成了“知道”。為方便計，我們把豬的“無知”狀態(tài)記做 ，把“知道系統(tǒng)狀態(tài)為1”的狀態(tài)記做1，把“知道系統(tǒng)狀態(tài)為0”的狀態(tài)記做0。如果系統(tǒng)一開始處于某種本征態(tài)，那么豬的觀察不會改變系統(tǒng)的狀態(tài)，而相應地豬的記憶中就會產(chǎn)生對系統(tǒng)認知的對應狀態(tài)。

根據(jù)我們的假設3，觀察過程滿足薛定諤方程，那么對于s的任意狀態(tài)：

根據(jù)薛定諤方程的線性演化：

我們可以看到，系統(tǒng)和豬共同演化形成了糾纏態(tài)。

對豬而言，當它完成了一個觀察，必然會導致它的豬腦的狀態(tài)相應發(fā)生了變化。如果豬腦的兩個記憶態(tài)可以明確區(qū)分，那么每個記憶態(tài)就明確對應著一個系統(tǒng)的狀態(tài)，那么這個觀察結(jié)果就很清楚地被記憶下來了。我們就可以根據(jù)豬腦的狀態(tài)推知系統(tǒng)的狀態(tài)（你可以想象成豬產(chǎn)生了清晰的認知印象）

反之，如果豬的兩個記憶態(tài)完全重疊，那么我們無法區(qū)分這豬腦態(tài)，因而觀察就沒有有效的結(jié)果（你可以想象成豬產(chǎn)生了完全混亂的印象）。

請注意，為了生動表達，我這里比較不嚴謹?shù)赜昧恕柏i腦”、“印象”這樣的措辭。其實這不意味著豬需要有意識。我們完全可以把豬想象成一臺儀器，豬腦就是一個儀表盤，儀表盤的指針可以偏向于0和1兩個刻度，來指示系統(tǒng)的兩個狀態(tài)。如果兩個刻度偏離很大，并且指針也很穩(wěn)定，那么我們很容易判斷出它到底偏向哪一個刻度（“豬腦”清晰的認知印象），這就是一個完美測量。但是，如果指針偏離程度很小，并且還在不停地在顫動。那么我們就會犯嘀咕：因為我們不太容易看出指針到底指向哪一個刻度，此時就很容易發(fā)生誤讀，這就是一個不完美測量。極端情況下，指針的偏離很小但是顫動很大，于是讀數(shù)完全被顫動淹沒掉了，那么我們就完全無法區(qū)分它到底偏向哪一邊，此時它就完全“重疊”在一起，那么此時，儀表完全無法獲取系統(tǒng)的任何信息 – 此時觀察就失敗了。

無效測量

完美測量

我們知道，S和豬之間的糾纏程度，可以通過計算它們的共有信息（mutual information）來判斷。

其中，這里面的信息是用馮諾依曼熵表示的。S或豬的信息，是我們在復合系統(tǒng)中拋棄（trace out）另一方得到的信息量。共有信息的解讀之一就是，當我們知道豬的狀態(tài)時，能夠得到S狀態(tài)的信息多少 – 用大白話說，就是豬可以“告訴”我們關(guān)于S狀態(tài)的信息量是多少。

簡化起見，我們令：

很容易我們可以得知：

我們可以看到，當豬可以明確分辨觀察結(jié)果的時候，也就是

的時候，豬和系統(tǒng)形成最大糾纏，上述共有信息最大，具體為一個比特（ln2）。而豬完全無法分辨觀察結(jié)果的時候，也就是

的時候，豬和系統(tǒng)之間就沒有任何糾纏，上述共有信息就變成了0。

也就是說，當豬與系統(tǒng)形成最大糾纏的時候，它就從系統(tǒng)獲得了最多的信息，（也就是說，S的兩個狀態(tài)和豬的兩個可辨的狀態(tài)完全關(guān)聯(lián)。當我們知道豬為0態(tài)，我們就有100%的概率知道S也為0態(tài)，反之亦然。這種觀察是完全確定的，并且是完全準確的。）就完成了一次“完美觀察”。反之，如果它們不形成任何糾纏，豬也就無法從系統(tǒng)獲得信息，這就是一次無效觀察。

