偶看新闻潘火东方丽都二手房:系统中的观察者——被科学遗忘的角色
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/30 07:22:47
jake 发表于 2008-11-17 9:52:09
昨天我们实体俱乐部做了一个关于分形的研讨，这促使我对分形理论的理解更深一层次，我们看到，其实分形就是一个讨论观察者问题的领域，从传统分形理论延展开，我得到了下面一些有意思的认识：
1、自相似、尺度不变性与观察者
说起分形，大家都会想到自相似和那些漂亮的图形。但究竟什么是自相似性？它的深刻内涵是什么？我觉得通过昨天的讲解，使我自己更明白了一个道理（挺奇怪，看起来是我给大家讲，但其实是我给我自己讲呢，这也是讲一个主题的好处），这就是所谓的尺度（或叫作标度）不变性（英文就叫做Scale-free）。
标度不变性解释起来也很简单，就是说无论你从哪个尺度看，系统都是一样的，最好的例子就是给大家看到的海岸线，如：
http://maps.google.com/?ie=UTF8&om=1&z=8&ll=24.011344,117.833862&spn=2.664214,4.454956&t=h
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这三张图是分别从三个完全不同的尺度（也就是比例）来观察我国南海的海岸线，你会发现，如果没有地名标注的话，你无法分辨你是处于哪一个比例来看。
尺度不变性换一种解释也就是说：分形系统将能迷惑一个观察者，使得这个观察者不能分辨出自己是处于什么尺度之上的。换句话说，假如我们生活在一个分形世界里面，我们其实跟生活在分子、星系层面的观察者没有任何区别，也就是说我们并不是处于一种中心地位的。
我们还可以从观测精度角度来重新看待尺度的意味，即你观察一个系统越精细，也就意味着你的观察尺度越小。我们通常的理解是，对一个事物观察越仔细，你获得的信息越多，也就是你对该系统越熟悉，看起来好像越好。但按照分形的观点，因为不同的观察粗细程度会导致完全相似的结果，所以其实原则上讲，观察事物的粗细并不能给你更多的信息，也不会让你能更好的掌握系统。这就导出了一个系统科学非常重要的思想：粗粒化，也就是站在更大的程度看问题，比如你站在社会角度看问题，就一定要忽略个体信息，你才可能得到好的结论。
2、为什么有那么多幂律？幂律即Power law是系统科学中一个常见的现象。经济学财富分布满足Pareto Power law tail分布，语言中有词频的幂律分布，城市规模和数量满足幂律分布，音乐中有f分之1噪音（幂律分布）……。通常人们理解幂律分布就是所谓的马太效应，即少数人聚集了大量的财富，而大多数人的财富数量都很小，因为胜者通吃的原则。
但是这种认识比较肤浅，因为即使说承认了马太效应，也仍然无法解释为什么像语言、音乐之类的表面上非常不同的领域都会出现幂律分布。
这个问题也许换个视角就能得到统一解释了，这就是我热衷的观察者视角。也就是说所有这些看起来不同的复杂系统对于观察者来说都是相似的，所以它们都有共同的幂律分布。
站在分形的角度，我们考察一个系统其实就是拿着一种抽象的尺子去测量观察这个系统。比如说，对于社会系统，我们会用财富这把尺子来测量整个社会。牵扯到了测量的问题，就有了测量的精度，这就是不同的财富数值。比如，你用100万作为一把很粗的尺子，这样的话，大部分的人就被这把尺子过滤掉了，而剩下了少数几个百万富翁。然后，你有提高了精度，你用1万元的尺子来测，你就会得到万元户，这个数量显然更大了，你还会变化不同的尺子测下去，最终你把不同的财富尺度和测得的相对人口画到双对数坐标下，就得到了一条漂亮的直线，这其实跟测量海岸线的过程是一样的。在这里，不同的尺子就是财富，而海岸线的长度就是在这种财富下的相对人口数。
财富分布的幂律也就意味着财富上面的无标度性，即你站在什么尺度看其实都是差不多。所以，富人并不比穷人更幸福，无论你站在哪个尺度看，你都面临类似的问题，你会去挣钱、花钱，你会规划未来……。烦恼是一样多的。
所以，我理解，要想彻底统一地解决为什么有那么多的幂律分布问题，需要我们站在观察者的视角看问题。在《组成论》一书中，http://zxw.idm.cn/ZCL/zclmulu.htm， 张学文老先生曾经用最大熵方法导出了幂律分布（见http://zxw.idm.cn/ZCL/part3/C17b.htm）。这套方法是我看到的解释幂律分布最简洁的一种方法，只可惜，作者并没有给出他这种方法的合理解释。很多人看来，这不过是一种数学技巧，而无物理内涵。但我觉得这恰恰可能是从观察者角度揭示幂律分布的切入点，因为最大化熵方法按照E.T. Jaynes的解释就是一种主观的方法，即最大化观察者对客观系统的无知性。
3、分形理论的未来昨天完全没有讲到我对分形理论未来的看法。对于系统科学的专业人士来说，我认为分形理论和玻尔兹曼的统计物理一样被很多人忽略了。很多专业人士瞧不起分形就是因为这里面看起来除了漂亮的图形就没有更深层次的东西了。但其实，从尺度不变性的角度来看，这里面太有文章可做了。传统的分形仅仅研究的是可视化的平面图形的尺度不变性，但当我们把财富空间、特征空间等等看作抽象的空间的时候，我们就得到了更丰富的尺度不变性和幂律分布。更一般的，如果把时间考虑进去，尺度不变性意味着更深层次的内容。
比如最近我非常感兴趣的代谢生态学中的一些发现：物种的新陈代谢和物种的大小呈现3/4幂律关系，更深层次讲，这是一种流动和存储之间的漂亮关系。流动就意味着变化和时间，而存储意味着静止和空间。所以要想对这个3/4律作出完美的解释，必然要考虑时间和空间上共同的尺度不变性。
谈到时间和空间，让我们想起了什么？没错！相对论！！！看看当年爱因斯坦创立相对论的时候跟我们现在的处境多么相似！当年他发现这个原理的两个前提假设就是：1、相对性原理；2、光速不变原理。这两个原理合起来就是无论对于处于运动还是静止的观察者来讲，他们应该得到完全一样的物理规律。这其实跟我们的尺度不变性多么相似啊！即无论对于哪一个尺度来说，观察者应该得到相似的结论！爱因斯坦从这两个原理出发，更改了我们对时空的认识，也许从尺度不变性出发，我们完全可能得到一种全新的时空理论，这套理论将自然导出各种幂律关系以及生物体的规模、寿命等等这些玩意儿。也许我们应该给这套崭新的理论一个新的名字，“尺度相对论”，尽管她还没出生呢。 东方隐 于 2009-1-9 2:18:21 回复：分形、观察者与“尺度相对论”看了以后有很多感慨啊，我就说一个经历吧。
贫僧曾经坐飞机从成都到上海，基本上是沿着长江往东（另一次是从青海到北京，是沿着黄河飞），一路上斗转星移，日耀穹庐，河山景色，壮丽无限，尤其一个奇景给我印象极深：有一座巨型云团，横空出现，呈华盖状，如一把大伞覆盖在天空中，伞柄高约上万米，飞机就从伞下穿过，就像被一个巨人检阅一样，极为雄壮；我往远处一看，惊奇地发现几十公里的远方还有一把同样的伞，约百公里外还有第三座这样的云。晚霞中三座云伞屹立，静静地俯瞰飞机经过，譬如宇宙洪荒时代的星云一般，苍凉悲壮。
在数百公里的尺度，无序的大气运动居然能够形成如此类似的壮丽景象，决不是传统物理学所能解释。我从此就对我们的研究方向深信不疑：观察者，给万物以生命。 对观察者进行分类jake 发表于 2008-10-26 11:20:59
这是我和一个鲁曼哲学理论的研究者的讨论，我对观察者作了一定的区分。我觉得非常有必要把我的词汇表和你的词汇表做一个比对，这样可能会更加方便讨论。首先，我想从观察者出发，最后再讨论自指，最后是有关能量、熵与时间。在我的词汇表中，观察者是有至少五层含义的。
1、任何一个可以观察外界世界的有生命的主体这里面，有生命的主体就是我们常说的生命体，比如你、我、一只母鸡，甚至一只小虫子。这些观察者通过对外在事物作出区分，而维持自身的生存。这是最容易意识到的观察者，但是究竟这些主体如何实施观察作用的？我们还不清楚，这也是当前科学最困难的一个问题。 2、隐晦的观察者
实际上，我们很难区分一个系统（比如一个鞋子）究竟是否有生命，所以我们也很难区分这类非生命体是否是观察者。但是，没关系，对于很多系统来说，我们仍然可以称其为观察者，比如一台摄像机就可以看作是这种隐晦的观察者，因为我们无法跳到摄像机里面去，去看它是否真的在观察，还是说仅仅传递了一些信号。所以，1、2两类观察者其实是等同的，它取决于最终我们如何理解观察的机理是什么。 3、社会总体观察者
同样的道理，你感兴趣的社会整体也属于这样一种隐晦的观察者。因为毕竟人的总体——社会并不是一个类似我们每个人的生命个体，所以我们隐晦的称这个社会整体为一个观察者，也就是说我们把社会总体看作是一个个体，这个大的个体对环境（例如地球、环境）进行着观察，也可以观察它自己的某一个局部，比如某一个个体人。
当我们把整个社会看作是一个大的生命个体的时候，各种功能分化就变得有意义起来。比如石油、电力行业就好比是一个人的血液系统，它给社会这个大个体提供能量；农业就好比是消化系统。
而这里面最有趣的就是媒体行业！因为，假如社会大个体真的可以观察的话，我们发现，只有媒体这个行业可以类比成我们每一个人的观察系统。媒体所做的无非就是在传达一些信息，而且，主流媒体，大众信息就仿佛是我们观察系统中的那个注意力。
我喜欢把人的注意力系统理解为一个串行的系统，就是因为在每一个时刻，我们的注意力往往会相对集中在一件或者少数几件事情上。媒体也是这样，在某一个历史时期，总有那么一些事件是被大多数媒体普遍关注的（比如前段时间的地震、奥运会、奶粉事件）等等。所以，可以粗略认为社会中的媒体就是社会个体的观察系统。
这也是我对鲁曼思想很关心的一个原因，虽然没有彻底读过他的书，但是我知道他在强调媒体（media），而这个媒体才是针对社会系统中起到最核心作用的器官，就好比发出注意力的人脑是人体的最重要器官一样。
4、理论的提出者当我写下有关“观察者”文字的时候，其实我已经做了一个二分。我是主体，而我写下的东西，我的外部世界是非我的环境。这种情景是隐含于所有的有关科学论述之中的。传统的物理学采取了忘掉写下物理学理论描述的人，量子力学绕了好大一圈子，才发现原来写下物理世界描述的观察者是不能被忽略的。这就是测量必然导致不确定性。因为客观世界是你看了就变了的，把这种观点放大，就是科学家一思考，上帝就发笑，因为观察本身就已经改变了物理世界，因为观察者我已经做出了一个二分。 为什么一定要考虑这个提出理论的观察者呢？因为，这个思考世界、提出理论的观察者我，是一系列因果关系的起始点。我前面提到了隐晦的观察者，还有社会总体观察者，我们之所以认为他们正在行使观察作用完全是一个我们的主观想象。比如我说媒体是一个观察者，其实从微观来讲，媒体不过是一些小报记者，到处去搜罗信息，然后把它发布在一张纸上，于是很多人开始阅读这张纸上的内容，之后大家又相互讨论一些小道消息而已！这没什么可奇怪的，为什么一定要说这是一种观察作用？
原因就在于，从微观层面来看，所有的这些事情都太琐碎，太无意义了，他总不能解释我们的心头的困惑。于是理论家们站出来说，与其这样看，不如把社会看作一个整体，这个整体“利用了”每个个体（小报记者），来实施观察作用。这样一种解释看起来很行得通。但不要忘了，这种社会整体的观察作用完全是某一个人（理论的构建者这个观察者）赋予的。所以，这个背后的理论构建者才是始作俑者。
我还能举出很多很多类似的例子，比如，我们说法国人浪漫，中国人保守，美国人开放。其实我们并不是在说某一个人，我们是在说一个整体，我们把成千上万的美国人归并为一个单一个体，于是这个单一个体的特征就是开放。所以，这个始作俑者还是作出这种思考的那个理论的提出者。
记得你曾经跟我提到过，鲁曼就经常利用类似的逻辑，即把理论构建者本身看作是一个和他自己的理论耦合在一起的系统，这就是我在这里所说的认识到理论的提出者的作用。
5、理论的接收者我，理论的构建者提出一个理论的目的无非是要用一种介质把我所要说的信息呈现出来，然后传达到其他人的耳朵里。当然，我的最终目的是要让接受者能够同意我的观点，并形成同我类似的认识。所以，我理解任何一个理论（包括科学理论）的本质其实并不在于他所说的是否是客观的，是否是绝对真理的，更本质的应该是能够胜利的占据理论接受者这些观察者的内心。
所以，认识到了这一点我觉得非常有意思，你会发现，其实原则上讲，真理和谎言没有区别，只要别人都信服你的观点，它就是真理了。于是，所谓的能够经得住考验的那些科学理论只不过是利用了所谓的客观、唯物的技巧罢了。比如，我说1+1=2，这是一条真理。其实他什么也不是，它不过是一堆符号，但是这堆符号能对理论的接收者你起到作用，即你也认为，嗯，1+1的确等于2，而不是别的什么。所以，你说，啊，你发现的是一条真理呀！所以，以前我们坚信的客观的、唯物的真理在我这里不过是一种公共协议罢了。 认识到这一点有什么用呢？我觉得一个理论最大的意义就在于它能对理论接收的观察者实施某种改变。也就是说，我，理论的构建者在某种媒介上（比如论文）构造了某一种理论，或者说法，这种说法传达到了你的眼中，你接收了信息，之后你也发生了一定的改变（如认同了我的观点）。这便是理论的作用。
这样一来，古今中外的所有理论都无非是一种对接受者的某种改变，只不过，某些理论让人们这样改变了，某些理论让人们发生那样改变了。
