O "Problema da Medição" na mecânica quântica foi definido de várias maneiras, inicialmente por físicos e, mais recentemente, por filósofos da física que questionam os "fundamentos da mecânica quântica". Inspirados por Albert Einstein , eles buscam uma explicação mais "realista" do que está acontecendo, uma que nos permita "visualizar" os processos quânticos nos termos causais familiares de nossas experiências cotidianas, que podem explicar a mecânica clássica.

O problema da medição na mecânica quântica é o enigma de como uma função de onda contínua, com múltiplas possibilidades e não nula em uma ampla região do espaço, colapsa em um único ponto definido quando alguém a observa ou a mede.

Em particular, os deterministas querem uma explicação ou um mecanismo para determinar qual dessas múltiplas possibilidades de fato se concretiza. Se o resultado for genuinamente aleatório, nenhuma explicação desse tipo é possível, nem necessária. Seguindo Einstein, muitos "realistas" afirmam que o valor da medição já existia antes da própria medição.

Físicos quânticos, de Werner Heisenberg e John Von Neumann a John Bell, especularam que em algum lugar da mente do observador existe um "corte" ou " Schnitt " que " causa " o colapso . Não há uma cadeia causal direta entre uma mente pensante e um processo físico.

Mas a mente do observador não tem nada a ver com a medição. O evento fundamental da medição é a criação de novas informações pelo aparelho de medição,
mesmo que seja apenas um pequeno bit de rotação de uma partícula (para cima ou para baixo) , registrado no aparelho e disponível posteriormente para qualquer observador ver/medir.

No processo de criação cósmica, um novo bit de informação (negentropia) requer que pelo menos um bit de entropia positiva seja irradiado para satisfazer a segunda lei da termodinâmica.

Bell desenhou um diagrama para mostrar as várias localizações possíveis para o que ele chamou de "divisão instável". A física da informação nos mostra que a localização correta para o "corte" de Heisenberg/von Neumann é a primeira das possibilidades de Bell, bem antes de atingir o cérebro ou a mente.

A concepção de realidade de Einstein era de que os valores encontrados nos resultados das medições deviam ter existido antes da medição, enquanto a mecânica quântica afirma que um resultado de medição será selecionado aleatoriamente dentre os valores possíveis , em proporção às probabilidades calculadas para cada resultado. Na mecânica quântica, os valores dos resultados não preexistem às medições.

Einstein se opôs a essa aleatoriedade, apesar de seu artigo sobre o efeito fotoelétrico ter descoberto o acaso quântico em seu ano miraculoso de 1905.

Os fundadores da formulação da mecânica matricial da mecânica quântica de 1925, Werner Heisenberg , Max Born e, especialmente, Pascual Jordan , foram muito claros a esse respeito, afirmando que a medição feita pelo observador "cria" o resultado. Na filosofia da informação, novas informações são criadas, entrando no universo.

A formulação ondulatória da mecânica quântica de Erwin Schrödinger, de 1926 , era ambivalente. No clássico experimento do gato, certamente o gato estava morto ou vivo antes de ser observado, como poderia ser estabelecido por uma autópsia, por exemplo. Mas o gato é um objeto macroscópico e não pode estar morto e vivo ao mesmo tempo.

Richard Feynman alertou, de forma memorável, contra a busca por visualizações "realistas" desse tipo, afirmando que não podemos "compreender" a mecânica quântica em termos de um "mecanismo" familiar. Ele dizia que "não existe mecanismo", deixando-nos com o que ele chamou de o único mistério da mecânica quântica.

Muitos físicos definem o "problema" da medição simplesmente como a contradição lógica entre duas "leis" : uma quântica, que descreve o acaso, e outra clássica, que descreve a evolução determinística e "unitária" da função de onda entre as medições. Elas parecem se contradizer ao descrever o movimento ou a "evolução" no espaço e no tempo de um sistema quântico, mas não se contradizem.

A primeira "lei" do movimento é o colapso irreversível , não unitário, discreto, descontínuo e indeterminístico ou "aleatório" da função de onda. P. A. M. Dirac chamou-a de Postulado da Projeção . Alguns anos depois, John von Neumann denominou-a de Processo 1. Werner Heisenberg considerou essa lei como "acausal" e "estatística".

No momento desse "colapso", novas informações surgem no universo. São essas informações que constituem o "resultado" de uma medição.

