你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

It is always the heart of the audience, but the person in the play is the one who sees the audience。

向來心是看客心 奈何人是劇中人

——張愛玲《紅玫瑰與白玫瑰》

當我們作為一介看客,細細品味劇中人物的情感時,卻不知自己也成為臺上眾人一員,被兒女情長所累。雖欲有超脫之意,卻被現實囚於一室之內,超脫者與劇中人,觀察者與被觀察者,互相影響……

簡單的觀察或許會造成不一樣的結果

我們常常認為雌螳螂在交配後必定會吃掉雄螳螂,但事實真的如此麼?

你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

1984年,兩名科學家裡斯克(E。Liske)和戴維斯(W。J。Davis)在實驗室裡做了一個實驗:他們事先把螳螂餵飽吃足,把燈光調暗。然後人離開實驗室,改用攝像機紀錄。結果令人驚奇——在三十場交配中,沒有一場出現了吃夫現象。而且,他們首次紀錄了螳螂複雜而又神秘的求偶儀式:雌雄雙方翩翩起舞,整個過程短的10分鐘,長的達兩個小時。里斯克和戴維斯認為,以前人們之所以頻頻在實驗室觀察到螳螂吃夫,原因之一是因為在直接觀察的條件下,失去“隱私”的螳螂沒有機會舉行求偶儀式,而這個儀式能消除雌螳螂的惡意,是雄螳螂能成功地交配所必須的。

由此看來,撇開食物的影響,觀察者不自知的觀察行為直接影響雌性螳螂的決定,事關雄螳螂的性命與實驗結論。

你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

而觀察者效應於物理界,自然是最著名

“貓奴”的思想實驗

薛定諤的貓

△關於薛定諤的貓詳細闡述,請檢視過往推文:

果殼週刊 | 物理學中十大著名思想實驗(下)

未知常常隱匿在熟悉的領域裡

論經典還是我們最熟悉的雙縫干涉實驗

在雙縫實驗裡,我們照射單色光透過一座有兩條狹縫的不透明擋牆。在擋牆的後面設立了一個偵測屏障。而在偵測屏障上我們可以觀察到干涉圖樣。某位實驗員產生了疑問,如果狹縫足夠小,只容許僅僅一個光子透過會發生什麼呢?

你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

這時,令人驚奇的現象發生了。假設我們使用的是狹縫偵測器,檢視是否有光子透過。那麼在儀器未啟動時,我們可以清晰地看到屏障上產生

干涉圖樣

。一個光子能同時透過兩條狹縫,產生自我干涉。但如果我們開啟儀器,干涉圖樣卻會立馬消失。

哥本哈根解釋

不應該推斷在數學公式與實驗結果以外的任何涉及量子尺寸的理論。除了光子發射的時間與抵達偵測屏障的時間以外,在任何其它時間,不能夠確定光子的位置。為了要確定光子在某個其它時間的位置,必須偵測到它。可是,一當偵測到光子在某個其它時間的位置,也改變了光子的量子態,干涉圖樣也因此受到影響。所以,在發射的時間與抵達偵測屏障的時間之間,不能測試光子的位置。只有在發射的時候與抵達偵測屏障的時候,光子是存在的。在其它時間,光子完全地跟宇宙失去了連絡。在雙縫實驗裡,到底發生了什麼狀況,無從得知。

以下是簡單地探討量子裡的觀測者行為

你的觀察竟會影響實驗結果?-淺談觀察者效應

Fig。 2 A schematic representation of the quantum machine observational process, in the plane of the 3-dimensional sphere where it takes place。

With the help of some elementary trigonometry, it is easy to calculate the probabilities of the different possible outcomes。 Indeed, the probability that the particle ends up in point p± is given by the length L± of the piece of elastic between the particle and the end-point, divided by the total length L = L+ + L of the elastic。 Then, if γ is the angle indicated 123 228 M。 Sassoli de Bianchi

In Fig。 2, between the direction of point p+ with respect to the origin of the sphere and the direction associated to the particle’s initial position, we have that the probabilities for the outcomes p± are given by:

The above are exactly the quantum probabilities one would obtain in a typical SternGerlach measurement with a spin-1/2 quantum entity, with ρ corresponding to the chosen orientation of the Stern-Gerlach apparatus, defining the two possible directions for the spin measurement, and γ the angle between the apparatus’ orientation and the direction of the prepared incoming spin state (Aerts 1998, 1999a,b)。

So, the observational process of Aerts’ quantum machine is perfectly isomorphic to the observational process of a spin-1/2 quantum entity。 This means that, thanks to his model, it is possible to make fully evident, in our conventional 3-dimensional theatre, the hidden structure associated to the description of a two-dimensional quantum system, allowing to gain a better understanding about what really goes on (structurally speaking) when the quantum level of our reality interacts with our equipment。

-《The Observer Effect》Massimiliano Sassoli de BianchiFound

Sci (2013) 18:213–243 DOI 10。1007/s10699-012-9298-3

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觀察者效應其實顯現於各個領域

心理學、社會學、自然界、攝影……

願你我皆有一顆善於發現的心,領略科學的美好