在这里，我要传播的理论就是一个能够让所有的理论的接收者都发生一种特定改变的理论，即这些接收者突然意识到自己的观察是非常重要的！也就是说，理论的接收者突然发现自己的观察作用能够对整个世界的进化发生本质的推动作用。
我应该如何创造实现上述目标的理论？我应该创造一种自指的机器！在这里，自指的作用开始凸现出来了。
下面，讨论一下自指
6、自指与观察者自指是什么？与其你在自指语句中不停的打转，还不如你跳出来考察一下自指语句的作用。比如“这句话是错的”，你会发现这句话展现了两个层面，它会让你的观察作用变得不可抹去。首先，你不考虑整体，你仅仅follow每单个的词，你会发现，噢，这是一个错误的句子，这没什么了不起。但是，这个时候，你突然意识到，其实我可以从更高的层面观察这句话，也就是说我可以不听从这句话的指示，自己判断它的对错，你会发现，阿，原来它是对的呀。这第二种判断就是观察者你从上面看到的东西。这句话本身还是这句话，但它却能调动你——观察者的观察作用，发现完全矛盾的两个侧面。也就是说，自指其实隐含了理论接收者的作用。
这样，如果我——理论构造者，要想改变你——理论接收者，无非是创造出一些自指的句子，从而把你隐含进我的理论之中了。于是观察者开始起到了本质的作用。
7、自指与社会其实，上面的讨论已经隐含了社会这个概念了。因为自指语句是要存在于某种媒介的，而媒介就是社会的一部分。所以，当我们不断创造自指语句传达给接受者的时候，站在社会这个层面看，就仿佛是社会自身创造了一种自指现象（注意这仍然是观察者看出来的一种现象），这种自指现象可以实现社会层面的自我繁殖。而，很显然的是，这种社会层面的自我繁殖的前提必须是所有的理论的接收者在读过了自指语句之后，能够再次传播这种理论到其他的更多的理论接受者那里。按照我们刚才的讨论，我所创造的这种自指的理论终其目的是要让理论的接收者意识到自身的观察作用，而当他们意识到之后，又会实行社会层面的传播，于是我们可以回答了，社会中的自我繁殖现象的动力来源就是社会中微观个体的观察！
所以，我慢慢的已经可以回答我最初思考的一些问题了，在社会这个层面，能量的本质是什么？那就是每个微观个体人的观察！而观察的本质就是要做出区分，也就是发现差异，于是我们得到了同样的结论：差异便是一种能量。只不过我和你或者说Luhmann走了完全不同的途径。
8、观察、能量、熵与时间
其实，要彻底回答能量和观察的关系，我觉得还有很多更加深奥的问题，比如说物理学中的熵，还有时间的本质等等。而这些玩艺儿在鲁曼那里都有所触及了。比如，你曾经说过的，时间的本质就是当一个个体的复杂性不足以涵盖外在环境的复杂性的时候，时间就出来了。翻译为我的语言是，一个观察者（主体）由于不能处理过量的信息，而必须作出信息的过滤，或者说忽略（见3中的讨论），于是他把本来处于一个立体的、多维度空间中的东西（比如全体美国人）活生生的挤压到了一维直线上面（比如一个平均意义下的美国人），这便形成了时间！其实这种认识完全来自于统计物理中的熵（随便找本统计物理书，看看玻尔兹曼对熵的统计解释就知道了），换句话也就是，统计物理中的熵是一种对时间的等价。
我现在的主要工作就是要把这里面提到的这些东西缕清楚。想必鲁曼已经早我们20年思考过这些问题了，这是我对他最感兴趣的地方。
对于观察者体系的两个疑问jake 发表于 2009-3-15 22:44:01
http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=10141&user=jake1、究竟如何区分、界定万有观察者的说法和宗教
今天，俱乐部又聚会了，很好。现在的聚会已经逐渐在提升层次了。首先，计算士提出了很多很好的有意义的问题。其次，Miner开始用一连串很严密、很紧追不舍的方式提问有关观察者体系的一点一滴。这种方式既能帮助我们普及我们的思想，也能进一步反观我们的问题是什么。
最后，Miner发现了观察者理论体系下的一个很大的缺陷，也是我想回避的问题。就是，我们必须引入一个万有的观察者来解释不变的客观世界。这套想法表面上看没有任何不妥，但是它很不符合科学的追求简捷的精神，也就是说，不用万有观察者，而是用上帝或者佛性，甚至唯物主义，你会发现我们也能得到同样的结论。所以，我们必须要指出万有观察者说法的效用所在。
初步想来，这套观察者的体系能够引领每一个接受理论的人一步一步意识到自我观察的强大作用，最终意识到那个万有观察者的存在。这就与让你坚信上帝的教条不同。因此，我认为我们的理论应该强调一个置入的过程，而不是一下子到达那个结果。所以，我现在越来越感觉到，我们应该把问题集中在过程，也就是观察过程本身上，而暂时忽略结果，包括对世界的终极解释。包括东方和尚也始终在质疑这个问题，然后我现在觉得似乎应该废问这个问题。
2、关于分石头的分布
不知道为什么东方和尚最近非常喜欢用碎石头得到幂律分布这件事儿来讨论问题。但在我印象里，和尚最早引入这个例子是想说明碎石头这件事是想说明指数分布的普遍性。我没有做过碎石头的试验，也没有真正读过这方面的文献，但是按照我对最大化信息上方法的理解，最终的分布似乎应该是指数的，而不是幂律的分布。原因在于如果我们把出现尺寸m大小的石头的概率写为P(m)的话，我们的约束条件就应该是：
sigma P(m)m = const
也就是说所有石头的尺寸加起来应该是最开始那块大石头的尺寸，也就是说最大化熵的约束条件应该是对mP(m)的和为常数。这样最大化熵sigma P(m) Log P(m) ，就会得出结果P(m)~Exp(const lambda)这个指数分布的结果。所以不是幂律分布。
但好像在一些文献上的确看到过说碎石头的分布是幂律的。要知道幂律产生的条件不再是和为常数，而是乘积为常数。所以，请东方兄再好好看看这个碎石头的例子，不要弄错。
系统中的观察者
——被科学遗忘的角色
作者：jakejakezj@163.com集智俱乐部：www.swarmagent.cnPDF版本全文下载：系统中的观察者（未完）一、写在前面——图形与背景的切换
二、基本框架 正如在图1中，看到高脚杯和人脸都是正确的，没有错，关键在于哪种看法更方便、简洁。本章讨论的内容并不想推翻我们已经习惯的前景思维范式，而是想从背景出发进行一些尝试，看看哪里会出毛病。我们的目的是想提出一个框架，并用自然语言的方式尽量描绘出观察者理论的一个全貌。虽然这个全貌看起来很不严谨，很多地方需要更严格的讨论，但是它的表述却暗含了某种逻辑性，这就为进一步的数学公理化做好了一定的铺垫。
1、第一观察者
这篇文章所讨论的是一套关于观察者的理论，那么，显然我们先要说清楚究竟什么叫做观察者。 乍一看，这个问题非常的棘手，因为，我们通常会将观察者和具有自由意志的人划上等号，所以，要定义观察者的问题就变成了定义什么叫做自由意志的问题。但是，提起自由意志，就会让我们联想到人工智能程序有没有意志？植物人有没有意志？在地上爬的小虫子有没有自由意志？……等等一系列更加麻烦的问题。看起来我们一上来就给自己找来了一大堆的麻烦！ 其实，之所以这条路行不通，完全是因为我们仍然站在科学前景来看问题。在努力回答上述问题的同时，其实我们心中遵循一种强烈的信念：所谓的观察者还有自由意志是可以被还原为基本物质运动规律的。所以，我们要通过打开人脑来研究自由意志；通过计算机程序来搭建AI程序；通过理解大分子运动规律来理解生命。这样我们只会落入无穷无尽的细节而不能脱身。 正如我一开始指出的，我们这里采取的思路是从背景出发，从而将那些棘手的问题巧妙地绕过去。也就是，我们并不打算把观察者还原为我们通常习惯的物质基础，而是把它作为一个基本的定义引入到我们的体系中来！正如严谨的数学也需要将一些基本的公理和原始定义作为推理的出发点一样，在我们的理论中，我们将观察者作为一个原始的定义，从这个原始定义出发引出更多的东西。 具体来说，首先，我们需要定义一个最基本的观察者，称之为“我”。笛卡尔说，“我思故我在”，这是因为笛卡尔唯一可以有确定信心把握的东西就是正在当下思考问题的这个我。更具体的，这个“我”既可以指正在键盘上敲下这句话的作者，也可以包括正在读这句话的读者“你”。所有可以理解这句话的那个“自我”就是我们理论中的第一观察者。 第一观察者，“自我”，不仅仅是我们这个理论中的最基本定义，同时也是整个观察者世界的第一推动力。因为，接下来，我们就需要给这个“自我”原子赋予动作，这个动作就称之为“观察”。2、观察
观察者睁开双眼能做的第一件事就是观察。什么叫做观察呢？观察就是区分！也就是对外在模模糊糊的世界进行区分，从而区分出一个一个物体出来。观察者的这种区分能力也类似于一条公理或者基本定义，它不需要我们解释。然而，这一条基本定义也许比第一观察者这个定义更加基本。 我们都知道，集合是数学的基础，而集合就是一种区分的标准。比如，我们说所有整数的集合，其实就给出了一个区分的标准，这样，只要你拿出来一个数，我就能判断出这个数是否属于集合。因此，我们可以把世界上的所有事物区分成两类，一个是整数，另一个不是整数。 集合论中最有意思的部分之一在于对关系的集合论定义。也就是集合A到B的一种关系R可以定义为A╳B的一个子集。翻译成观察者理论的语言就是，当我们有了区分之后，A和B被分为两个部分之后，A和B会自然而然产生各种联系。这些联系也可以用观察者在A和B的乘积集合上定义。因此，区分和联系会相互伴随出现。（请参考《离散数学》） 虽然区分和联系这些概念完全可以用集合论的语言来描述，但是，在我们的理论中，集合并不是最根本的，观察者才是本质，因此观察者会根据自己的喜好来重新定义区分，从而创造出各种各样的集合。换句话说，由于我们并没有要求一种先验的存在方式，所以，观察者原则上可以根据不同的区分而创造出完全不同的宇宙，以至于，到最后我们讨论宇宙本体是什么样子的就变成了没有意义的事情。换成一种极端的说法也就是：这个世界是被观察者的区分定义出来的！ 当然，你会觉得这种讨论很狡猾，因为按照这种逻辑，似乎任何东西都可以被观察者的区分能力而创造出来。也就是说，这种区分有太多的任意性，以至于最后没有带给我们更多的信息。但是，在后面的论述中，我们会看到，有趣的事情在于，即使是观察者的区分能力也并不是那么任意的，它有着一些非常深刻的共性。下面，我们就尝试沿着这些共性的特征进行探讨。3、观察与时空
注：这一部分可能有太多的主观经验成分，如果读者不能很好理解，可直接跳过，应不会影响后续内容。
在本小节中，我们首先引入观察者的两种最基本的区分能力，从这两种基本的区分能力中将会自然产生空间和时间的概念。 观察者的第一区分：区分现在和非现在 观察者的第二区分：区分我和非我 假设你被恐怖组织绑架了，他们把你关闭到一间漆黑的小黑屋中。你全身被捆绑得严严实实，一点都不能动弹。小黑屋中也没有任何声音和气味。一句话：你的所有感官都被切断了，不能获得外界的一丝信息。如下图：
图2-1、小黑屋中的观察者：观察者不能感受任何外界信息 这个时候你仍然会有一种能够区分现在和过去的能力。也就是说，你有一种时间流逝感，你能知道此时此刻的你和上一时刻的你是非常不同的。但是由于你的所有感官都失灵了，你不知道这个黑屋子有多大，不知道黑屋子里面还有没有其他东西，你甚至不能够感受重力、压力等任何外界输入的信息，因此在这个时候，你甚至并不能区分自我和外界。 接下来，有人打开了灯，你看到了小黑屋中的全部景象。虽然你仍然不能动弹，但是你终于可以具备第二种区分能力了：区别“我”和“非我”。其实，观察者所做出的这种自我与非我的区分，可以看成是一种空间上的区分。或者可以反过来，观察者这种区分自我与非我的能力其实正是空间的起源。当然，我这里所说的空间完全是从观察者本身出发的主观空间，而不是我们习惯的物理空间。 另外，观察者区分当下和非当下的能力也可以看作是一种主观时间的起源。换句话说，我们可以把观察者所具备的主观时间感定义为观察者的第一区分能力。然而，我们都知道时间具有方向性，也就是说时间不仅仅是对现在和非现在的区分，时间还有一个未来的侧面，那么这种未来的感觉是怎么来的呢？下面我们将会解释，观察者的第一区分能力和第二区分能力的组合就会使得观察者具备了未来的感觉，换句话说，观察者“创造了”未来。如下图示：
图2-2 区分创造“未来”
