为什么观测会影响双缝衍射的结果？ 第1页

题主的疑问，是被科普读物中关于双缝干涉的过度简化描述误导了。关于双缝干涉和观察，一般科普给大家的印象是这样的：

而实际上它是这样的：

众所周知，双缝处的观测会影响实验结果。

如果真的是众所周知，那么只能说大家都想错了。事实上，并非所有的观测都会影响实验结果。只有某些特定的、小心架设的特殊光学观测，才会产生这种影响。并且这种影响并不是视觉上直接能用肉眼看到的，而是通过数据分析和理论计算才揭示出来的。

那么何种观测才能产生“让干涉消失”的影响呢？是那种对光子路径的观测才行。这种观测绝不是“我们在双缝处放一个摄像机”就能够做到的。一个摄像机不可能完成“探测光子经过哪一个路径”这种任务。事实上，像光子这种东西，没有办法直接完成这种观测 - 因为直接的观测会把光子破坏掉。一般而言是通过BBO这种东西来间接完成。

我们可以略过具体的光学过程，对这个“干涉消失”过程做出一个简单描述。这里用电子干涉而不是光子干涉，因为这种变动会免去一些具体技术细节的不严谨，但是理论上是trivial的。

我们假设存在一个观察仪器A，A可以观察电子路径。我们假设A满足所有的量子演化规律 - A是一台量子仪器。当电子经过缝1的时候，它显示1，经过缝2时显示2，否则显示0.

那么，对于一个初始的仪器A，它的状态为0，这时一个电子经过缝1，他与观测仪器相互作用后的演化为：

如果电子经过缝2，则

只有这样，我们才能完成对电子的路径观测：电子路径信息与仪器状态关联起来了。对一个双缝实验，电子的波函数表示为：

首先，如果仪器不打开，意味着仪器与电子不发生任何相互作用，所以，不会以任何形式破坏干涉。

其次，仪器打开但不记录，对于电子-仪器的复合系统，它的复合波函数就是这样演化的：

此时它的空间波函数强度分布为：

其中，最后一项就是干涉项。

现在我们要求仪器能够严格区分路径信息 - 也就是说它能够对电子路径完成精确观测。那么这个仪器的量子态1和量子态2可以被我们完全区分开来（例如一个偏向左侧的指针和偏向右侧的指针），所以，

很显然，上式中所显示的干涉项消失了。也就是说，只要打开仪器，记录不记录都是一样的：干涉消失。

而这个 意味着什么呢？这意味着电子的路径与观测仪器形成了最大程度的量子纠缠。

所以说，观察者的作用就是建立路径信息与观测仪器的信息关联。关联一旦建立，就会干扰干涉，无论观测结果有没有被记录、有没有被我们看到。

观察者可以是物理仪表、有意识的人类、或者是任何一种能够与电子路径形成纠缠的物理过程。

用通俗一点的语言来重新描述一下上面的计算，可以这样说：

1、完整的路径观测必然意味着就是电子路径信息与测量输出信息之间的一一关联 - 只有这样我们才能通过读取仪器来获知电子的路径。这也就是形成量子纠缠。 就意味着这个关联是最强关联，也就是最大纠缠。

2、双缝干涉，指的是两个电子路径之间的干涉。如果形成了纠缠，就意味着电子路径不再独立，而是与仪器状态不可分割了。此时的干涉，是（电子路径 仪器状态）的干涉，而不是单独的电子路径的干涉。（也就是说，是 和 之间的干涉，而不是原来的 和 之间的干涉）

3、而此时，屏幕上所看到的，只是电子的信息，而没有仪器状态的信息。我们观察到的“干涉信息”是不完整的。所以就看不到干涉。

4、只有当我们同时观测屏幕和仪器，才有可能把这个干涉给重新找到。但是这种过程需要特殊的测量手段和数据分析方法。具体讲就是coincidence counting，此处从略。

可以参考本人的小视频：