A segunda "lei" do movimento é a evolução reversível no tempo , unitária, contínua e determinística da equação de Schrödinger ( Processo 2 de von Neumann ). Nada observável acontece durante esse movimento. Nenhuma nova informação surge que possa ser observada.

John von Neumann foi talvez o primeiro a perceber um problema lógico nesses dois processos distintos (na verdade, opostos). Físicos posteriores não encontraram nenhum mecanismo que pudesse explicar a transição de uma evolução contínua para a mudança de estado descontínua.

O formalismo padrão da mecânica quântica afirma que a "lei" de evolução contínua determinística descreve apenas a probabilidade do "colapso" indeterminístico da segunda "lei do movimento".

Max Born resumiu esse conflito como um paradoxo:

"O movimento da partícula segue as leis da probabilidade, mas a própria probabilidade se propaga de acordo com as leis causais."

O formalismo matemático da mecânica quântica simplesmente não oferece nenhuma maneira de prever quando a função de onda deixa de evoluir de forma determinística e previsível e entra em colapso repentinamente de forma indeterminística e imprevisível.

A partir de Von Neumann, os físicos afirmam que o colapso deve ocorrer quando um sistema quântico microscópico interage com um aparato de medição macroscópico (aproximadamente clássico). O aparato "mede" o sistema quântico e a função de onda "colapsa", produzindo a informação irreversível que pode ser vista posteriormente por um observador. O elemento-chave da medição é essa nova informação — a leitura de um ponteiro, uma marca em um registrador gráfico ou um ponto em uma placa fotográfica —, qualquer coisa que possa ser vista posteriormente por um observador.

Mas devemos observar que esse aparato de medição clássico tem sido apenas uma suposição ad hoc que nunca produziu um modelo ou mecanismo detalhado de seu funcionamento interno.

Alguns teóricos adicionaram termos não lineares ad hoc à equação de Schrödinger para forçar o colapso. Mas esses termos extras ainda não preveem o momento exato do colapso, nem descrevem o que acontece durante o processo de colapso.

Assim, em última análise, o colapso ocorre em um momento aleatório e, nesse momento, novas informações macroscopicamente observáveis aparecem irreversivelmente , como foi afirmado inicialmente por von Neumann.

Para descrever o problema da medição de forma mais completa, precisamos de diversos conceitos da física quântica, tais como:

• "Funções de onda" (também conhecidas como autofunções , que são amplitudes de probabilidade ) evoluindo unitariamente e deterministicamente (preservando informações constantes) de acordo com a equação de Schrödinger linear ( John von Neumann chamou isso de seu Processo 2 ).

• " Superposições " de estados quânticos (também conhecidos como autoestados ). São combinações lineares de funções de onda com coeficientes complexos que carregam informações de fase coerentes e produzem efeitos de interferência ( PAM Dirac chamou isso de seu princípio da superposição).

• "Saltos quânticos" entre estados, acompanhados pelo "colapso" da função de onda em um estado específico, podem criar ou destruir informações (Dirac chamou isso de postulado da projeção , von Neumann chamou de Processo 1 ).

• As probabilidades de colapsos e saltos quânticos são dadas pelo quadrado do valor absoluto da função de onda (as amplitudes de probabilidade normalmente complexas ) para um determinado estado.

• Valores para os possíveis "resultados" da medição, dados pelos autovalores associados aos autoestados do conjunto aparelho de medição e sistema medido (Dirac chamou isso de seu axioma da medição . Outros chamam isso de ligação autoestado-autovalor ).

• O princípio da incerteza (ou indeterminação ) de Heisenberg .

O problema original, considerado uma consequência da " interpretação de Copenhague " da mecânica quântica de Niels Bohr , consistia em explicar como nossos instrumentos de medição, que geralmente são objetos macroscópicos e tratáveis com a física clássica, podem nos fornecer informações sobre o mundo microscópico de átomos e partículas subatômicas, como elétrons e fótons, tratáveis com a física quântica.

A ideia de "complementaridade" de Bohr insistia que um experimento específico poderia revelar apenas informações parciais — por exemplo, a posição de uma partícula ou o comprimento de onda de sua natureza ondulatória complementar "dual". Informações "exaustivas" requerem experimentos complementares, por exemplo, para determinar a posição e também o momento de uma partícula (dentro dos limites do princípio da indeterminação ou incerteza de Werner Heisenberg ).