当观察者同时具备了第一和第二观察能力，他就能同时区分现在、非现在以及我与非我，并且能将这些区分两两进行组合。在每一个现在的刹那，观察者可以将输入的信息区分为两种：一个来源于非我，一个来源于我。并且这些信息留存到了观察者非现在的记忆之中（图中的黑、白两种颜色方格，黑色表示来源于非我的信息，而白色表示来源于我的信息）。黑色的信息就被观察者定义为历史，白色的信息就被定义为幻想。我们知道，对于观察者而言，“我要的”或者“我想的”这部分信息无论是我的还是非我的都可以看作是观察者关于未来的设想，因此我们将这部分幻想的记忆称之为观察者的“主观未来”。这里可能读者会产生若干反驳意见，首先，按照我们通常的理解，未来是一种客观的时间状态。但是，在我们的理论中，我们就是要探索主观创造各种概念的可能性，所以我们这里不去定义什么是客观的未来，而只定义主观未来。 其次，第二个反驳可能会说，我们将观察者的幻想记忆称之为未来不妥，原因是观察者也会回忆过去的美好事件，而那些过去明明是已经发生的事情，怎么可能表示某种未来呢？其实，一旦观察者做出了我和非我的区分，以及现在和非现在的区分，那么这种区分就会一直存在，也就是说观察者已经把记忆中的信息区分为两类，可以想象为信息都被打上了标签。在每一个现在的刹那，当属于观察者美好回忆的这部分信息再次闪现在观察者眼前的时候，观察者实际上是可以分辨出这个信息是白色的，也就是属于过去曾经发生过的现实的信息。因此，观察者知道这属于过去而不属于未来。当这个闪现过后，实际上记忆中的这段信息就会标记出两个标签：即第二次的黑色和第一次的白色。因此，观察者的未来永远是那些没有发生在“非我”世界中的信息。再次，也许你会反驳说，难道那些希望、灵感、美好的想法也来自于记忆吗？当然不是，他就来源于那个闪现，也就是此时此刻的观察。我们说观察就在于区分，但是这个区分并不等同于我们通常理解的区分，我们通常所说的区分是指对某种已知的事物进行分类，在我们的框架中，这相当于是对于从非我的部分输入进来的信息进行区分。然而，另外一种来自于我的信息区分，其实已经暗含了创造的过程。这里的区分实际上是对所谓的“空无”进行区分，因为“空无”是一种不可言说的状态，所以对于它的区分恰恰就能创造出各类东西出来。 最后，这里面的主观未来既包括了观察者关于自身的推测，又包含了观察者对于非我的推测，因此，它已经暗含了客观的未来。 以上关于未来的定义完全来源于笔者的一个主观体验：我设想做出来的一系列动作和我回忆的一系列动作在我的主观体验看来似乎没有更本质的区别。 有了这些基本的区分概念以及时空的定义，我们就不难讨论更多更加有趣的概念了。比如我们可以说，当“我的”某部分信息和“非我的”某部分信息在一次闪现中重合（被区分为同一的）的时候，我们就可以说观察者对“非我的”未来进行了成功的预测。换句话说，预测可以理解为观察者的主观世界和外在世界在现在这个闪现中的某种同步。 当观察者的成功预测能够长期不断地、连续地发生的时候，观察者就会产生控制的假象！比如我能控制我的手举起来，那仅仅是因为在我的观察中，从“我”的信息部分产生了举起了手的印象，之后，从我的“非我”的外界输入了一个现象：我的手抬起来了，这两个信息在一次闪现中重合了，于是，我产生了我可以控制手的假象。也就是说，在我们的体系中，观察者仅仅具有区分得能力就可以具备控制、行动从而改造外界的本领。4、观察与万物
既然时空都能从观察者那里创造出来，那么万事万物自然也就不在话下了。很明显，我们可以说观察者能够区分的一个一个集合就构成了世界上的万事万物。 然而，如果说万事万物都是一个被区分出来的集合，那么严格说这个事物的边界是不清晰的。例如下面的图：
图2-3 对外界事物的区分 假如我们能够深入到分子的层面来看待整个世界，那么很多事物的边界就变得模糊起来。例如上面这张图中，我们究竟该不该把分子A或者B归类为蓝色圈中的事物集合呢？其实这里并没有完全标准的答案。在现实生活中，我们的确能看到一个一个完整的个体，例如一张桌子，这些个体的边界是非常清晰的。但是，这种清晰的边界反而是一种特例，如果观察者小到分子的层面，他看到的不再是桌子，而是一团模糊的、边界不清的分子甚至原子。因为，从更普遍的意义来讲，不清晰的边界才是根本。 除了空间上的不清晰边界，任何事物还具有一个时间上的不清晰边界。任何一个事物在每时每刻都会发生变化，变得不再成为它自己，所以观察者除了区分空间上的边界，还需要把该事物在时间上的边界给区分出来，例如下图：
图2-4 在时空上对事物进行区分
在图中，从a到d表示了在时间（观察者的主观时间）流逝过程中，一团分子的运动情况。首先，由于时间的作用，任何事物都不是一成不变的（在本例中表现为这团分子的位置在不停的变化）。这也就体现为，对于任意两个时间点来说，被观察者称为是同一个个体的事物严格讲并不完全相同（如图中a,b,c蓝圈包围的部分）。因此，在每一个时刻，观察者不仅仅把蓝色的这团东西和周围的环境区分出来了，而且观察者还将不同时刻的蓝色物质联系到了一起，并认定为是同一个事物在不同时间上的表现。直到d时刻，分子散开，观察者不会再把蓝色的分子团和它的环境区分出来，取而代之的是两团新产生的分子团（红色的团）。因此，我们说原来的蓝色分子团死亡了，而两个红色的分子团诞生了！所以，观察者不仅仅就这群分子团进行了空间上的划分，而且进行了时间上的划分！正是因为观察者划分的模糊性和不确定性，使得任何事物的边界（空间和时间上的）都是不确定的。5、因果
有趣的是，观察者的区分行为总会伴随着相互联系。你区分了A和B，就必然会伴随着A和B之间的某种联系，而这种联系也可以看作是一种区分，只不过该区分是在集合A与B的直积中做出的。因果则是观察者为了阐述事物之间的普遍联系的一种必不可少的工具，它体现为一种单向的联系。 亚里士多德曾经把事物的原因分成四种，即：质料因、形式因、动力因和目的因。质料因表示事物的组成材料构成该事物的一种原因。形式因则是说这些材料堆积出来的形式反过来决定了底层的质料从而构成了原因。动力因是追寻推动事物发展的某种动力，目的因则是说决定事物发展的方向。亚里士多德的这四种原因完全可以被解读为空间和时间上的四种特殊的因果联系，这些因果联系是和观察者的区分能力分不开的。比如：
图2-5 空间上的因果
左图是一个由大量细胞个体构成的小虫整体，观察者将小虫从环境中区分出来了。很显然，小虫的性质（整体）是由所有细胞的个体的性质决定的。因为细胞个体是小虫整体的质料，所以，完全可以把细胞解释成小虫整体的质料因。在右图中，我们画出了一个实的从下而上的箭头来表示这样一种从个体到整体的因果关系。这种因果联系是我们普遍接受的因果解释，例如我说石灰完全决定了石头的性质，因为石灰是石头的组成材料。 但是，另外一种原因，即右图中从上而下的箭头却往往被我们忽视。这就是整体会通过组合、形成材质的形式来决定低层次的个体，从而我们能够从上到下引出一个因果箭头，这个箭头在亚里士多德的体系中被定义为一种形式因，即事物的形式会反过来决定事物的质料。生命的自我修复现象就是一个明显的例子。假如这个小虫个体的某部分质料（某些细胞）被切除了，那么高层次的整体就会出于形式的完整性而再生出这些低层次的细胞个体。 前面两种原因仅仅说明了空间上的一种因果联系。更有趣的因果联系发生在时间上。如下图示：
图2-6 时间上的因果
在时间上看，观察者又把事物区分成过去的事物、现在的事物和未来的事物。那么，很显然事物的过去会决定事物的未来，比如桌子上滚动的小球，小球上一时刻的位置和速度就决定了小球现在的位置和速度，这就是亚里士多德所说的动力因。虽然我们已经习惯于从过去到现在，从现在到未来的动力因现象，但是在很多事物中，观察者还会倾向于另外一种解释，即从小球的未来而决定小球的现在。我们可以说小球之所以会沿着斜面往下滚，是因为“小球试图最小化重力势能”，于是我们给小球的现在状态赋予了某种目的性，这种目的性导致了时间轴上的另外一个反向的从未来指向现在的因果箭头，也就是亚里士多德所说的目的因。 其实，按照本文的观点，一切的因果都是观察者对事物关系的区分结果，所以，质料因和动力因照理说不会比形式因和目的因更优越。在对具体的事物进行解释的时候，我们总会聪明地选择这四种原因的一种或者多种。但是，由于理性主义、物质主义的发展过剩，使得我们更倾向于只看前景，而不看后景，以至于大部分人都会以为质料因和动力因更真实，而形式因和目的因充其量不过是一种方便的说法而已。因此，后两种原因已经成为了大众认知模式中的背景。6、第二观察者
由于现代人只盯住前景看，所以，对于形式因和目的因等因果形式就会忽略，而这种忽略恰恰就导致了人们不能理解生命、智能是怎么可能的。因为，生命以及智慧完全可以定义为形式因和目的因驱动的系统。 按照智利生物学家Maturana和Varela，还有理论生物学家Stualt Kauffman，以及数学家Robert Rosen等的观点，可以说所谓的生命（或者说狭义的生命）就是指形式因会起到主导性的、起决定因素作用的系统。因此，这些科学家们曾试图构建诸如自生产系统、自催化网络等等理论模型来理解生命的本质和起源。 按照我的观点，我们可以将所谓的意识或者智能（也可以称之为广义的生命）定义为不仅仅形式因，而且目的因也会起着重要的指导性因素的系统。 这里似乎我轻描淡写的就把生命本质和智能本质的问题解决了。其实，我们首先要明白，生命和智能的问题首先是定义的问题，自然界本身并不存在着一种严格的对生命和非生命的区分。因此，生命就是观察者区分出来的一类特殊现象。其次，既然生命的本质在于定义，那么我们就要看看我们怎样来定义生命和智能才显得更加合理。 首先，所有的生命都是由物质材料构成的系统，而这种系统之所以区别于桌子、椅子等死物，就是因为生命的整体本身具有一种很强烈的自我修复能力，你任意切掉一块肉，它就会自己长出来，但是桌子椅子就不能。按照我们的解释，这就体现为生命系统具有很强的形式因。 其次，仅仅具备了很强的形式因还不足以让我们把该系统称之为有智能的（或者说广义的有生命的）。我们看到一只活生生的小虫在地上自由的爬行，那是因为我们更倾向于认为在这个小虫的内部存在着一个属于它的自我，这个属于它的自我决定了他要做的一切动作。换句话说，也就是这个小虫子自我的目的是要奔东边的食物爬过去，所以它才会这样运动。因此，当我们观察者解释小虫子的这种运动行为的时候，不会傻到从动力因的角度来解释，因为那样做太麻烦了（你自然可以写下小虫每一个分子运动的微分方程，并求解，从而预测小虫下一时刻的位置！但是，这需要成千上万个方程和参数，没人会这么傻！）。在这个时候，你直接跳到背景去看问题就会变得更方便。于是，我们干脆就把智慧（广义的生命）定义为那些目的因起着主导因素的系统。 因此，总体来看，生命与非生命，智能与非智能无非都是观察者对事物进行区分的结果。这种区分恰恰就在于对事物存在以及运动的原因进行不同的解释。那些可以被形式因和目的因解释的系统就具备智能和生命。换句话说，世界本身不存在生命（智能），或者到处都是生命（智能），观察者为了解释事物因果联系的方便性，定义了生命（智能）与非生命（智能）。从此，我们再也不用寻求所谓生命的物质构成和新的物理法则，那根本就是无意义的。 观察者这样一种对智能系统和非智能系统的区分不要紧，它实际上创造出了另外一个观察者，我们称之为第二观察者！一旦智能系统具备了强烈的目的因，那么，该系统中也就存在了一个被我们称之为“自我”的机制。这个自我是什么呢？按照这一节最开始的说法，这个自我也就是观察者！因此，从我们第一观察者的区分中，就自然会衍生出来另外一个观察者的概念，因此，我们称这类具有智能的系统为第二观察者。 智能系统之所以能称之为观察者，是因为这类系统也具备观察——也就是对外界事物进行区分——的能力。所以，这一章所论述的一切内容都同样可以适合对第二观察者的描述。因此，按照这套逻辑，我定义了你，我还可以定义他。而同样的逻辑，一旦你被定义出来了，你也具备了观察、定义的能力，于是你又可以定义他！就这样，我们这个观察者宇宙就一下子人丁兴旺起来了！7、媒介
然而，我们的故事并没有到此结束。当观察者世界出现了很多第二观察者的时候，这些观察者之间就会发生相互作用。我们把这些观察者之间的相互作用就叫做沟通(Communication)。沟通就需要在两个观察者区分出来的集合之间存在着重合的部分。这些重合的部分就被称为媒介。换句话说，媒介也就是使得两个观察者之间能够发生沟通的先决条件，也是观察者们的共识，或者也可以称作是观察者之间的公共协议。 当你和我都看到了一杯水，此时，这杯水也就成为了沟通你和我之间的公共媒介。因为这杯水是你和我共同感受到的东西，也是我们能够彼此沟通的前提。假如你号称具备通灵能力，能看到我背后站着一个鬼。但是我回过头去却怎样也看不到那个鬼，于是就这一点上我们沟通失败，这个鬼也就构不成我们的公共媒介。到此，想必你也看出来了，其实这个公共媒介也就是我们常说的那个客观世界。 讨论到此，如果把客观世界理解为某种媒介，我们完全可以抛掉客观这个假说。比如，有一个外星人可以给你我洗脑，使得在我们头脑中都能存储一个杯子的模样，这样，即使这个杯子不存在，它也能够称为我们所说的共同媒介。因为我们两个能够就此杯子进行沟通。这也就解释了网络游戏世界里面的物体在媒介这个层面上是和真实世界等价的。再进一步说，其实所谓的真理也并不是必需的，只要有通信和共识，我们就完全可以创造真理。8、小结
总结一下，我这里要论述的关键就在于，第一观察者的观察其实是整个观察者宇宙的第一推动力。这个观察不仅“创造”（区分）了万事万物，而且区分了第二观察者，以及第二观察者所具备的观察能力。所以，是我把观察的能力（通过我的观察）赋予给了你，而你又会用同样的逻辑把你所具备的观察能力赋予给其他的事物！我们可以用下面这张图来表示我们这种观察者的逻辑并和传统的逻辑进行对比。
图2-7 一张总图 在此图中左侧是我们熟悉的客观世界，万事万物根据客观的物理定律相互连接在一起。箭头的方向即我们熟悉的因果规律，按照标准的观点，物质决定意识，所以万事万物的物理构成决定了其他生物，甚至观察者的构成和行为，最后，这些人的行为会影响到我。因此可以说，外在世界是先于我存在的，是原因，而我是一个被这个外在世界创造的产物，而且是最终产物，也就是说一切因果链的箭头末尾是我。 图的右侧则是观察者理论体系所理解的世界，虚线箭头表示一种观察者的观察区分能力。首先我这个唯一实在的观察者界定了其他的观察者（第二观察者），其次我和第二观察者一起界定了万事万物。我们也可以把这个虚线箭头理解为目的因或者形式因。无论怎样，在这一侧，观察者我成为了整个世界的第一推动力。大家可以想一想最上面的那个太阳标记表示什么？9、文献回顾