當然，觀察也可以不那么“完美”但仍然能獲得一些信息，此時：

也就是說豬與S形成部分糾纏，與S的兩個狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的豬的兩個狀態(tài)不完全可辨。此時就是一次部分觀察。

用大白話說，豬和系統(tǒng)形成多大的糾纏，豬就可以“告訴”我們多少關(guān)于S狀態(tài)的信息。

一般科普讀物上會強調(diào)糾纏的非定域性，但是在觀察過程中，糾纏的最大特性就是不可分割性。當豬和系統(tǒng)不形成任何糾纏的時候，雖然豬和系統(tǒng)可以構(gòu)成一個更大的復合系統(tǒng)，但是我們?nèi)匀豢梢詥为毜孛枋鲐i、單獨地描述系統(tǒng)，復合系統(tǒng)的性質(zhì)僅僅是豬和系統(tǒng)性質(zhì)的加和。但是我們知道，一旦形成了糾纏態(tài)，系統(tǒng)和豬就成了一個不可分割的整體。我們沒有辦法脫離豬的狀態(tài)談論系統(tǒng)本身的狀態(tài)。而系統(tǒng)的所有信息，就和豬的信息糾纏不清了。此時，（豬+系統(tǒng)）的復合系統(tǒng)性質(zhì)就不再是（豬的性質(zhì)+系統(tǒng)的性質(zhì)）了。

這個時候，豬和系統(tǒng)共同構(gòu)成一個完整的量子態(tài)（純態(tài)）。而單獨的系統(tǒng)和單獨的豬，就都不能構(gòu)成一個完整的純態(tài)了。當我們談論“系統(tǒng)”的時候，我們實際上是把系統(tǒng)和豬糾纏的那部分信息拋棄掉了。拋棄的結(jié)果，就是系統(tǒng)從疊加態(tài)變成了若干本征態(tài)的混合 - 從“and”變成了“or”。

用一個不太嚴謹?shù)脑拋碚f，薛定諤方程的幺正性意味著整個觀察過程中的信息守恒。（豬+系統(tǒng)）作為一個純態(tài)，整個過程中信息量保持不變。那么豬獲得的信息，并不是在觀察過程從豬這里額外產(chǎn)生的，而是在觀察過程中，原本系統(tǒng)的獨有信息“擴散”成為（系統(tǒng)+豬）的復合系統(tǒng)中的廣域信息。此時刨除豬單獨觀察系統(tǒng)，就意味著刨除了這部分糾纏信息。這部分系統(tǒng)的丟失，就使得疊加態(tài)的丟失。

比如說，一只這樣的“儀表豬”對一個雙縫干涉進行了觀察。我們假定，該豬有著一個雙態(tài)的記憶狀態(tài)分別對應著光子的兩個路徑（我們可以把它想象成為一個可以偏左和偏右的量子指針） – 我們用L和R表示。當它完成一次觀察時，如果光子從左縫經(jīng)過，那么豬的狀態(tài)變?yōu)長，反之則變?yōu)镽：

這里，我們用密度矩陣來表示整個復合系統(tǒng)（光子+豬）的狀態(tài)：

這是一個純態(tài)，其中， 分別表示L和R；

此時，如果我們想要觀察光子，我們需要trace out 豬（用大白話說，就是把豬的信息拋棄掉，伴隨著這種拋棄，共有信息也就一起被拋棄掉了），得到光子的信息，用光子的約化密度矩陣就是這樣的：