Em geral, um sistema quântico com estrutura interna consiste em uma série de estados quânticos internos que podem ser organizados em um "estado fundamental" com energia mínima e uma série de estados "excitados", com "níveis de energia" crescentes. Como Albert Einstein mostrou em 1916, a "população" de cada nível de energia (o número provável de sistemas naquele estado) diminui com a energia E do nível de acordo com o "fator de Boltzmann", e ^-E/kT .

A teoria de transformação da mecânica quântica de PAM Dirac descreve os estados quânticos como vetores em um espaço abstrato chamado "espaço de Hilbert".

Outros definem o problema da medição como a falha em observar superposições macroscópicas . Por exemplo, a ideia paradoxal do gato de Schrödinger estar em uma superposição de estados "morto" e "vivo".

Os teóricos da decoerência , como H. Dieter Zeh e Wojciech Zurek , utilizam diversas interpretações não convencionais da mecânica quântica que negam o postulado da projeção, os saltos quânticos e até mesmo a existência de partículas. Eles definem o problema da medição como a incapacidade de observar superposições macroscópicas. Afirmam que a evolução temporal determinística , linear e unitária da função de onda, de acordo com a equação de Schrödinger, deveria produzir tais superposições macroscópicas.

A física da informação trata um aparelho de medição mecanicamente quântico, descrevendo partes dele como estando em um estado metaestável , como os estados excitados de um átomo, a energia potencial elétrica criticamente equilibrada no tubo de descarga de um contador Geiger ou as moléculas de água e álcool supersaturadas de uma câmara de nuvens de Wilson . (A rotação orbital da ligação pi de cis para trans na molécula de retinal fotossensível é um exemplo de um aparelho criticamente equilibrado).

Estados excitados (metaestáveis) estão prestes a colapsar quando um elétron (ou fóton) colide com os elementos detectores sensíveis do aparelho. Esse colapso é macroscópico e irreversível , geralmente uma cascata de eventos quânticos que liberam grandes quantidades de energia, aumentando a entropia (de Boltzmann). Mas em uma "medição" também ocorre uma diminuição local na entropia (entropia ou informação negativa). O aumento global da entropia é normalmente ordens de magnitude maior do que a pequena diminuição local na entropia (um aumento na informação estável ou entropia de Shannon) que constitui os dados experimentais "medidos" disponíveis para observadores humanos.

A criação de novas informações em uma medição segue, portanto, os mesmos dois processos fundamentais de toda a criação de informações : os fenômenos cooperativos quânticos e a termodinâmica. Esses dois processos estão envolvidos na formação de objetos microscópicos, como átomos e moléculas, bem como de objetos macroscópicos, como galáxias, estrelas e planetas.

De acordo com o princípio da correspondência , todas as leis da física quântica se aproximam assintoticamente das leis da física clássica no limite de grandes números quânticos e grandes números de partículas. A mecânica quântica pode, portanto, ser usada para descrever grandes sistemas macroscópicos com muita precisão.

Isso significa que as posições e os momentos de objetos macroscópicos são incertos Sim, significa, embora a incerteza se torne infinitesimal para objetos grandes, ela não é zero. Niels Bohr usou a minúscula incerteza dos objetos macroscópicos para refutar várias objeções de Albert Einstein à mecânica quântica na Conferência Solvay de 1927.

Mas Bohr e Heisenberg também insistiram que um aparelho de medição deve ser considerado um sistema puramente clássico. Não podem ter as duas coisas. O aparelho macroscópico também pode ser tratado pela física quântica ou não Pode ser descrito pela equação de Schrödinger Pode ser considerado como estando em uma superposição de estados?

O exemplo mais famoso de superposição macroscópica talvez seja o Gato de Schrödinger , que supostamente está em uma superposição de gatos vivos e mortos, e o experimento de Einstein-Podolsky-Rosen , no qual elétrons ou fótons emaranhados estão em uma superposição de estados de duas partículas que colapsam em distâncias macroscópicas para exibir propriedades " não locais ", sugerindo " ações fantasmagóricas à distância " em velocidades superiores à da luz.