其实这种认识上的转变并不是我第一个提出来的。早在上个世纪的70年代，两位智利的生物学家：Maturana和Varela就基本上发现了这样一套新的哲学思想（参看《生命系统的组织》一文）。80到90年代的社会学家Nikolas Luhmann更是把他们两人的理论发挥得淋漓尽致。创造了一套被称为“社会学系统论”的理论体系。当然还有一批计算机科学家走到了前面，包括早期的二阶控制论，自修改的程序、自复制的机器等等。他们都或多或少地接近了这个理论的本质。这些人已经认识到，“自指”或者有些作者称之为反身性“reflexivity”是复杂系统理论的内核。然而，很少有人指出，所谓的自指的真正作用在于把观察者给耦合进系统之中去。 但是，社会学家Luhmann也许走得更远些。在他的著作《Social Systems》中，观察者和观察这两个词汇已经频繁出现于各个章节中。但是，Luhmann到死也没有看到自己的理论被更多的人接受。一方面是他的叙述本身晦涩难懂，另一方面，也是我认为的最重要原因，就是他没有找到一种合适的数理方法来把他所看到的东西“形式化”。以至于那些哲学上没有“悟到”他那个层次的人很难继承他的衣钵。不借助数理方法的哲学思想很容易在热力学第二定律的耗散作用下被扭曲、变形。 刚刚去世的我国系统科学家钱学森先生也多次指出，人们要研究的复杂系统必须是一个有人参与的、开放的系统，这种参与性恰是观察者理论的核心。虽然钱老精通控制论，但他也仍然没有找到一种可以形式化这种参与性和开放性的数理方法。 本篇文章所提出的观察者理论希望借助量子力学的数学框架尝试对观察者参与其中的开放性的复杂系统进行形式化描述。 三、物理的背景——观察者的测量1、测量
这一章，我们将走进形而下的世界，讨论物理学中的两大基石：量子力学和统计力学。与以往的物理教科书不同的是，我们将以一种观察者的视角重新看待这些学科，甚至将很多表面上丝毫不相干的学术理论重新联系到一起。需要事先指出的是，我们在这里讨论这两门学科并不想从观察者论的角度重新提出量子和统计的基础，更不想推翻它们，而是想尝试从观察者的角度去理解它们，以至于可以把这两门学科获得的很多知识最终为观察者理论所用。 从物理的角度探讨观察者的问题始于我们对外在事物的测量，它可以用下面这张图来概括：
图3-1
按照传统的认识，一次测量就是一次从真实世界向观察者世界中的信息投射。之所以现实世界上面加了引号，以及其中的物体用虚线表示是因为按照量子力学的说法，这个世界并不像我们感受的那样真实。观察者的世界也就是观察者测量的结果才是真正真实、可靠的东西。假设一个所谓“真实的”客观世界并无太大意义，因此我们不如将上面的图转换成下面的图：
图3-2
我们不需要假设一个外界存在的世界，观察者面对的只是一次一次的测量，这些测量构造了一个观察者的世界。从这个角度来说，无论是量子力学还是统计力学都不过是在叙述观察者测量过程中的规律。2、从量子力学到量子概率
量子物理起源于人们对微观物质运动规律的探讨，后来经过爱因斯坦、玻尔、薛定鄂、海森堡、狄拉克等人努力，量子力学作为一套能够成功描述微观粒子运动规律的数学产生了（参见《上帝掷骰子吗？》）。力学(mechanics)与物理(physics)的最大区别就在于力学给出的是一种抽象的数学结构或者框架，它虽然抽象自物理但却可以没有真实的物理对应。虽然物理学家发明了这套数学，但是很少有人真正相信它的真实含义和作用。人们更加倾向于认为量子力学不过是一套过渡规律，背后一定还存在着更底层的客观实在。 只有少数几个科学家在一开始就不去争论量子力学背后是否有更底层的客观实在，而是单从数学的角度为量子力学奠定基础，其中一个最有名的人就是伟大的数学家冯.诺依曼。他发现，其实量子力学的背后蕴藏着一种很深的数学体系，而这个数学体系对于传统的Kolmogrov的概率论进行了很大的修改，也就是说，其实量子力学真正的数学基础不是别的，正是一种全新的概率论，后人将这套概率论称之为“量子概率”（quantum probability）。 目前市面上有很多关于量子力学的教科书和科普读物，几乎所有这些资料都给我们灌输了两个观点：量子力学告诉我们这个世界的底层是离散的；量子力学揭示出不确定性比确定性更加根本。虽然这两点并没有错，但是单凭这两点我们仍然无法判断量子力学作为一门数学相对于其他数学，例如离散数学和概率论的优势在哪。也就是说，这样一种普遍的观点完全没有抓住量子力学最终的根本所在。 笔者认为，量子力学的根本就蕴含在量子概率的运算法则之中，这套运算法则揭示出了另外一种被我们忽视的不确定性，这就是系统的属性依赖于观察者的观测作用的不确定性。为了更好的理解这种不确定性，让我们先用著名魔术师刘谦曾经在电视上表演的一个有趣的小魔术讲起。
图3-3 魔术师刘谦 有一次，刘谦表演猜数字的魔术。以前的猜数字魔术都是观众心中想一个数字，然后魔术师来猜。但是这次的魔术完全不一样，是刘谦先在心中想一个数字，并把它写在纸条上，然后反过来让观众来猜。比如某观众猜的数字是“5”，这个时候刘谦缓缓打开纸条让大家看，的确是数字5！再来一次，刘谦在纸上写好一个数字，另外一个观众猜“7”，打开一看，没错的确是7！刘谦号称，他能让观众具备“读心术”。 我虽然不知道刘谦的魔术是怎么变的，但是这个魔术的确像极了量子系统的行为。我们看到，这里面最让人费解的事情就在于刘谦写下数字的动作在前，观众猜数字的动作在后，而观众猜的数字具有很大的不确定性，所以刘谦之前猜出的数字应与观众之后说出的数字有很大的差异才对。可是，事实却是刘谦每次都能猜对。我们怎么解释呢？难道说因果规律反了？刘谦能够预测观众的未来？ 其实有一种可能能很好的解释这个表面上的悖论，那就是刘谦之前根本没有在纸上写下任何字母，只有当观众说出他心目中的数字的时候，刘谦再用魔术的手法快速地在纸上写下观众说出的数字。 换句话说，也就是刘谦可以通过一张空白的纸条，来应付观众在动态的交互过程中的不确定性。这种不确定性就是我所说的交互的不确定性，也就是说系统的行为是完全依赖事后观察者对它的观察行为，它与传统概率所描述的不确定性是完全不同的。我认为，量子概率恰恰描述了这种交互性的不确定性！为了更好的理解量子概率和可交互的不确定性之间的关系，让我们从量子力学中最著名的双缝试验说起。3、双缝试验与交互不确定性
图3-4 双缝干涉实验
这是一个经典的量子力学试验，假设O点是一个电子源能够源源不断地发射电子，电子经过AB屏的两个缝隙A和B后会发生干涉现象。从而在l屏上形成干涉条纹。我们可以减小O发射电子的强度，使得每次只能发射一个电子。这样，l屏上的干涉条纹就表示电子打到该点的概率。 假如我在A点处放一个探测电子是否经过A缝的仪器，只要我能读出电子是否已经经过了该点，这种测量行为就会直接干扰在C点发现电子的概率大小。如果电子是小球，我们知道这种观测行为是不会对小球到达C点的概率发生任何影响的。所以，量子力学所描述的对象具有交互不确定性。 为了更清楚地看出这种交互不确定性，让我们将双缝试验和之前所说的刘谦的魔术进行对比。假设刘谦的魔术仅仅限定在0和1两个数字之间。那么刘谦写下了一个数字在纸片上就相当于我们的粒子发射器发射出来一个电子。观众对这张纸上面的数字猜测是0还是1就相对在A,B屏的地方放置探测器考察粒子是经过了A还是经过了B。最后刘谦把纸条打开就相当于我们在l屏处观测电子，并且发现数字是0对应粒子达到了C点，是1则对应没达到。 如果观众不去猜纸条上的数字，刘谦直接打开纸条，就相当于我们不在AB屏的地方安置探测器，而直接观测C点的结果。如果观众猜纸条上的数字之后再去打开纸条就相当于我们从A,B处进行了一次观测之后再去考察电子飞到C点的情况。打开刘谦的纸条总能得到正确的结果是因为刘谦会利用魔术根据观众的观测，动态的更改纸条上的数字，同样在A点观测电子和不观测电子得到在C点完全不同的概率也是因为电子会根据观察者的观测行为动态地改变自身。4、量子概率运算法则
为了使上面的讨论更加精确，让我们对量子概率运算法则进行一些简单的介绍。还是以双缝干涉实验的例子出发，我们先给出经典概率运算法则，之后再与量子概率运算法则进行对比。 首先，我们可以把双缝试验改写成一个经典的马尔科夫链：
图3-5 描述粒子行为的马尔科夫链 设电子（经典粒子）从O点飞出，以POA的概率飞到A点或者以POB的概率飞到B点，然后再以概率PAC飞到C点或者以PAD的概率飞到不是C的点（我们暂且称之为D点）。那么，我们在C点发现电子的概率就应该是：
（1） 假设电子可以源源不断地从O点飞出经过A或者B再打到C或者D点上。这个时候我们在A点放置一个探测器来测量电子到达A点的概率。
（2） 由于电子是经典粒子，所以观测电子的行为不会干扰最终在C点观测到电子的最终结果，因此电子到达C点的概率仍然是（1）式。 下面，我们进入了量子概率的世界（关于这部分运算，请参考《费曼物理学讲义3》和《量子计算和量子信息（一）》）。首先，对于电子量子的行为，我们仍然可以用类似的图形表示：
图3-6 描述量子行为的复数概率图
与上图的不同之处就在于所有边上的条件概率都不再是一个[0,1]内的实数，而是一个复数，也就是这些条件“概率”可以写成复数的形式：
（3） 这些复数“概率”有一个学名叫做概率波振幅。你一定会好奇怪，为什么要写成复数呢？a和b分别表示什么意思？i又表示什么意思？对不起，估计没有人知道这个问题的答案，这恰恰就是量子力学困惑那么多物理、数学大师的地方所在。不管怎么样，物理学家告诉我们，只要你假设电子的概率可以取复数，那么概率的那些运算法则对概率波振幅都成立。比如，我们可以计算出电子到达C点的概率波振幅：
（4） 量子力学还告诉我们，这个概率波振幅虽然满足概率运算的一切法则，可我们并不能直接观测到它，而只能间接地通过概率推测出它来。也就是说，我们在C点观测电子的概率是C点概率波振幅这个复数的模的平方，即：
（5） 让我们再来考虑在A点对电子的观测行为。首先，我们在A点观测到电子的概率是：
（6） 其次，量子力学还告诉我们，一旦我们知道了电子到达A点的概率，电子的状态就会发生严重的扭曲变形（也就是观测行为会影响电子的状态），使得电子在整个行程中的状态都会发生变化。当在A点观测到电子的时候（概率是PA），概率图转变成(a)的情况，当在B点（概率是PB）观测到电子的时候概率图变成(b)的情况。
图3-7 观测后的两张图
这样，综合(a)、(b)两种情况，只要在A,B发生测量，那么在C点观测到电子的概率就变为：
（7）这样，对于任意的四个复数 ，有：
（8）所以在中间AB屏测量电子的行为会严重干扰最终在C点测量粒子的概率。 为了让我们对这种复数的运算有更清晰、直观的认识，让我们来考察一种特殊的情况，即让AC和BC的概率波振幅相等：
（9）这样，我们可以计算得到：
（10）其中*表示复数的共轭运算，而： 
（11）比较这两个式子，我们发现，关键的因素就在于PC和PC’相差一个项： 
（12）这一项在量子力学中称为相干项，也就是互斥的两条路径OàA和OàB会发生相互干涉，使得最后的测量结果发生偏差。我们知道由于Cos函数可以取正值或者负值，所以最终的PC有可能大于PC’也有可能小于它。5、量子测量理论
以上，我们把概率的运算全部复数化就得出了量子概率的计算结果，这种计算结果反映出一种观察者的测量作用对系统本身的干扰作用。冯.诺伊曼为量子力学建立数学基础（参见von Neumann 著《Mathematical foundations of quantum mechanics》）的过程中采用了略为不同的方法。首先，冯.诺伊曼没有定义一种关于复数的概率运算法则（事实上，上面讲述的复数概率运算思路属于物理学家费曼的路径积分法），而是扩充了系统的状态、事件以及事件运算法则等概念，也能得到和我们一模一样的结果。 但是，在冯诺伊曼的体系中，他明确提出来了一种测量运算的概念。所谓的一次测量就是指希尔伯特空间上的一个厄米(Hermite)矩阵，将这个矩阵作用到系统的状态上便能得到系统测量完后的结果，并且也能得出观察者所能得到的事件的概率。 与我们上面所说的可交互性不确定性解释不同，冯诺伊曼的解释更偏向电子在被测量之前根本就不是一个电子，而是一种充满着各种可能性的概率波，在被测量的一瞬间，这个概率波才从一个可能状态转变成了一种观察者已知的确定状态。换句话说，电子在被测量之前根本就不存在！一切关于电子的状态信息都是我们观测到的结果。 J.A. Wheeler曾经在他的著作Quantum Theory and Measurement中提到了一个非常有趣的21问游戏的例子来说明量子测量理论。所谓的21问游戏是这样的：我随便想象一个人，然后你可以问我任意的问题，但是我的回答只能用“是”和“否”。比如我想好的人是希特勒。咱俩的对话如下：你：这个人还活着吗？我：否你：他是男的吗？我：是你：他是中国人吗？我：否……你：他是希特勒吗？我：是就这样，如果你能够通过问21个问题而猜出最后的答案，那么你就赢得了游戏。 在经典的概率世界中，我想好的人是一个确定的人。但是在量子的世界中，我开始并没有想好一个真正的人，也就是说那个人一开始并不存在。然后，你开始问一系列问题，我用一串随机的是和否来回答你，但是要保证前后回答的逻辑连贯一致性。当一串问题问下来，虽然我的头脑中开始的那个人物并不存在，但是由于我的回答需要保持逻辑连贯性，因此我的看起来随机的回答就会被你的问题本身而塑造、确定。最终，我很有可能被你问出来一个希特勒！ 在这个小游戏中，每一个问题就相当于一次量子测量，所谓的真实答案并不是一个客观存在的预设，而是不断被这一次次的测量塑造而成的。6、走向宏观世界
