我们都知道，科学方法依赖于事实，这些事实是通过反复测量而建立的，并且得到了普遍认可，而与观察者无关。
但是在量子力学中，观测的客观性还不太清楚，两个不同的观测者可以认知到看似不同的现实。
在刚刚发表在《科学进展》上的一篇研究论文中 ，由英国、法国、奥地利等量子物理学家组成的联合小组的研究结果指出，最新量子实验验证，在受量子力学奇异规则支配的原子和粒子的微观世界中，两个不同的观察者有权获得自己认知的不同事实。换句话说，根据我们对自然所认知的最佳理论——量子理论，被认为是事实的认知，实际上可以是主观的，并非是客观的。如果是这样，那么这一结果意味着量子理论应该以一种依赖于观察者的方式来解释。
该论文指出，观察者是量子世界中强大的参与者。按照量子理论，粒子可以同时处于多个位置或状态，这称为叠加。但奇怪的是，只有在没有观察到它们的情况下，情况才如此。一旦观察，您认知到的只是其中的一个量子系统，它选择了一个特定的位置或状态，从而打破了叠加。大自然以这种方式表现的事实已经在实验室中得到了多次证实，例如著名的双缝实验 。
“维格纳的友人”的思想实验
该论文的量子科学家们基于一个名叫“维格纳的友人”（Wigner’s friend）的思想实验来予以实验与研究的。这个思想实验是著名的“薛定谔的猫”的思想实验的延伸版本。猫被放进封闭的盒子里，会同时处于活与死的状态的叠加，直到盒子被打开为止。维格纳希望有个友人同猫关在一起，从而可以通过这个友人以更好地测量与观察猫的状态。所以，这个友人是猫的状态的观察者，处在盒子外面的人，又是猫的观察者的观察者。
每当朋友用仪器测量猫时，都会观察到一定的结果。我们可以说这个朋友证实了一个事实：结果肯定是猫是活还是死。但是这里有个难题，在盒子外的观察者无法与朋友所感知的现实相协调。两个不同的观察者根据量子理论定律，对物理系统的状态进行了陈述。但是在大多数量子理论的解释中 ，两位观察者的最终陈述是相互矛盾的。
维格纳的友人的思想实验将薛定谔的猫悖论与量子力学中的测量问题直接地联系在了一起。维格纳原本并不认为这是一个悖论，但他认为将一个有意识的观察者描述为一个量子物体是荒谬的。但是，后来他偏离了这一观点，可是后来及现在许多量子物理学家又充分肯定了这一观点，认同这样的描述是正确的 。
该论文的量子物理学家们应用了由三对纠缠光子组成的小型量子计算机上进行实验测试。 第一个光子对代表薛定谔的猫，其它两个光子用于在各自盒子内测量光子的极化。 在这两个盒子外面，每边都留有两个光子，它们也可以被测量。
实验的设置
考虑在水平∣h〉和垂直极化∣v〉状态叠加中的单个光子，由观察者威格纳的朋友在一个封闭的实验室中在{∣h〉，∣v〉}的基础上测量（图A和B）。根据量子理论，朋友在每次实验中随机观察到两种可能的结果之一。朋友的记录h或v可以是两个可能的正交状态之一，构成朋友对“事实”的观点看法。维格纳从封闭的实验室外面观察，但没有关于朋友测量结果的信息。根据量子理论，维格纳必须将朋友的测量描述为单一的相互作用，使光子和朋友的记录处于具有隐式张量积的纠缠状态。
（A）由维格纳的朋友（在盒子里面）测量处于两个可能状态的相等叠加的量子系统。 根据量子理论，在每次运行中，朋友将随机获得两个可能的测量结果之一。可以通过直接查看朋友的实验记录结果。（B）但是，维格纳必须在封闭的实验室之外将他的朋友及其量子系统描述为联合纠缠态。维格纳还可以通过干扰实验来验证此状态分配，从而得出结论，他的朋友不能首先看到确定的结果。（C）基于该实验的扩展版本，将纠缠态发送到两个不同的实验室，每个实验室都涉及一个实验者及其朋友。
实验过程
来自源S0的成对纠缠光子分别以模式a和b分配给张三和李四的朋友，他们分别用缠缠光源SA、SB以{∣h〉，∣v〉}为基础进行局部测量。模式为α和β的光子则记录朋友的测量结果。张三和李四分别在模式a和α、b和β下，在50/50分束器（BS）上进行状态测量，以确定自己的事实，或者删除测量的BS以推断其各自朋友记录的事实。
实验数据
橙色条形为理论预测，每个测得的期望值在相应的子图上方给出。所测得的期望值的不确定性和数据上的误差条表示统计的置信区间。
该实验表明，至少对于量子力学的局部模型，我们需要重新考虑客观性的概念问题。我们在宏观世界中所经历与认知的客观性似乎还不是问题，但是关于量子力学的现有解释如何能够容纳主观的事实引发了一个既重要而又基本的重要问题。
参考资料：Massimiliano Proietti et al. "Experimental test of local observer independence". Science Advances. 20 Sep 2019.
閱讀更多 報人劉亞東 的文章