Esses tratamentos de sistemas macroscópicos com mecânica quântica tinham como objetivo expor inconsistências e incompletudes na teoria quântica. Alguns críticos esperavam restaurar o determinismo e a "realidade local" à física. Isso resultou em alguns " mistérios " estranhos e extremamente populares sobre a "realidade quântica", como a interpretação de "muitos mundos", as "variáveis ocultas" e a aparente sinalização mais rápida que a velocidade da luz entre partículas emaranhadas — a " ação fantasmagórica à distância " de Einstein.

Desenvolvemos um tratamento mecânico-quântico de sistemas macroscópicos, especialmente um aparelho de medição, para mostrar como ele pode criar novas informações. Se o aparelho pudesse ser descrito apenas por leis determinísticas clássicas, nenhuma nova informação poderia surgir. Em um universo determinístico, a informação é uma constante em todos os momentos, como a soma da matéria e da energia. O aparelho precisa apenas ser adequadamente determinado , ou seja, "clássico" com um grau de precisão suficiente .

Conforme Landau e Lifshitz descreveram em seu livro didático de 1958, Mecânica Quântica "

A possibilidade de uma descrição quantitativa do movimento de um elétron requer também a presença de objetos físicos que obedeçam à mecânica clássica com um grau suficiente de precisão. Se um elétron interage com um desses "objetos clássicos", o estado deste último é, em geral, alterado. A natureza e a magnitude dessa alteração dependem do estado do elétron e, portanto, podem servir para caracterizá-lo quantitativamente.

Definimos "aparelho" como um objeto físico que é regido, com precisão suficiente, pela mecânica clássica. Um exemplo disso é um corpo com massa suficientemente grande. No entanto, não se deve supor que o aparelho seja necessariamente macroscópico. Sob certas condições, parte do aparelho pode ser um objeto microscópico, já que a ideia de "com precisão suficiente" depende do problema específico em questão.

Assim, a mecânica quântica ocupa um lugar muito peculiar entre as teorias físicas: ela contém a mecânica clássica como um caso limite [princípio da correspondência], mas, ao mesmo tempo, requer esse caso limite para sua própria formulação.

( Mecânica Quântica , Lev Landau e Evgeny Lifshitz, pp. 2-3)

O problema da medição foi analisado matematicamente em 1932 por John von Neumann . Seguindo o trabalho de Niels Bohr e Werner Heisenberg , von Neumann dividiu o mundo em um sistema quântico microscópico (nível atômico) e um aparato de medição macroscópico (clássico).

Von Neumann explicou que dois processos fundamentalmente diferentes ocorrem na mecânica quântica.

1. Um processo não causal 1 , no qual o elétron medido acaba aleatoriamente em um dos possíveis estados físicos (autoestados) do aparelho de medição mais o elétron.

   Esse processo passou a ser chamado de colapso da função de onda ou redução do pacote de ondas.

   A probabilidade de encontrar o elétron em um autoestado específico é dada pelo quadrado dos coeficientes c _n da expansão do estado original do sistema (função de onda ψ ) em um conjunto infinito de funções de onda φ que representam as autofunções do aparelho de medição mais o elétron.

   Esta é a descrição mais próxima que temos do movimento da partícula em um sistema quântico. Segundo von Neumann, a partícula simplesmente aparece em algum lugar como resultado de uma medição.

   A física da informação afirma que a partícula "aparece" somente quando uma nova estrutura de informação estável é criada, informação que posteriormente pode ser observada .

   Processo 1b . A informação criada no Processo 1 de Von Neumann só será estável se uma quantidade de entropia positiva maior que a entropia negativa na nova estrutura de informação for removida, a fim de satisfazer a segunda lei da termodinâmica.

2. Um processo causal 2 , no qual a função de onda do elétron ψ evolui deterministicamente de acordo com a equação de movimento de Schrödinger para o aspecto ondulatório.
   (ih/2π) ∂ ψ /∂t = Hψ .

   Essa evolução descreve o movimento da onda de amplitude de probabilidade ψ entre as medições. A função de onda exibe efeitos de interferência. Mas a interferência é eliminada se a partícula tiver uma posição ou momento definidos.

   A trajetória da partícula em si normalmente não pode ser observada . Mas os rastros de elétrons ou partículas pesadas (como raios cósmicos) em câmaras de nuvens são uma sucessão de interações entre as partículas e as moléculas do vapor da câmara de nuvens.

