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量子力学のいくつかの解釈では、量子現象の観測者が中心的な役割を担うと想定されている。 [ 1 ]量子力学的な観測者は、観測者効果の問題と結びついている。観測者効果とは、測定を行うには必ず測定対象の物理オブジェクトと相互作用する必要があり、その相互作用を通してオブジェクトの性質に影響を与える現象である。「観測可能」という用語は、確率変数の可能な結果を表す自己共役演算子を指す技術的な意味を持つようになった。[ 2 ] : 55
量子力学における測定の概念の理論的基礎は、量子力学の多くの解釈と深く結びついた、議論の的となる問題である。重要な焦点の一つは波動関数の崩壊であり、これに関していくつかの一般的な解釈では、測定によって測定された量に関連付けられた演算子の固有状態への不連続な変化が生じ、この変化は時間的に反転しないと主張している。
より具体的には、量子物理学の重ね合わせの原理（ψ = Σ n a n ψ n）は、波動関数ψに対して、測定の結果、演算子∧ Fのm個の可能な固有値f n（n = 1, 2, ..., m）のいずれかの量子システムの状態が得られることを規定しています。この固有値は、固有関数ψ n（n = 1, 2, ..., m）の空間にあります。
システムを測定すれば、その現在の状態がわかります。そして、この測定によって、システムが他の状態になることはなくなります。システムは明らかに、将来強い量子干渉が起こる見込みがない状態で、それらの状態からデコヒーレンスを起こしているのです。 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]これは、システムに対して行う測定の種類がシステムの最終状態に影響を与えることを意味します。
これに関連する実験的に研究された状況として、量子ゼノン効果がある。これは、量子状態が放置されると崩壊するが、継続的に観測されているため崩壊しないというものである。継続的に観測されている量子システムのダイナミクスは、ベラフキン方程式として知られる量子確率マスター方程式によって記述される。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]さらに、光子が生成された後の結果の観測でさえ、遅延選択量子消去器によって示されるように、波動関数の崩壊と過去の履歴の読み込みにつながることが研究によって示されている。[ 9 ]
量子力学において系の状態を表す波動関数ψについて議論する際、波動関数ψがそれが記述する物理的対象そのものと同一であるというよくある誤解に注意する必要がある。この誤った概念では、測定後にいわゆる「波動関数の崩壊」が起こることを説明するためには、波動関数ψの時間発展を支配する原理とは無関係な、測定器などの外部メカニズムの存在が必要となる。しかし、波動関数ψは、例えば原子のように観測可能な質量、電荷、スピン、そして内部自由度を持つ物理的対象ではない。むしろ、 ψは、観測者が特定の系の測定から得られるすべての統計情報を含む抽象的な数学関数である。この場合、波動関数ψのこの数学的な形式が測定後に急激に変化することは、何ら不思議なことではない。
ベルの定理の帰結として、もつれ合った2つの粒子のうち一方を測定すると、もう一方の粒子に非局所的な影響を与えるように見えることがある。観測者を量子系としてモデル化すると、デコヒーレンスに関連するさらなる問題が生じる。
物理学者の間で最も広く受け入れられている量子力学の解釈であるコペンハーゲン解釈[ 1 ] [ 10 ] ： 248は、「観測者」または「測定」は単なる物理的プロセスであると仮定している。コペンハーゲン解釈の創始者の一人であるヴェルナー・ハイゼンベルクは次のように書いている。
もちろん、観察者の導入は、何らかの主観的な特徴を自然の記述に持ち込むことを意味すると誤解されてはならない。観察者は、むしろ決定、すなわち空間と時間におけるプロセスを記録する機能のみを持ち、観察者が装置であろうと人間であろうと関係ない。しかし、記録、すなわち「可能」から「実際」への移行は、ここでは絶対に必要であり、量子論の解釈から省略することはできない。[ 11 ]
コペンハーゲン解釈の創始者の一人でもあるニールス・ボーアは次のように書いている。
原子物体に関するすべての明確な情報は、実験条件を規定する物体に電子が衝突して残された写真乾板上のスポットのような永久的な痕跡から得られる。原子物体の存在の記録の基盤となる不可逆的な増幅効果は、特別な複雑さを伴うどころか、観察という概念そのものに内在する本質的な不可逆性を想起させる。原子現象の記述は、これらの点において完全に客観的な性格を持ち、個々の観察者への明示的な言及はなく、したがって、相対論的要件を適切に考慮すれば、情報の伝達に曖昧さは含まれない。[ 12 ]
同様に、アッシャー・ペレスは量子物理学における「観測者」は
特殊相対性理論において光信号を送受信する遍在する「観測者」に似ている。もちろん、この用語は人間の実際の存在を意味するものではない。これらの架空の物理学者は、適切にプログラムされていれば必要なすべてのタスクを実行できる無生物の自動機械である可能性もある。[ 13 ]： 12
観察者の特別な役割を批判する人々は、観察者自身も観察される可能性があり、ウィグナーの友人のようなパラドックスにつながること、そしてどの程度の意識が必要かは明らかではないことを指摘している。ジョン・ベルが問いかけたように、「波動関数は、単細胞生物が現れるまで何十億年もジャンプするのを待っていたのだろうか？それとも、博士号を持つ非常に優秀な測定者が現れるまでもう少し待たなければならなかったのだろうか？」[ 14 ]
理論の初期発展において、「観察者」のような一見主観的または人間中心的な考え方が顕著であったことは、不安や哲学的論争の絶えない原因となっている。[ 15 ]ニューエイジの宗教的または哲学的見解の多くは、観察者に特別な役割を与えたり、誰が、あるいは何が観察者になれるかに制限を設けたりしている。そのような主張の一例として、フリチョフ・カプラは、「原子物理学の重要な特徴は、人間の観察者が物体の特性を観察するために必要なだけでなく、これらの特性を定義するためにも必要であるということである」と宣言した。[ 16 ]このような主張を裏付ける信頼できる査読済みの研究はない。
不確定性原理は、観測者効果と混同されることが多く、その提唱者であるヴェルナー・ハイゼンベルク自身も明らかに混同していた。[ 17 ]標準的な形では、不確定性原理は、粒子の位置と運動量を同時に測定できる精度の上限を記述しており、この限界で操作する場合、いずれかの量の測定精度を上げると、もう一方の量の測定精度を下げなければならないという結果になる。[ 18 ]
不確定性原理の別のバージョン[ 19 ]は、観測者効果[ 20 ]の精神により近いものであり、観測者がシステムに及ぼす擾乱と発生する誤差を完全に考慮に入れているが、これは「不確定性原理」という用語が実際に最も一般的に使用される方法ではない。