我們可以看到，光子的密度矩陣中，表征干涉的非對角元素全部正比于

如果說，豬的兩個記憶狀態(tài) - L、R - 之間能夠完美可辨：

此時根據(jù)我們前面的討論，是一個完美觀察，相應地我們看到，約化密度矩陣的非對角元全部消失了，即干涉消失了。 反之，如果L、R完全重合：

此時根據(jù)我們前面的討論，是一個無效觀察，光子的密度矩陣就完全不受豬的影響，它的干涉就被完全保留下來了。 當介于兩者之間的時候，這就是一個不完美測量

此時，是一個不完美的部分觀察，我們可以看到，光子的密度矩陣中，非對角元素都被削弱但是仍然存在。也就是說，干涉仍然存在，但是被弱化了。

請注意，這里所說的干涉消失、弱化、或保留，指的是干涉在光子的位置自由度中消失、弱化、或保留 – 當我們忽略豬，只觀察光子的時候，我們看到的情況。但是無論我們能否看到干涉，在光子+豬的復合系統(tǒng)中，干涉仍然存在 – 因為很顯然，復合系統(tǒng)密度矩陣中，所有的非對角元都存在。只不過干涉存在與光子和儀器的所有自由度之間的張量積所組成的configuration space中，我們不一定能夠觀察到可見結(jié)果。

請注意一點，上面的一切討論，雖然我們用到了“豬”、“觀察”、“認知”等措辭，其實這些措辭都不必與意識有關(guān)。我們完全可以用“儀表”、“相互作用”、“指針指示”這樣的措辭來替代它們。結(jié)果沒有任何變化。

也就是說，干涉的消失與豬是否有意識無關(guān)，這里的豬，完全是一只行尸走肉的“工具豬”。

當該工具豬做一個完美觀察時，我們就不能得到干涉了。

當該工具豬做一個不完美觀察時，我們將會得到一個弱化的干涉。

當該工具豬做一個無效觀察時，干涉就被完全保留下來了。

我們可以考慮這樣一個問題，豬有意識和無意識，區(qū)別是什么？

在我們看來，并沒有任何的區(qū)別。但是在豬看來，區(qū)別就在于，豬是否“意識到”觀察結(jié)果。也就是說，既然豬和系統(tǒng)的共同演化最終形成一個共同的疊加態(tài)：

那么如果豬有意識，那么豬會認知到何種結(jié)果？它會不會意識到一個“疊加態(tài)”呢？這就是魏格納朋友思想實驗的核心問題。

答案是，不會。

因為豬本身也不是一個孤立系統(tǒng)。豬無時無刻不在與外界環(huán)境糾纏著 - 它需要呼吸啊。豬和系統(tǒng)的演化一直是在環(huán)境的“監(jiān)控”下完成的，最終會進入一個與無數(shù)環(huán)境自由度糾纏在一起的整體狀態(tài)。豬的認知也需要trace out 環(huán)境的 - 也就是拋棄系統(tǒng)與環(huán)境的共有信息。

即使是我們不考慮環(huán)境，我們只考慮豬本身。豬的觀察其實分了好幾步才能完成：

1.系統(tǒng)信息進入豬的眼睛，與眼睛發(fā)生相互作用；

2.系統(tǒng)與眼睛進入糾纏態(tài)；

3.眼睛產(chǎn)生的神經(jīng)脈沖與大腦相互作用，產(chǎn)生意識態(tài)。

最終，豬的認知不是通過對系統(tǒng)的觀察完成的，而是“豬腦”通過對“豬眼”的觀察完成的。也就是說，在上面的第1、2步之后，系統(tǒng)和眼睛的狀態(tài)就是：

當豬腦對眼睛的信號進行“觀察”的時候，需要trace out 系統(tǒng)：

同樣，豬腦最后得到的結(jié)果就是0或1，而不是0+1. 最后，直觀但不嚴謹?shù)乜偨Y(jié)一句，所謂的觀察者效應，就是在一個糾纏的復合系統(tǒng)中，提取其中一個子系統(tǒng)信息，導致一部分共有信息的丟失。