Von Neumann afirmou que existe outra diferença fundamental entre esses dois processos. O Processo 1 é termodinamicamente irreversível . O Processo 2 é reversível . Isso confirma a conexão fundamental entre a mecânica quântica e a termodinâmica, que a física da informação considera estar no cerne de toda a criação de informação.

A física da informação pode demonstrar, por meio da mecânica quântica, como o processo 1 cria informação. De fato, algo semelhante ao processo 1 está sempre envolvido na criação de qualquer informação, independentemente de essa nova informação ser ou não "observada" por um ser humano.

O processo 2 é determinístico e preserva a informação .

Assim como a nova informação registrada no aparelho de medição não pode subsistir a menos que uma quantidade compensatória de entropia seja transferida da nova informação, algo semelhante ao Processo 1b deve ocorrer na mente de um observador para que a nova informação constitua uma "observação". Mas isso é simplesmente o registro de uma experiência no que chamamos de Registrador e Reprodutor de Experiências , nosso modelo de Mente e Memória.

Somente nos casos em que a informação persiste por tempo suficiente para que um ser humano a observe é que podemos descrever adequadamente a observação como uma " medição " e o ser humano como um "observador". Assim, seguindo a terminologia de "processo" de von Neumann, podemos completar sua teoria do processo de medição adicionando um observador antropomórfico.

Processo 3 - um observador consciente registrando novas informações na mente. Isso só é possível se houver duas reduções locais na entropia (a primeira no aparelho de medição, a segunda na mente), ambas equilibradas por aumentos ainda maiores na entropia positiva que devem ser transportados para longe do aparelho e da mente, de modo que o aumento geral na entropia possa satisfazer a segunda lei da termodinâmica.

Para alguns físicos, é o colapso da função de onda que dá origem ao problema da medição, porque a sua aleatoriedade nos impede de o incluir no formalismo matemático da equação de Schrödinger determinística no processo 2 .

A aleatoriedade inerente a toda a criação de informação está no cerne da liberdade humana . É o "livre" em " livre-arbítrio ". A parte do "arbítrio" é tão adequadamente e estatisticamente determinada quanto qualquer objeto macroscópico.

O primeiro passo é construir um aparato que permita que diferentes componentes da função de onda evoluam ao longo de trajetórias distintas em diferentes regiões do espaço, onde as diferentes regiões correspondem (estão correlacionadas com) as propriedades físicas que desejamos medir. Podemos então posicionar um detector nessas diferentes regiões do espaço para capturar partículas que percorrem uma trajetória específica.

Nesta primeira etapa, não afirmamos que o sistema esteja em uma trajetória específica. Isso causaria o colapso da função de onda da amplitude de probabilidade. Esta primeira etapa é reversível , pelo menos em princípio. É determinística e um exemplo do processo de von Neumann 2.

Vamos considerar a separação de um feixe de fótons em fótons polarizados horizontalmente e verticalmente por um cristal birrefringente.

Precisamos de um feixe de fótons (e da capacidade de reduzir a intensidade a um único fóton por vez). Fótons polarizados verticalmente atravessam o cristal em linha reta. Eles são chamados de raios ordinários, mostrados em vermelho. Fótons polarizados horizontalmente, no entanto, são desviados em um ângulo para cima ao atravessarem o cristal e, em seguida, saem do cristal de volta no ângulo original. Eles são chamados de raios extraordinários, mostrados em azul.

Note que esta primeira parte do nosso aparato realiza a separação dos nossos dois estados em regiões físicas distintas.

Ainda não realizamos medições concretas, portanto, um único fóton que passa pelo nosso aparelho de medição é descrito como uma combinação linear (uma superposição) de estados de polarização horizontal e vertical.

| ψ > = (1/√2) | h > + (1/√2) | v > (1)

Consulte o experimento dos Três Polarizadores de Dirac para obter mais detalhes sobre fótons polarizados.

Para demonstrar que o processo 2 é reversível, podemos adicionar um segundo cristal birrefringente invertido em relação ao primeiro, mas alinhado com a superposição de estados fisicamente separados.

Como não fizemos uma medição e não conhecemos o caminho do fóton, a informação de fase nos coeficientes (geralmente complexos) da equação (1) foi preservada, de modo que quando eles se combinam no segundo cristal, eles emergem em um estado idêntico ao que antes de entrar no primeiro cristal (seta preta).

Note-se que os dois cristais podem ser tratados classicamente, de acordo com a óptica padrão.