也许大多数人对于刚才所述的量子的古怪行为还算能接受，因为那毕竟发生在离我们非常遥远的微观世界中。然而，我写这篇文章的一个主要目的就在于将量子力学应用于宏观系统之中。我认为，我们身处的复杂系统到处存在着观察者的测量与被观测系统相互耦合的情况。 比如，J. R. Busemeyer 和Z. Wang就发现人类的决策就是一种类量子行为（请参看这个PPT），即可以用量子概率描述的宏观系统。他们设计了一组人类行为学试验，让人类被试作出类似电子的决策。 首先，他们让每个人类被试观察下列一组头像图片：
图3-9 人类被试的决策行为
被试的选择行为就相当于电子通过双缝的行为。试验员询问被试的问题就相当于对被试进行测量。第一组试验要求被试直接做出朋友或者不是朋友的选择就相当于在最后一个屏的地方测量电子，而不管被试是把这张脸分类成好人还是坏人。假设在这种情况下针对某一张脸测得是朋友的概率是P(F)。 在第二组情况下，试验员相当于进行了两次连续的测量，首先让被试做出分类为好人还是坏人的测量，之后再作出是否把此人当作朋友的测量，在这种情况下测得的朋友概率是P’(F)。 假如人类的决策是按照经典概率运算的法则，那么P(F)就应该等于P’(F)。但是J. R. Busemeyer 和Z. Wang却发现试验结果是P(F)>P’(F)。 假如按照量子概率法则对人类的决策行为却得出了很好的解释，这说明，我们完全有可能用量子概率的运算法则描述宏观的人类决策行为(参考此文)。 实际上，近年来把量子理论应用研究各种各样的复杂系统中的工作越来越多（参见Quantum Interaction的论文集）。还有相当多的学者研究如何将量子概率理论应用于复杂金融系统中，参见：《Quantum Finance》以及：《金融物理学》。7、统计物理的精髓：观察者的信息
量子物理通过测量把隐藏在幕后的观察者搬到了前台，这是毋庸置疑的。但是，当我说统计物理其实也隐藏着对观察者测量作用的描述的时候，恐怕很多读者就会不同意了。实际上，我们将会看到，统计物理学之父——玻尔兹曼的一个最大的贡献就在于他发明了基于观察者的粗粒化方法，从而最终发现了观察者测量作用的一个非常重要的结果：忽略信息。 在这里，我们不对统计物理的细节进行过多说明，感兴趣的读者请参看我曾经写过的科普文章：生命之流5 。我只是想引起大家注意的是，玻尔兹曼为了推导出气体分子的速度分布规律，引入了一种被后来称之为粗粒化方法（Coarse graining）的操作。如下面的两幅图所示：
8、从强力法则到标度不变性
近些年来越来越多的人把统计物理用于研究各式各样的复杂系统中，并发现了一些普适的规律。例如，经济系统中，如果把一个人所拥有的财富量记作x，拥有这么多财富量的人数记作p(x)，那么实证数据表明p(x)~x-1.5，这被称之为帕累托律（Pareto Law）。在一本英文书中，如果把某一个单词w出现的次数记为f(w)，将所有出现过的单词按照f值的大小排序，记r(w)为该单词w在排序中的序数，那么f(w)~r(w)-1，即w出现的频率与它的排序r呈反比，这被称之为Zipf律。还有城市的人口，地震的规模都呈现相似的分布特征，这被称之为幂律现象（Power law）。根据这个英文名，我则戏称这个法则为强力法则。 之所以称这些规律为强力法则，更主要的原因是这种现象在复杂系统中的普适性，从细胞生物体，到互联网，再到人际交往关系，幂律现象比比皆是（有关幂律的讨论，请参看计算士的科普文章：涌现4）。 进一步，人们发现，这些普遍存在的幂律现象背后有一种更深层次的普适规律，也就是标度不变性。为了解释这种标度不变性，让我们用分形的例子来说明：
9、测量——联系空间标度和时间的纽带
为了更清楚地看出从观察者的角度出发来重新审视各种物理问题的重要性，让我们考察另外一个例子。
这张图表示在不同的尺度下对粒子所在位置进行测量。在1/2尺度下，询问粒子是在左侧还是在右侧，在1/4尺度下再次询问粒子在左侧还是右侧。其中箭头的方向表示测量所蕴含的因果方向，也就是如果我在1/2尺度下测量知道粒子在左侧，那就意味着该格子在1/4尺度下测量粒子要么在左侧要么在右侧。我们可以考虑一个类似的在时间上进行的电子双缝试验，如下图：
假设电子经过一系列装有双缝的屏幕从右侧飞向左侧。观察者从左侧往右侧测量，也就是说，观察者先要确认在最左侧的一步电子经过了左侧的缝隙还是右侧的缝隙；然后在获得了消息之后，再询问电子上一时刻是飞过了左缝还是右缝，然后再询问……。图中的实箭头表示电子的“运动方向”（根据量子力学，电子应没有运动轨迹，箭头仅仅为了表示方便），图中的虚箭头则表示观察者询问问题的方向。比较这两张图我们发现，他们在观测的结构上是完全等价的。
也就是说，在空间不同标度上对电子位置的测量完全等价于在不同时刻对一个电子经过若干双缝的情况进行测量。同时，我们还应注意到一个非常重要的事实：时间等价于观测标度的对数（参加两幅图上面在不同节点的数字标注）。 一旦我们将这两种描述联系起来，我们将有可能建立起量子概率和分形几何之间的深刻联系，从而可以互相借鉴对方的工具。比如，分形中的标度不变性就对应了在时间上测量的不变性。根据量子力学我们知道，任何一种时空上的对称性结构就对应了一种守恒性。所以，时间对称性结构自然会要求能量守恒。而我们看到了标度不变性与时间不变性的关系，那么也就意味着我们可以在标度的变换中找到某种守恒量，也许这种量可以称之为标度的哈密顿量，它在任何一种标度中都是守恒的。 总之，我们可以把量子测量理论中的很多概念平移到空间尺度的测量中，这就可能为复杂系统建立一套基于观察者的测量理论。 通过上面的论述，我们已经学会用一种从科学的背景——观察者的角度出发来看待现代物理学的本领。渐渐地发现，如果放弃真实不变的世界的说法，我们不仅得不出任何自相矛盾的结果，反而得出了对这个世界更加简洁而深刻的描述：观察者无论在时间还是空间上去测量，都会得出相似的结论（标度不变性和时间不变性）。10、熵——对观测自身的测量
刚才的讨论仅仅局限在观察者对外在世界的测量，其实观察者还会对自身构建的世界进行测量。回想图2-2，输入给测量的信息不仅来自于非我的外界，还来自于我的内部世界。从内部世界的角度说，一次观测可以表示成下图：
单从观察者的角度看来，一次测量过程不仅仅是把所谓的“真实”映射为他头脑中的真相，而且也是观察者“任意创造”出来的可能性世界到真实观察世界的一次映射过程。如上图所示。这张图刚好描述了图2-2中从“我”这里输入给观察的信息。也就是说，在一次真正的观测之前，观察者的头脑中闪现出各种各样的可能想象。而一旦作出观察之后，所有的想象都灰飞烟灭了，最后只能塌缩成一种可能性，即观察者感受到的真实。这种从可能世界到真实世界的转化过程恰好跟重要的物理学量：熵，联系到了一起（参看《生命之流5》）。
我们不就具体计算进行过多讨论，而只做出定性上的说明。观察者头脑中的可能世界决定了观察者会怎样进行测量得到有效的信息。可能性的世界越大，观察者就会寻问越多的问题。假设观察者在每次测量中都询问系统一个是否的问题，从而得到反馈的测量结果，那么，熵就对应了这些有效测量的次数。 从时间的角度来看，如果观察者的测量结果没有发生任何改变，那么熵也不会发生变化。所以，熵的变化与测量结果的变化深深地联系了起来。按照客观时间的观点（即存在着一个客观流逝的时间），时间上的每一次测量并不一定返回完全不同的结果，所以熵的变化也是不均匀的。但是，从观察者的角度来说，只有测量结果的变化才是真实的，所以熵增恰恰反映了一种真实的变化。也就是说，在观察者看来，熵的均匀变化定义了一种主观时间。 熵其实可以看作是观察者对自身测量结果的一种测量。也就是，熵的变化衡量了观察者的一系列测量动作的效率。也正因为此，熵这个物理量具有很强的自指性。11、小结与展望
本章站在观察者的角度重新看待现代物理学的两大分支：量子力学和统计力学。我们发现，与其说这两套学说是在发现客观世界的一些本质规律，还不如说它们发现的是观察者观测世界的各种现象和规律。量子力学已经把观察者的观测行为作为一个明确的假设放到了整个力学框架范围内，而统计物理中最重要的两个概念：标度不变性和熵也刚好是在描述观察者的观测行为。所以，采用观察者的视角来重新看待整个现代物理是再合适不过的。 当然，物理学的分支还相当庞杂，但是几乎所有的物理理论的根源都可以归结为某种观察者效应。例如，相对论中的相对性原理可以归结为观察者在不同的运动参照系下考察物理规律的不变性；力学中的各种对称性（空间对称、时间对称、旋转对称）都可以看作是观察者对于对称的偏好等等。 然而，物理学自从发现了量子力学以来就开始变得与众不同了。原因在于，观察者作为一个显式的因素被放到了理论框架中来。在此之上，量子场论以及量子引力等理论又进一步发展了量子力学。从观察者的角度来看，笔者认为这些更深层次的学科的意义也就在于进一步放松客观世界的假定。在量子力学中，虽然电子在被测量到之前已经不被视为一种客观实在的粒子，但是，毕竟我们还需要一个客观的波函数来描述电子的状态。我认为，到了量子场论的地步，即使波函数也会进一步消失，我们完全没有必要假设有一个客观存在的对应着电子的波，因为场论中涵盖了粒子的生灭过程。也许到了量子引力和终极理论那里，客观世界唯一的影子也不需要存在了，最终物理学将证明，一切都源于虚无。 然而，本人毕竟不是搞物理的，我也对这些进一步的物理问题兴趣不大，但是，我确信观察者理论对于这些问题具有一定的独特性和穿透性。希望对此理论感兴趣的朋友能够将其在物理学中的应用发扬光大。 未完——待续…… 观察者宣言1——同一观察者与客观唯物主义 jake 发表于 2009-2-5 13:17:14 http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=9658&user=jake思维就像生命一样，需要有张有弛的呼吸才能产生新的成长。这段时间，给自己发了一段长假，然后使劲儿的补了一些非常不熟悉的知识（主要是量子物理），然后就是享受孤独的一段时间，在这一张一弛之后，果然碰撞出了一些智慧的火花。主要仍然是在观察者这个思路上的孤军奋战，还好，我现在已经慢慢缕出了一个方向，希望沿着这个方向，能切实把观察者思路变成一个系统科学的原创性思想。
我所说的观察者究竟是指什么？
如果你看过这里面的几篇文章之后：
http://www.swarmagents.cn/bs/membership/showelite.asp?user=jake&cid=20一定会有一种感觉，就是我的思维混乱，含含糊糊。因为，之前的文章中，我始终没有告诉你究竟这个观察者是谁？尤其在这篇http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=9036&user=jake&cid=20 中，观察者可以是一个人，可以是一个社会群体，可以是一个小虫子。那么，我们这套观察者理论到底在描述什么呢？现在可以肯定的是，所有这些观察者，从最本质的一点看，其实都是同一个事物。
假期到越南、广西等地玩了一圈，是跟团的，所以有2/3的时间是在大巴上度过的。别人都在睡觉，而这成了我宝贵的看“杂书”的时间。就在这一路上，我啃下了一本书，叫做《超越死亡》，作者肯.威尔伯被称为当今意识界的爱因斯坦。他试图结合西方的人本心理学和东方的神秘主义，所以在本书中，有大段是威尔伯对佛教的认识。其中，他提到了一点是跟我们这里的观察者理论密切相关的。
肯说，当我们追问什么是自我这个问题的时候，我们实际上的确会不断逼近体会到那个最终观察者的真相。显然，自我并不是指我的身体，而自我也并不是指我头脑中的记忆，也不是我对未来的期望，所谓的自我永远就是那个感知的主体，也就是一切动作的发出者和感受者，同时也是一种纯粹的时间上的流动。自我永远只有当下，因为自我就是当下，他没有过去（因为在自我看来，过去不过就是储存在头脑中的信息），也没有未来（因为未来也不过是一种可以引导自我作出决定的信息罢了）。因此，这个自我就是无时无刻不断感受当下的那个观察作用本身！
既然自我就是观察作用，那么，肯进一步说，在这一点上，你的观察、我的观察，甚至任何一个人的观察，任何一个小虫的观察、任何一个宇宙的观察其实就都是指同一个观察。所以，万物都有佛性的进一步推论就是所有的观察作用本身都是同一的。在观察这一点上，我和你并没有不同。（这的确能解释让我困惑很久的他心通的本领，因为我的心就是你的心，也就是他的心！）
对于观察者理论来说，其实我们要研究的那种实实在在的观察也并不需要进行分类，所以，说我的观察，你的观察，社会的观察、小虫的观察并没有任何意义。我们研究的观察作用自然就是宇宙中一个共同的东西：观察！之所以我们会区分出小虫观察者、你和我不一样，并不是我们的观察不一样，而是观察到的东西不一样。