Mas agora suponhamos que inserimos algo entre os dois cristais que seja capaz de realizar uma medição para produzir informações observáveis. Precisamos de um detector que localize o fóton em um dos dois raios.

Agora podemos criar um exemplo irreversível do processo 1 que gera informação. Suponha que insiramos algo entre os dois cristais que seja capaz de realizar uma medição para produzir informação observável. Precisamos de detectores, por exemplo, dois dispositivos de carga acoplada (CCDs) que localizem o fóton em um dos dois raios.

Podemos escrever uma descrição quântica dos CCDs, um medindo fótons horizontais, |A _h > (mostrado como o ponto azul), e o outro medindo fótons verticais, |A _v > (mostrado como o ponto vermelho).

Tratamos os sistemas de detecção mecanicamente quânticos e dizemos que cada detector tem dois autoestados, por exemplo, | A _h0 >, correspondente ao seu estado inicial e não correlacionado com nenhum fóton, e o estado final | A _h1 >, no qual detectou um fóton horizontal.

Quando de fato detectamos o fóton, digamos em um estado de polarização horizontal com probabilidade estatística de 1/2, ocorrem dois "colapsos" ou "saltos".

O primeiro é o salto da função de onda de amplitude de probabilidade | ψ > do fóton na equação (1) para o estado polarizado horizontalmente | h >.

O segundo é o salto quântico do detector horizontal de | A _h0 > para | A _h1 >.

Esses dois fenômenos ocorrem simultaneamente, uma vez que os estados quânticos se correlacionam com os estados dos detectores sensíveis no aparato clássico.

Pode-se dizer que o fóton se emaranhou com a área sensível do detector horizontal, de modo que a função de onda que descreve sua interação é uma superposição de estados do fóton e do aparelho que não podem ser observados independentemente.

| ψ > + | A _h0 > => | ψ , A _h0 > => | h , A _h1 >

Esses saltos destroem informações de fase (não observáveis), aumentam a entropia (de Boltzmann) do aparelho e incrementam a informação visível (entropia de Shannon) na forma do ponto visível. O aumento de entropia se manifesta como uma grande liberação de energia química quando o ponto fotográfico é revelado (ou uma cascata de elétrons em um CCD).

Note-se que o cristal birrefringente e as partes do aparato macroscópico, com exceção dos detectores sensíveis, são tratados classicamente.

Podemos animar esses processos irreversíveis e reversíveis.

Este exemplo concorda com Von Neumann. Uma medição que encontra o fóton em um estado específico n é termodinamicamente irreversível, enquanto a evolução determinística (ou unitária) descrita pela equação de Schrödinger é reversível desde que o fóton esteja em uma superposição de estados possíveis.

Estabelecemos, assim, uma conexão clara entre uma medição, que aumenta a informação em um certo número de bits (entropia de Shannon ou negativa), e o necessário aumento compensatório na entropia de Boltzmann ou positiva do aparato macroscópico.

Este é o processo de criação cósmica , onde novas partículas se formam, reduzindo a entropia localmente, e a energia de formação é irradiada ou conduzida para longe como entropia de Boltzmann.

Note que a entropia de Boltzmann só pode ser irradiada (em última instância, para o céu noturno, para a radiação cósmica de fundo em micro-ondas) porque a expansão do universo fornece um sumidouro para a entropia, como apontado por David Layzer . Note também que esse processo cósmico de criação de informação não requer um observador consciente. O universo é seu próprio observador.

Alguns cientistas ( John von Neumann e Eugene Wigner , por exemplo) argumentaram que, na ausência de um observador consciente, ou de alguma "separação" entre o mundo microscópico e o macroscópico, a evolução do sistema quântico e do aparato de medição macroscópico seria descrita deterministicamente pela equação de movimento de Schrödinger para a função de onda | ψ + A > com o operador de energia hamiltoniano H.

(ih/2π) ∂/∂t | ψ + A > = H | ψ + A >.

Nossa análise mecânica quântica do aparato de medição no caso acima nos permite localizar o "corte" ou "Schnitt" entre o mundo microscópico e macroscópico nos componentes do aparato "adequadamente clássico e determinístico" que o colocam em um estado estável irreversível, fornecendo novas informações ao observador.

Em 1941, Carl von Weizsäcker descreveu o problema da medição como uma interação entre um Sujeito e um Objeto, uma visão compartilhada pelo filósofo da ciência Ernst Cassirer .

Fritz London e Edmond Bauer apresentaram os argumentos mais convincentes em defesa do papel crucial de um observador consciente em 1939:

Até agora, acoplamos apenas um aparelho a um objeto. Mas um acoplamento, mesmo com um dispositivo de medição, ainda não é uma medição. Uma medição só é realizada quando a posição do ponteiro é observada . É precisamente esse aumento de conhecimento, adquirido pela observação, que dá ao observador o direito de escolher entre os diferentes componentes da mistura previstos pela teoria, rejeitar aqueles que não são observados e atribuir, a partir daí, ao objeto uma nova função de onda, a do caso puro que ele encontrou.

Notamos o papel essencial desempenhado pela consciência do observador nessa transição da mistura para o caso puro. Sem sua intervenção efetiva, jamais se obteria uma nova função.

( A Teoria da Observação na Mecânica Quântica , Fritz London e Edmond Bauer, em Wheeler e Zurek, p. 251)

Em 1961, Eugene Wigner tornou a física quântica ainda mais subjetiva, afirmando que uma medição quântica requer um observador consciente, sem o qual nada acontece no universo.

Quando o domínio da teoria física foi expandido para abranger fenômenos microscópicos, por meio da criação da mecânica quântica, o conceito de consciência voltou à tona: não era possível formular as leis da mecânica quântica de maneira totalmente consistente sem referência à consciência. Tudo o que a mecânica quântica se propõe a fornecer são conexões probabilísticas entre impressões subsequentes (também chamadas de "apercepções") da consciência, e embora a linha divisória entre o observador, cuja consciência está sendo afetada, e o objeto físico observado possa ser deslocada consideravelmente para um ou outro [cf., von Neumann ], ela não pode ser eliminada. Pode ser prematuro acreditar que a filosofia atual da mecânica quântica permanecerá uma característica permanente das futuras teorias físicas; permanecerá notável, seja qual for a forma como nossos conceitos futuros se desenvolvam, que o próprio estudo do mundo externo tenha levado à conclusão de que o conteúdo da consciência é uma realidade última.

( Observações sobre a questão mente-corpo , Eugene Wigner, em Wheeler e Zurek, p. 169)

Outros físicos foram mais cautelosos. Niels Bohr contrastou a visão de Paul Dirac com a de Heisenberg:

Esses problemas foram comentados de forma instrutiva por diferentes perspectivas na reunião de Solvay, na mesma sessão em que Einstein apresentou suas objeções gerais. Nessa ocasião, surgiu também uma interessante discussão sobre como falar do aparecimento de fenômenos para os quais só se podem fazer previsões de caráter estatístico. A questão era se, quanto à ocorrência de efeitos individuais, deveríamos adotar uma terminologia proposta por Dirac, segundo a qual estaríamos lidando com uma escolha por parte da "natureza", ou, como sugerido por Heisenberg, deveríamos dizer que se trata de uma escolha por parte do "observador" que constrói os instrumentos de medição e lê seus registros. Qualquer terminologia desse tipo, no entanto, pareceria duvidosa, visto que, por um lado, dificilmente é razoável atribuir volição à natureza no sentido comum, enquanto, por outro lado, certamente não é possível ao observador influenciar os eventos que podem ocorrer sob as condições que ele estabeleceu. Na minha opinião, não há outra alternativa senão admitir que, neste campo de experiência, estamos lidando com fenômenos individuais e que nossas possibilidades de manuseio dos instrumentos de medição nos permitem apenas escolher entre os diferentes tipos complementares de fenômenos que desejamos estudar.

( Física Atômica e Conhecimento Humano , Niels Bohr, p. 51)

Landau e Lifshitz afirmaram claramente que a física quântica era independente de qualquer observador:

Nesse contexto, o "objeto clássico" é geralmente chamado de aparelho, e sua interação com o elétron é denominada medição. Contudo, é preciso enfatizar que não estamos discutindo aqui um processo de medição no qual o físico-observador participa. Por medição, em mecânica quântica, entendemos qualquer processo de interação entre objetos clássicos e quânticos, que ocorre independentemente de qualquer observador.