弄通了这一点，可以消除观察者理论的第一大障碍，即我们不再区分观察的主体，客观唯物主义与主观唯心主义的隔阂也就被抹平了。因为之所以我们会坚信有一个外在的客观不变的世界，是因为存在着同一个观察主体作用，而这个观察主体作用到外在事物上能够体会到的性质就衍生出了这个世界的客观性。之所以，你和我以及一切地球人都会认同有一把椅子的客观存在，是因为你和我以及所有地球人这个观察者是同一的，所以，椅子就是可以作用到这个观察者上面的唯一感受。所以，我们不需要做出椅子客观存在的假设就能用观察者思路解释清楚了。
观察者宣言2——量子物理新解jake 发表于 2009-2-5 13:17:57
http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=9661&user=jake观察者理论是不是也是这样一种说出来玩玩的空泛哲学呢？相信我，我跟你一样厌烦空泛，不过我的确希望观察者理论不是，希望它即将跟实实在在的科学接壤，开放出真正的科学花朵。
我们如何为观察者理论找到科学的基础呢？答案不在别处，就在量子物理之中。要理解这一点，首先要理解三个世界：数学柏拉图世界、客观物理世界、主观意识世界。
1、为什么会有物理和数学？
这段时间读的第二本巨著就是罗杰.彭罗斯写的《通向实在之路》，这是一部新的即将成为经典的巨著，希望感兴趣的朋友们可以一起来读一读这本书。书中一上来就提到了三个世界的问题，很耐人寻味：
其中，每一个世界都是另外一个世界的一部分，同时包含了下一个世界。解释起来就是，我们人类的心智是一类特殊的物理现象，所以它是物理世界的一部分，而数学又是我们人脑的特殊产物，所以数学世界是人类心智的一类特殊产物，而我们已知现实世界的物理规则仅仅是很多种可能的数学规则（虚拟世界）之中的一种，所以数学世界包含了物理世界。
正如爱因斯坦所说，最让人困惑的就是这个世界是可理解的。按照我们观察者的思路，并不是因为世界是可理解的，而是因为观察者的观察作用本身是同一的，它有着很多深层次的共同结构，所以，当这种观察作用作用到外在物理世界的时候，就会产生同一的客观规律，这便有了物理规律，而描述这种规律的语言就是数学。所以，按照我们的说法，并不是客观物理世界天生遵循物理规则，而是观察者观察作用的同一性，而必然产生一种共同的描述客观世界的规则体系，这便是物理。
举一个例子可以说明上面的观点，在理论物理中，牛顿力学可以被归纳为更高层次的哈密顿力学（分析力学）。从哈密顿力学出发可以导出所有的牛顿力学。而哈密顿力学中一套最美的理论就是，一种对称性对应了一种守恒量。比如，因为物理规律在时间上对称，则通过哈密顿力学，能量就必然守恒，再如，因为空间对称，所以有了动量守恒。与其说对称性是大自然具备的一种属性，不如说对称性是观察者的一种偷懒的倾向（因为有了对称，观察者就可以对客观事物进行更加简约的描述，观察者显然更喜欢描述一个对称的球，而不是一个坑坑洼洼的奇形怪状的东西，所有对称可以让观察者用更少量的信息去描述世界。所以，观察者总倾向于抓住大自然中对称的现象）。于是，观察者对对称性的倾向就导出了能量、动量的守恒定律。也许你会奇怪，没错，我要说的就是：能量守恒、动量守恒，以及角动量守恒，就是一种完美的人造物！是观察者幻化出来的东西。不过之所以这类人造物非常伟大，就是因为创造他的观察者不是具体的张三、李四，而是那个大有或者叫同一观察者！请看我的上一篇关于观察者的文章。
因此，总体来说，我们可以按照观察者重新把上面的三个世界的图解释为两个世界：
观察者<--->被观察的信息
所以，我们可以忘掉为什么会有物理世界，为什么会有数学的柏拉图世界，剩下的仅有一个空空洞洞的观察者的观察作用，以及他所感受到的信息。一切彭罗斯图中的不可理解的事物都可以利用这个新的关系展开理解。包括为什么会有费马大定理，歌德巴赫猜想等等玄乎的东西，他们都是万有观察者的“心智”产物。
2、量子物理新解
既然我们抛弃了实在的客观世界的说法，取而代之的是被观察的信息世界。那么，我们如何来看待经典物理和量子物理呢？从信息的角度看，我们都知道，一类信息是不易变化的，我们冠之以Hardware，另一类则是容易变化的，我们称之为Software。把上面这段话翻译为我们熟悉的物理的说法，Hardware对应的就是经典物理所涵盖的世界，因为在这里面观察者对这类事物的观察作用不会改变事物本身，就仿佛软件不能改硬件一样。而量子世界就是Software的世界，也就是观察者的观察作用会直接影响的事物。这样一来，我们对量子物理有了崭新的认识，也为新的理论突破奠定了基础。
量子力学是一个怪胎，因为生育他们的父母本身并不喜欢这个孩子。无论是爱因斯坦，还是薛定谔都认为这套理论不够优美，一定存在一套更美的理论。读《通向实在之路》更有这种体会，甚至彭罗斯一直想找到一套更完美的量子引力理论，把临时性的量子力学重新改写，尤其是量子世界中的测量难题。
说句实话，我打心眼里觉得西方的大物理学家们钻这个牛角尖有点不明智。玻尔当年在给出传统的歌本哈根解释的时候据说就是受到了东方哲学的启发，现在的物理学家们就不想想这个最搞不清楚的问题一定是西方哲学失灵，东方哲学开始派上用场的起点了！
对量子基础理论有很多种解释，我就不一一列举了，但我似乎还没有看到一种直接从观察者角度给出的解释，并把这一原则坚持到底。在我看来，量子物理中的一切难题之中，就是因为测量或者观察作用本身会改变事物的原本状态。所以，量子物理很好啊，它并没有毛病，它成功的解释了在微观粒子世界，那种测量会改变事物状态的软件的行为。
这种认识还让我们进一步有理由相信，西方量子物理已经为我们的观察者理论铺平了道路，泛化的量子理论一定可以用来描述一大类观察作用会改变事物本身的现象。也就是说，我们一定要解放思想，认识到量子物理并不是仅仅描述微观粒子世界的，它描述的是所有的那些观察作用会对被观察事物造成明显改变的一大类行为。这种认识也让我们对将量子理论扩展出来描述复杂系统充满了信心。
3、测量、物理量与算符
让我们近距离看看究竟量子物理是如何描述观察改变事物的。（量子物理我也是这两天才看的，认识不深只能谈一些粗浅的认识）。
在量子物理之中，观察作用被称之为测量，所以下文中谈到的测量(measurement)一词等同于我们常说的观察。
在经典物理中，我们已经习惯于谈论一个客观物理系统的物理量，比如质量、能量、速度等等。由于经典物理中测量这些量本身并不改变他们的被测值，所以我们可以肆无忌惮地讨论一个物体的质量、能量、速度等等。但是到了量子这里，所有的物理量，都一下子莫名其妙的变成了算符。比如能量就变成了哈密顿算符：-ih partial/partial t （对t的偏导数）。因此当我们求得一个量子系统的某一个物理量的时候就是要去解一个所谓的本征方程，他们普遍具有下面的形式：
D u = d u
这里面D就是一个算符，而d就是一个实数，u是描述物理状态的波函数（后面还会详细讨论波函数）。翻译成人话就是，如果我们要测量某一个物理量，那么我们就要对客观物理对象（波函数）实施一定的测量，这个测量就是一种操作，即算符D，从而我们得到了一个或者一些测量值d。所以，在量子物理中，测量本身已经包含在了算符之中，即它就是对系统的一种改变。算符即对被测系统的改变或者操作。
4、波函数与量子概率
要真正理解量子物理，必须要深刻理解波函数的含义。我们知道，量子物理描述的是一类观察测量会改变事物本来的故事。要对这一类“软物质”进行刻画，我们不能用传统的量，而必须用一种奇奇怪怪的东西来刻画：波函数。一般来讲，波函数有下列形式：
u(x,y,z,t)=a(x,y,z,t)+i b(x,y,z,t)
也就是说它是一个关于时间和空间的函数，同时它还是一个复数。所以波函数又是一个四维空间里面的复数场。可是，它究竟意味着什么呢？
《费曼物理讲义3》告诉我们，我们可以把波函数理解为一种概率。这样，波函数遵循着与经典概率完全一样的运算法则。比如，我们考虑一个量子双缝试验，打到屏幕上的电子可能走很多不同的路径，一条路径可能穿过缝隙A，另一个可能穿过缝隙B，那么量子的总的波函数就是两种路径波函数的加和。这就像经典概率中的加法运算。同样，如果一条路径可以分成多个小段，则总的路径又是这些路径小段上面的波函数的乘积。
最后，观察到粒子在某处的概率可以通过对u求模的方法得出。这类运算在量子力学中叫做波函数的塌缩（collapse）。所以，总体来说，波函数与经典的概率有很多相似之处，但二者又有本质的不同。与其把波函数理解为一种特殊的现象，还不如把经典的概率理解为是量子物理法则的一类特殊现象。
也就是说，原则上讲只有用复数表达的概率才更本质，经典的实数概率论仅仅是复数概率的一个特例。即，本来概率这件事儿就该用复数来说的。
我们都知道，概率本身并不是一个清晰的概念。因为自古就有主观概率和客观概率之争。我们知道一枚硬币正面朝上的概率是1/2。但这个数字1/2是什么意思呢？客观概率解释说我仍100次，毕竟有50次朝上。但主观概率解释道，可实际上当你判断一枚硬币的时候，你并没有作100次实验，那么这个1/2如何来的？主观概率解释说，这个1/2不存在于外物，而存在于你的心里。也就是说，你有1/2的可能性相信硬币会朝上。
所以，我们看到，概率这件事儿本身就有两重身份，即客观性（对过去做过了大量实验的一种认可）和主观性（主观对它的偏好）。这样，直观想也能想到，这恰恰应该是复数的用武之地。因为复数本身就包含了实部和虚部。
其实这并不是什么新鲜事儿，因为量子概率（Quantum probability）早在1980年就已经被数学家提出来了，大家可以找一下相关的资料。
5、i，测量与量子信息。
所有一切的神秘性都蕴含在了虚数i里面，即i2=-1。因为我们对现实世界的测量过程本身被定义为波函数塌缩的过程。这个褟缩过程本身就仿佛是一盏聚焦的聚光灯，它找到了哪里，哪里的波函数就开始从复数态坍塌成一个具体的概率。
所以复数a+bi本身就包含了观察者与被观察事物两者的共存体，虚数世界也许可以解释为观察者对事物的影响的世界。坍塌的过程就是由虚转实的过程，也就是观察者得到了具体的观察结果。
但这仅仅是一种解释。我们也可以把虚数i解释为未来对现在的投影，这样a+bi就表示了过去和未来对现在共同的作用。而坍塌过程就是指当下，即未来与过去在现在的交汇演变成唯一的真实。
这里什么未来了，过去了看起来很玄乎。其实，在量子世界中，这一点都不玄。因为量子世界充满了这种东西，比如狄拉克的反电子就可以有多种解释，其中一种解释就是未来的电子对现在的一种影响，即一种倒转的因果箭头。而生命之中也充满了这样的现象，比如我们可以把人的愿望、预期等等就看作是未来对现在的影响，因为你头脑中的愿望和头脑中的历史过去一样会对现在的决策产生影响。
总而言之，一切我们不熟悉的反因果性规律都被包含了神奇的复数i之中了。
要想让这一切奥秘变得有意义，就必须要对量子信息的概念有深刻的理解。按照我们刚才的叙述，我们完全可以从信息的角度来重新审视与观察者相耦合的信息世界。这恰恰被量子信息这门学科所描绘。现在量子计算、量子信息是一门很热的学问。大多数人都以为这些看似空中楼阁的理论离我们太遥远，仿佛它说的是一个遥远的微观世界，但我们现在越来越清醒的认识到，其实量子信息是量子力学可以腾飞的起点，就像牛顿力学方法可以腾飞去创建新古典经济学一样，量子力学也可以腾飞来描述复杂系统，而这个腾飞的起点就是量子信息。观察者理论也就找到了自己的立足之处。
说到这里，我忍不住又要提一下冯诺依曼这个人，现在从各种文献的种种迹象表明，冯诺依曼可以看作是量子信息的鼻祖。在传统的物理学人看来，冯诺依曼顶多是一个技巧高超的智者，而不是富有思想内涵的人，他在量子物理中引入了很多聪明的技巧，但是像彭罗斯这样的人看不起这种技巧，因为他觉得冯诺依曼并没有从哲学上理解量子物理。但是，在我看来，种种迹象表明，冯诺依曼当年已经深刻意识到从观察者思路看待整个量子物理的重要性，他曾从很多侧面描述道，“我们为什么不把熵理解为一种对人心理状态的反映？”，“我们如何结合图灵的计算世界和申农的信息论？”，还包括他提出的“密度矩阵”、“量子信息熵”等概念其实都将成为观察者理论的先驱性结果。希望各位看到这篇文章的人能撒开大网寻找这里面的东西。因为我对这些领域也不熟。
6、世界就是这么奇怪！
总结来看，我真的被我自己的思路震惊了，但是我感觉到有一种强大的推力迫使我不断接触这些新鲜的领域，这种推力就是基于观察者的理论体系。
首先，我们必须要建立起一个信念，即我们可以为观察者理论找到科学基础。观察者理论并不像他的名字那样，看起来像是一种反科学的、主观判断的理论体系。恰相反，它描述的是一套最本质、最真实的宇宙大本体：观察作用的本质。所以，我们说的观察不是指张三根据自己经验的观察，也不是他对外在事物的主观臆测，而是一种凌驾于所有具体人，又被所有人共同拥有的那种观察能力的本性，它是同一的，绝对的。所以，它是可以被科学来研究的。在宗教中，这被称为佛性、觉知能力等等。
科学的发展即将面临一次全部的升级，我们暂且称其为科学2.0。科学1.0的基本假设是存在一个不变的客观世界，科学的任务就是要找出制约这个不变的客观世界的根本规律。
与其对比，科学2.0认为，一切的根本并不是一个外在的不变的客观世界，而是一种不变的观察者以及观察的规律，她的任务就是，把这种观察者的规律找到。
用个形象的比喻来说科学1.0到科学2.0的本质变化，科学1.0想穷尽物质世界，于是发展出了大套大套的理论，甚至物理学家觉得自己快接近宇宙的终极规律了。但他们却忘记了宇宙中还包括一个问问题的人！在科学1.0描绘出一副完美的画卷的同时，这副大画的阴影部分已经呈现给了大家，这个阴影恰恰反映了观察者的蛛丝马迹，如果说观察者理论诞生于中国的话，那么我们这些人就是那些盯着阴影看的人。