( Mecânica Quântica , Lev Landau e Evgeny Lifshitz, p.2)

David Bohm concordou que o que é observado é distinto do observador:

Se fosse necessário atribuir a todas as partes do mundo uma descrição completamente quântica, uma pessoa que tentasse aplicar a teoria quântica ao processo de observação se depararia com um paradoxo insolúvel. Isso porque ela teria que se considerar algo indissociavelmente ligado ao resto do mundo. Por outro lado, a própria ideia de fazer uma observação implica que o que é observado é totalmente distinto da pessoa que o observa.

( Teoria Quântica , David Bohm, p. 584)

E John Bell disse:

Parece que a teoria [quântica] se preocupa exclusivamente com os "resultados da medição" e nada diz sobre qualquer outra coisa. O que exatamente qualifica alguns sistemas físicos para desempenhar o papel de "medidor" A função de onda do mundo estava esperando para dar um salto por bilhões de anos até que um organismo unicelular aparecesse Ou teve que esperar um pouco mais por algum sistema mais qualificado... com um doutorado Se a teoria deve se aplicar a algo além de operações de laboratório altamente idealizadas, não somos obrigados a admitir que processos mais ou menos semelhantes a medições estão acontecendo mais ou menos o tempo todo, mais ou menos em todos os lugares Não temos, então, saltos o tempo todo?

( Falável e Indizível na Mecânica Quântica , "Contra a Medição", p. 216)

Podemos distinguir três elementos necessários em uma medição que podem esclarecer o debate em curso sobre o papel de um observador consciente.

1. Na teoria quântica padrão, o primeiro elemento necessário é o colapso da função de onda . Este é o postulado da projeção de Dirac e o Processo de von Neumann 1 .

   Contudo, o colapso pode não deixar um registro definitivo. Se nada no ambiente for afetado macroscopicamente a ponto de deixar um registro indelével do colapso, podemos dizer que nenhuma informação sobre o colapso é criada. A grande maioria dos colapsos é desse tipo. Além disso, a informação pode ser destruída. Por exemplo, colisões entre átomos ou moléculas em um gás apagam informações anteriores sobre suas trajetórias.

2. Se o colapso ocorrer quando o sistema quântico estiver emaranhado com um aparato de medição macroscópico, um aparato bem projetado também "colapsará" em um estado "ponteiro" correlacionado.

   Como mostramos acima para elétrons, o detector na metade superior de um aparato de Stern-Gerlach dispara, indicando a detecção de um elétron com spin para cima. Assim como com fótons, se a amplitude de probabilidade | ↑ > na metade superior não colapsar quando o elétron for detectado, ela ainda poderá ser recombinada com a amplitude de probabilidade | ↓ > na metade inferior para reconstruir o feixe não separado.

   Quando o aparelho detecta uma partícula, o segundo elemento necessário é que ele produza um registro determinado do evento. Mas isso é impossível sem um processo termodinâmico irreversível que envolve: a) a criação de pelo menos um bit de nova informação (entropia negativa) e b) a transferência, para fora do aparelho de medição, de uma quantidade de entropia positiva (geralmente muito, muito) maior do que a informação criada.

   Note que não é necessária a participação de um observador consciente. Podemos generalizar este segundo passo para um evento no mundo físico que não foi projetado como um aparato de medição por um cientista da área física, mas que, mesmo assim, deixa um registro indelével do colapso de um estado quântico. Este pode ser um evento único altamente específico ou a consequência macroscópica de bilhões de eventos em nível atômico-molecular.

3. Finalmente, o terceiro elemento necessário é um registro determinado e indelével que possa ser consultado por um observador (presumivelmente consciente, embora a própria consciência não tenha nada a ver com a medição).

Quando temos esses três elementos essenciais, temos o que normalmente entendemos por medição e observação, ambas envolvendo um ser humano.

Quando temos apenas os dois primeiros, podemos dizer metaforicamente que o "universo está medindo a si mesmo", criando um registro de informações sobre eventos de colapso quântico. Por exemplo, cada átomo de hidrogênio formado no início da era da recombinação é um registro do período em que corpos macroscópicos poderiam começar a se formar. Um certo padrão de fótons registra a explosão de uma supernova a bilhões de anos-luz de distância. Quando detectado pelo CCD de um telescópio, torna-se uma observação potencial. Cráteres na face oculta da Lua registraram colisões com detritos do sistema solar que só puderam se tornar observações científicas (humanas) quando a primeira missão da NASA orbitou a Lua.