我不喜欢向外探求，不想把观察者理论与所谓的意识研究、特异现象等东西联系起来，我更喜欢用新的视角重新看待老的科学规律。就这样，我们找到了量子物理与观察者理论的联系。量子物理虽然发起于对微观世界的研究，但他背后的数学规律却蕴含了一大堆观察者与被观察事物相互耦合的现象和规律，因此，对量子概率、量子信息的研究必将能用来更好的构建观察者理论。
观察者宣言3——回到复杂系统jake 发表于 2009-2-5 13:19:37
http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=9664&user=jake回顾这个论坛的讨论历史，你会发现我是个花心儿大萝卜，从Agent，到人工智能，再到生物学，又到统计物理，现在又到了量子物理，我一而再再而三的变化我感兴趣的领域。其实，所有这些变化背后都有一个共同的原因，这就是我希望为复杂系统研究提供真正的理论基础。所以，我始终思考的问题就是系统科学的问题。
那么，如何把观察者、量子物理方面的想法与复杂系统结合到一起呢？我们已经看到，量子物理描述的是一类“软物质”，也就是那些观察和测量作用会很容易对事物本身造成影响的东西。如果抓住这一点不放，我们就不难发现，其实这类东西可以扩展到复杂系统之中。
1、复杂系统与观察者
当我们对外在系统进行分类的时候，会发现有两类系统，一类被称为死系统的系统，比如一架波音飞机，你不能说它不复杂，因为造出这样一架飞机绝对是一个复杂的系统工程，但是它决不是一个有生命的系统。另外有一大类系统就是我们常说的复杂系统，它们是活的、有生命的系统。
其实这种活的、有生命的系统的说法和复杂系统一样不本质，复杂系统之所以复杂背后的本质应该是，对这类系统的考察已经不能再忽略观察者的观察作用了。一方面，观察者的观察作用本身会影响系统的改变，另一方面，观察结果本身又依赖于观察作用。
说的浅显一些，所谓的复杂系统应该是我们不能忽略观察者的观察、测量的系统，也就是观察者与事物耦合在一起的系统。
比如，复杂系统之中的分形结构，这类事物虽然不像股市那样明显受到观察者的影响，但是它的确不能再忽略观察作用本身。比如，当你用不同的观察尺度（测量尺度，就是测量工具的精细程度）测度海岸线长度的时候，你就会得到完全不同的总长度。测量结果是典型的依赖于测量精度的。所以无论你从哪一个尺度来看系统，你都得到相似的结果。请参看文章：http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=9107&user=jake&cid=20
再比如说股市就是一个典型的例子，为什么现在越来越多的人开始说“看不见的心”对股市的作用很大呢？原因就是股市的价格典型的受观察者共同感知作用的影响。这里面，自我实现的预言和自我毁灭的预言共同起作用。你对股票价格的预期直接决定了这支股票的价格涨落，观察者的作用直接决定了系统的动态。
最后让我们看看生命系统，什么是生命的本质？对这个问题的理解我耗费了将近5年的时间，我曾一度把怪圈和自指看作是这类系统的本质。直到有一天，我开始习惯用观察者的思路想问题之后，突然意识到所谓的自指就是这个系统与它的观察者进行沟通的一种通道。也就是说，一个包含着自指结构的系统其实就是一个能够聪明地“操作”观察者的系统，因为它会“知道”观察者在看到了这种自指结构之后的反应，于是让观察者产生出这种系统之中内部包含了一个观察者的幻觉。
所以从观察者和观察的角度看，从分形到生命系统，我们看到复杂性一步一步在升级，系统与观察者的耦合也一步一步在升级，先是测量本身会影响观察者的测量结果，后是测量不仅会影响测量结果，而且测量会改变被观察事物，最后这个被观察事物不仅会感知到观察的存在，而且会“聪明的利用”观察者的观察作用，甚至“控制”观察者，让它产生生命的幻觉！
3、引入量子物理
当我们清楚了复杂系统就是一类不再能忽略观察作用，观察者与被观察事物深刻耦合在一起的系统之后，我们也就清楚了，引入量子物理是一种必然的趋势。就像我的上一篇文章所说的，当人类观察的触角碰到了微观世界之后，人们已经清晰地看到了自我观察作用的边缘，就仿佛照到了自己的镜子。所以量子物理本质上讲并不局限在微观世界中，而是对那类不再能忽略观察作用的描述。所以，把量子物理扩展到复杂系统之中也就势在必行了。
现在已经有一些文章和书籍在讨论如何把量子物理用到复杂系统之上了，虽然我还没有看那些书，也不知道们是不是从观察者这个角度给出应用量子理论的原因的，但是在我看来，这套信念和哲学是最合理的解释了。比如我手头就有一本书，叫做《Quantum Finance》（还没来得及看）。量子物理真的能在金融市场之中奏效吗？为什么不？其实，与量子世界一样，现实中的金融市场充满了令人费解的反因果性、自我实现的预言等等。而且这类反常现象背后又有着可以用量子概率解释的同一规律，比如价格波动的幂律分布（后面我会详细讨论幂律分布的事儿）。套用一个金融大佬朋友的话说，金融市场中没有过去和未来，只有现在！翻译成量子的话来说，唯一的真实只有塌缩成真实概率的测量结果，过去和未来一样都对现在的塌缩起着深刻的影响。翻译成金融领域的话说就是，现在我们能看到的股票的真实价格实际上是股票的历史价格与人们对该股票的未来价格的预期共同作用的结果。所以，利用量子力学中的虚数波函数来描绘股票再合适不过了。
4、从量子物理过渡到量子信息
这再一次让我们考虑量子物理的数学基础。正如上一篇文章所说，我们有两种角度理解复数a+bi。一种思路是把a看作过去的所谓的“实在”的影响，bi看作是未来对现在的“虚拟”的影响。另外一种思路是，把a看作是客观事物“实在”，bi看作是观察者对事物的“虚拟”想象。无论怎样，就像他们的名字一样，real和imaginary表达了所谓的实在和虚拟共同对当下的影响。（在我看来，过去和未来一样是虚幻的，因为他们都是你头脑中的信息，只有当下才是唯一的真实）。
好了有了这种认识，我们还必须深挖量子物理本身的数学基础所能揭示出什么样的非凡命题。上篇文章已经指出，这里面的关键是要对概率论产生深刻的理解。而概率论又是跟统计深刻联系到一起的，所以我们有理由相信，真正完备的统计理论一定是基于量子的。
其实这点认识也不是我的原创，去年曾参加一个“量子场论”的读书会，给我启发很大。他不仅让我看到量子物理描述的那些古怪的诸如反因果、逆转的时间箭头等等我在复杂系统中看到的东西，同时我还了解到，原来我之前钟爱的统计物理是完全可以从量子场论中得出的。通过一类所谓的“虚实变换”的数学操作，我们可以把量子场论的结果直接翻译为统计物理！由此可见，统计物理的确是二等的理论，它是量子物理的一个推论！但是现在物理学家们似乎对这个问题也是认识不清，我想其原因还在于人们对量子概率的理解不深，而对量子概率的深刻理解又是跟观察者哲学分不开的。
统计物理中的一个学派曾引起了我极大的兴趣，这就是主观统计物理学派，即Jaynes的最大化熵框架。而正是沿着这套思路，让我揪出了量子物理着一大套东西。原因就是，在去年我考察Jaynes最大熵框架的时候，就意识到，从数学形式上看，如果引入复数，这套框架会产生神奇的改变！也许它就能自然导出最大熵产生原理了！这的确就是一种数学直觉！
虽然现在我还没有完全成功，但是我想这其中的前提一定是我们要对信息量，即熵这个概念有更深刻的理解，才能想得出最后的数学框架的样子。按照经典的理解，熵就是观察者作过测量之后所忽略的信息量。那么当我们引入复数概率之后，我们又如何来重新定义熵呢？它有该如何理解呢？进一步，为什么最大化熵可以成功导出统计物理呢？这的确依赖于我们对量子信息的理解，但我对这个领域又不熟。
5、没完没了的幂律！
让我们再次回到复杂系统。我们知道近年来复杂系统的主流研究趋势是重新审视那些实证数据！反复的实证数据都在没完没了的重复告诉我们一个东西：幂律分布！
为什么会有这么多幂律呢？主流科学有一大堆解释，没有一个是让我们信服的，主要是没有人提出一种综合的、通用的理论能对如此普遍的幂律分布现象给出通用的解释。在各种解释之中，最大化信息熵的解释最简捷漂亮。
我们如何得到幂律分布，只要求解下面的数学极值问题就可以了：
max S(pi)=-Sigma (pi Log pi)
s.t.
Sigma (pi Log (ei)) =
这里面Sigma表示求和符号。我来解释一下这两个式子。我们可以考察某个随机变量e的分布，比如说社会上所有人的财富这个随机变量。我们已知这个随机变量的可能取值是e1,e2,...,ei。他们都是常数。就是财富可以是1元，2元，3元，……，100000元等等。那么随机变量e在这些可能取值上的概率是p1,p2,...,pi。式子中
下面我就试图按照我自己的理解给出解释。大家注意在约束条件里面，所有的ei都要取对数Log。所以这个约束条件的意思就是说对所有财富值取对数之后再求平均值是一个常数。我们知道取对数通俗来讲就是求一个量的数量级。比如社会上有各种处于不同财富等级的人，有些人的财富可能是10000元数量级的，所以不管他的财富是10000，还是20000，还是90000，在取过对数之后，他们都是同一个数量级，即都是5位数（因为Log(10000~90000)=5 + epsilon，其中epsilon是一个可忽略的小量）。那么这个约束翻译成人话就是说，社会上所有人的财富在数量级上来讲存在一个平均值。比如说美国的财富数量级的平均值是6位数，中国的是5位数。同时，最大化信息熵的含义就是说，当我们考察一个社会的财富分布的时候，我们并不关心每个人具体的财富是多少，我们只关心平均来讲这个社会的财富所处的财富数量级，所以，这就有很多种财富分布的方式出现，其中最可能的一种，也就是最容易被我观察到的一种分布情况就是最大化熵导出的情况，即幂律分布。
回想一下，在非生命系统中，大量存在着正态分布和指数分布，这些分布也可以从最大化熵框架中求出来，只不过那里面的约束条件是不取Log的。那么为什么在复杂系统中，有那么多幂吕分布呢？他们的成因是什么呢？
我想，观察者的思路能给出最好的解释。为什么会有那么多幂律分布？与其说幂律分布是复杂系统的一种通用属性，不如说它是观察者观察复杂系统的时候的一种通用的模式。因为我们要观察复杂系统，所以对这类系统进行测量不可以再忽略。所以我们每得到一次测量值，就是ei，我们就不能再忽略得到他所花费的努力程度以及存储这个数值的存储空间，所以我们必须去它的对数，来衡量这种测量努力或者存储空间大小。（回想一下，我们要描述一个量m，我们需要使用的磁盘空间就是Log m）。所以，上面的那个约束条件表达的含义就是：我们观察者储存那些测量值的空间总数或者努力程度的总数有一个固定的数值
不过我仍然对上述解释不满意，原因就是这套解释用了太多的自然语言，我更希望从我们前面提到的扩展的量子信息角度来解释幂律分布。我仿佛看到，对某种基于量子的信息熵的最大化能得到一个量子概率分布w=a+bi。这个量子分布的实部，即a满足的是玻尔兹曼指数分布，而虚部b则满足幂律分布。有没有数学高手能到处这样的数学形式？
除了幂律分布之外，复杂系统中还存在一类非常广泛的所谓的幂律关系，它描述的不再是某一个随机变量的概率分布，而是某两个变量之间的幂律关系。比如我们最近非常关心的3/4幂律关系描述的就是生物体尺度(body size)这个变量与他的新陈代谢变量之间的幂律关系。再比如城市的占地面积与城市的人口之间也有着幂律关系。
研究过幂律关系的人都清楚，玩弄这些玩艺儿的一个最好方法就是取双对数，这样我们就能把两个幂律关系的变量变成双对数坐标下的线性关系了！正如线性关系在非生命系统中普遍存在一样，幂律关系也在复杂系统中普遍存在。其背后的原因仍然可以用观察者的思路给出解释。也就是说所谓的幂律关系并不描述客观事物的两个变量之间的关系，它更多的体现为观察者对这两个客观变量测量方面的某种关系。这就给出了取对数Log操作的原因。也就是说Log M（bodymass）表示的就是测量M这个量所花费的测量努力程度，Log F（新陈代谢）表示的就是测量F这个量的努力程度，M与F之间的3/4幂律关系就是观察者测量这两个量之间的努力程度是成比例的。所以，幂律关系反映的就是一种观察者心智上的关系。
到此，我最近对观察者思路的洞察就写到这里搞一个段落了。从哲学基础，到科学基础以及它对复杂系统的作用，甚至包括我能看到的能拿诺贝尔奖的科学突破都已经写到上面了，就看你能不能跟进了！
继续观察者的讨论jake 发表于 2008-8-20 11:10:17
http://www.swarmagents.cn/bs/membership/viewelite.asp?id=8623&user=jake其实观察者这套思路在我的头脑中已经转悠快1年了，始终没有把他总结出来，好好说一说。一个偶然因素，贴了一个帖子想说明熵，结果就把我的观察者思路一下子吐露出来了。相信质疑的人会有很多，收不住了，咱们就好好地讨论吧。
下面是我跟qingtom通的电子邮件，相信他的问题也是很多很多人的问题，我就贴到这里了。
From: "Xie Yan Qing"
To: "jake"
Date: Tue, 19 Aug 2008 23:42:51 +0800 (CST)
Subject: Re: 最近刚刚总结了一下自己的思路，从观察者这个视角也许真能有很大的突破
我有连个问题。一个就是你说"一切的意义，包括生命、智能全部是我们人类观察者赋予系统的"。对这个观点我比较矛盾，又认同，又反对。这可能跟我们对意义的不同理解有关。我承认，从微观的角度讲，比如原子、电子、质子的层面，人的概念是没有意义的。它只是存在。存在是否有意义我不好判断，但从粒子的层面，意义是无从谈起的。但另一方面，生命、智能系统的出现必须要人的参与才会出现吗？我更倾向于生命、智能是系统的一种存在状态，是不以人的一致为转移的，也就是说是客观的。人的作用在于在一个合适的尺度发现了这种状态，或者说人"赋予"了这种存在某种"意义"。但这种赋予意义的动作并不改变该状态的存在和出现。存在是客观的，意义是主观的。我想不管有没有观察者，在某种条件下，系统的演化是有方向的，那种我们"认为"是有意义的状态是必然会出现的。这就像我们去景点看风景，这个叫猪八戒背媳妇，那个叫某某望月。石头还是那块石头，没有人的时候他就是那个样子，只是通过人的想象力的加工，才赋予了它们特别的意义。回过来看你的那句话，忽然有点感觉我是在论证你的观点（当然，是在文字层面），不知你如何理解~~~~。
还有一个问题，就是你说生命，智慧等等都是幻觉。这是我不能接受的。如果是这样的话，就会像因果链一样，必然要有一个第一推动。比如，如果生命真的是观察出来的，那么，第一个生命是在谁的观察下产生的呢？当然，我在这里假设"观察"这个动作是只有生命才能进行的。
你的文章中有一个说法我不是很理解，就是观察导致熵减，或者说观察导致有序。不知你能不能详细说说。
我的回复：
嗯，这套观点是很难接受的，尽管它并不难意识到！
我自己接受这个观点整整花了近4年时间！那时候开始跟你讨论问题的就已经模模糊糊觉到了观察者的作用。只不过，当时心里非常反感和拒绝，呵呵，还包括对人-机结合思路的拒绝，估计你现在仍然反对。后来，在探索过程中，我慢慢认识到一点：“完美的世界是不存在的”，或者说“完美不属于人类”，他只可能属于神、佛等等。所以，我们不可能提出一套完美的理论解释世界，也不可能建立一个绝对智能，堪称有生命的模型！历史上的永动机和我们这里的AI感觉非常相似。所以我认识到人工智能（绝对、客观的）可能就像永动机一样不能实现。（AI和永动机这两者之间的联系不是偶然的，他们必然联系到第二定律上面）。
扯远了，返回观察者，你提到的问题我曾经无数遍想过。我觉得我们完全可以在观察者这套框架下解析它们！关于生命系统，当然出现于人类观察者之前。不过要注意到一个事实：真正的高级复杂生命从数量上是极其微小的！比如，地球上低级的微生物（病毒、细菌）占领了地球的大多数！论繁殖能力，蟑螂远远高于人类。所以，达尔文的理论是解释不通的。尽管高级的生命是陆续出现了，但是低级的生命并没有被环境淘汰！而且，最近来源于Scaling biology的证据显示，随着生命的复杂性升高，他们的个数是随着指数衰减的！这种感觉就像是一个纯随机的系统中（比如细胞自动机），由于随机性，各种Pattern都会出现，有极少数时候，会有一些极其复杂的Pattern出现了，粗略讲，这类Pattern的出现概率会跟它的复杂性呈指数衰减的。所以，我们的现实可能就是一个纯随机的系统，而我们观察到了复杂性和生命，那只不过是我们观察者恰恰对这类复杂的Pattern感兴趣罢了。所以，我们使劲儿盯着生命看，而忽视了更多的随机Pattern，例如细菌、山川、河流。而且，人类现代社会刚好处于一次更大的Pattern的形成过程中，所以我们看到了进化。但是，客观上必然会有衰退的，估计现在已经为时不远了。换句话说，我们已知的秩序、生命，不过是我们观察者认为选择出来的一些随机Pattern罢了。
第二，在生命系统中存在一种最神秘的力量，就是自我！我们曾不止一次讨论过主动性的问题，为什么小虫子能够按照他“自己”的意识，控制它的四条腿在地面上爬？要知道，小虫子无非是一群分子，这种自我是怎么来的？其实，这牵扯到反向的因果箭头问题！我们习惯用物理的观点解释世界：因为四条腿的运动+力学规律，所以小虫必然往前迈步，这是正向的因果箭头：腿+力学规律->小虫运动！这就是简单机械论的因果论，他们认为一切都是物理规律决定的！但是，这不能解释自由意志是如何出现的问题，也就是为什么小虫的自我意识能够控制四条腿运动，也就是一条反过来的因果箭头：小虫->四条腿。这些普遍存在于生命系统中的反向因果箭头究竟是什么？
我花了好久好久的时间思考这个问题呀！一路跑到了自指、歌德尔定理那里，仍然得不到满意的突破。然而，最近突然意识到，采用观察者的说法，这一切就能解释了！别人的自我意识，反向的因果箭头都是我们观察者眼中的一种“错觉”！换句话说，那个反向的因果箭头是我们观察者赋予给他们的！
这的的确确牵扯到了统计物理的思路，本来，我们应该遵从唯物论的观点，把小虫的主动行为归结为物理原因，于是我们给小虫子列下来N多化学-物理方程组，让计算机求解，这能模拟小虫的行为，我不反对。但是对于人来说，这样做太复杂了！我还不如忽略那些方程组的信息，直接用一个整体来替代，于是观察者把小虫整个实体赋予了一个“自我”，然后，它的行为完全是这个“自我”发出来的因果箭头！所以，可以说，反因果箭头、自我、生命就是观察者赋予给小虫的！
沿着这个思路，我豁然开朗，原来一切的反向因果箭头有一个始作俑者，那就是我的心！最终的观察者必然是我自己。因此，从我出发，我把反向因果箭头赋予了其他人，赋予了其他的生命。小虫子获得了我赋予的反向因果箭头之后，它就能控制它自己的身体了！
我想说到这里，已经能很好地回答你的问题了，第一个生命怎么来的？它是自然、客观地，没有任何意义的随机产生的。之前也产生过很多很多随机的甚至是复杂的Pattern，而我们观察者把这第一个我们认为的生命Pattern定义了，于是我们把这一大类Pattern叫做生命，而其他更复杂的Pattern我们都忽略了。
第二，第一推动在哪？我已经告诉你了，这第一推动就是“我”，也就是“你”，总之一切的观察者！
这一切有什么用呢？我认为它可以帮助我们给出全新的AI构建的思路。
计算机程序必须引入人的参与才会最快地产生生命！按照上述的观点，所谓的生命和自我，无非是观察者赋予系统的反向因果箭头，所以要创造具备生命的人工系统，我们必然要把这种能力赋予给它，它才能叫做真正的生命。但是，与自然中的生命不同的地方是，人工系统不可能具备自然系统那样大的空间尺度和时间尺度。所以，我们完全没必要作出一个庞大的计算系统，让有意义的复杂Pattern自发随机拼凑出来（回想Scaling biology的知识），复杂的Pattern是需要指数增长的时间和空间的。我们有必要直接引入人类的观察之力，把对与观察者有意义的Pattern自然选择而出。
从工程学的角度讲，假如我说我已经创造了一个人工生命程序。不过，这个程序在交付给你使用的时候，我还能经常性的修改它的源代码，你能满意地认为：那就是一个纯粹的智能程序吗？你一定会说，这是程序员的智能，不是程序的智能！假如，我现在设计某种机制，让观察者（用户）你在使用这个程序的同时，已经把程序改写了（调试了），那么这是不是程序的智能呢？也不是，那是你这个观察者的智能！但是，这时，你无话可说了，因为这个程序跟第一个我（程序员）不去修改的程序没什么两样。
所以，计算机程序智慧的关键，就是如何利用和提取观察者（用户）的智能！这才是真正的人-机结合。
观察和熵的关系，最好你能把麦克斯韦妖的例子吃透就能理解了。在分子层面，能量是守恒的，不存在所谓的能量损失。所以，对于一个纯粹无序的系统，例如分子小球。我们可以通过观察和适当的选择（这里选择的作用可以非常非常微弱，比如那个麦克斯韦妖仅仅需要操作一个阀门这个简单的装置就可以了），于是秩序被选择而出。熵开始降低。还有一个例子是放风筝！要知道，在风这个环境下是不缺少能量的！到处都有风，只不过大多时候，风是随机的。这个时候，风往上刮，你就放线，否则你就蹦紧线。你所作的就是观察+选择的作用，于是，你能让风筝往上飞。之所以忽略了选择而突出观察是因为通常情况下，选择可以异常的简单，你几乎不用费力气。而且选择是受观察支配的结果。所以，我们说观察才是第一重要的。
田松
（北京大学 哲学系，北京，100871）
摘要：惠勒提出的延迟选择实验是量子双缝实验的一个扩展，它给出了一个特殊的结论：我们现在的行为对过去产生了影响。观测与实在紧密地缠绕在一起。这个实验深刻地揭示了微观世界在空间、时间乃至实在本体等方面与宏观世界的不一致性，把哥本哈根学派的思想推倒了极端。经典物理的实在观不能深入到量子层次，量子理论要求一种新的实在观。
关键词：延迟选择实验、实在、时间、物理学哲学、惠勒
中图分类号：No31 文献标识码：A
延迟选择实验是美国理论物理学家惠勒（John. A. Wheeler，1911－）在1979年提出的一个思想实验，它把哥本哈根学派的思想推倒了极端。惠勒本人对此实验极为重视，他说：“没有什么能比尼耳斯•玻尔和阿尔伯特•爱因斯坦长达三十年的对话更能让人看到这个主题的奇妙；也没有什么地方会遇到比所谓的‘延迟选择实验’更深入的问题。” 延迟选择实验是对玻尔—爱因斯坦辩论中曾讨论过的分光实验的推广，而分光实验，又是量子双缝实验的一个变形。在从杨氏双缝实验到延迟选择实验将近200年的历史中，每一步都对当时的实在观产生了巨大的冲击。本文将对此过程进行一个简单的梳理，并对其引发的实在问题进行初步的分析。
1 杨氏双缝实验：光的实在性
光的双缝实验是托马斯•杨（Thomas Young）在1801设计的，初为双孔，后改为双缝。实验非常简单，在光源和接收屏之间放一个上面刻有两个平行狭缝的隔板，结果在接收屏上出现了干涉条纹。按照当时的物理学，这是波的性质。此时牛顿关于光的微粒说已统治物理学一百多年。双缝实验表明光是一种波。但直到19世纪末，经过麦克斯韦的理论工作和赫兹的实验工作，光才被解释为电磁波。
人们对日常事物的认知主要是建立在视觉、听觉和触觉之上的。对于一个引起视觉的石头，人们可以用触觉予以证实，此石头并非幻觉。只作用于视觉的光的实在性要比石头的实在性弱得多。牛顿把光解释为粒子，给它赋予一个实在性更强的本性。在当时的物理学看来，粒子是物质实体，而波只是物质的运动方式，其本身不具有实在性。
杨氏实验将光解释为波，取消了光的实在性。但是，它是哪一种（实在的）物质的运动状态？电磁波的介质曾被命名为以太，但所有对以太的测量均告失败。狭义相对论之后，人们普遍接受电磁波不需要介质这个结论。电磁波作为一种新的物质形态被引入到物理学中。它与粒子一样具有能量和动量，也能传播能量，甚至也有运动轨迹，因而和粒子具有相同强弱的实在性。
（电磁）波已经超越了人的感官，是理性的产物。我们不是通过感官直接感觉到波的实在性的，而是通过对感知材料的分析，推断出波的实在性的。可见光是电磁波与人的感官之间唯一的直接联系。但是，人们并非从感官出发，将感知到的光的属性延伸到电磁波，恰恰相反，是根据物理学理论所推导出来的电磁波的性质来说明光的属性的。
2 光子双缝实验与分光实验
1905年，爱因斯坦用光量子来解释光电效应，复活了光的粒子说。1924年，德布罗意提出波粒二象性。1927年，电子的晶体衍射实验证明电子确实具有波动性。波和粒子这两种物质形态现在成为一个统一的物质实在的两种表象。双缝实验也可以用电子进行。同样，如果我们把光强减弱，使得从光源处发出的光不是一束光波，而是一个个光子，其结果类似于一个个电子的情形。
将实验条件进一步改造，光子将呈现出更为诡秘的性质。
（1）让光子一个个地发出，在前一个光子打在屏上之后，再让后一个光子发出。少量光子将在屏上形成随机分布的图案。随着光子的增多，屏上逐渐显示出与光子流（光波）的情形相同的干涉条纹来。对此，可能的解释是：①将要发出的光子能够与已经打在屏上的光子发生干涉。但是这意味着一个尚未发生的事件能够与已经结束的事件发生作用，违反时间因果律。所以有②，每个光子都和自己干涉。这意味着每个光子自身都同时经过两个狭缝。则必须假设，光子是以波的形态通过狭缝的，故能与自己干涉。在打到屏上之前，又变成一个粒子，随机落到屏上某点。而这个随机点又遵从某种几率分布，使得大量光子呈现出干涉条纹。这种让一个光子同时走两条路的解释在宏观世界是不可能的，惠勒曾用一幅漫画表示光子这种怪异的行为，一个滑雪者经过一棵树，他滑过的轨迹在经过树时一分为二，左脚从树的左边经过，右脚从树的右边经过 。
（2）仍然让光子逐一发出，但是将双缝中的一个遮挡起来。少量光子仍然随机分布，而大批光子则呈现出单缝的衍射条纹。需要强调的是，两个单缝衍射条纹的简单叠加并不等于双缝的干涉条纹。那么，光子怎么知道前面是单缝还是双缝？一个可能的解释是：①光子具有某种智能，它知道前面是单缝还是双缝。这当然不是一个物理学的解释。于是有②，每个光子都以波的状态通过缝隙，不论是单缝还是双缝。如果是双缝，就和自己干涉，如果是单缝，就自己衍射。但是这个解释仍然没有解释：光子怎么知道前面是单缝还是双缝。
爱因斯坦借用麦克尔逊—莫雷的光行差实验装置，把双缝实验变成了分光实验，二者的物理意义是相同的。实验装置见图1 。图1由三个部分组成，标记为a，b，c。
图1a，光子从光源发出，遇到一个镀银的半透镜，如果按经典理论，则光波分成两半，各占50%。如果按量子力学分析，则光子反射和透射的几率各占一半，整个系统的波函数是两者的叠加。分成两半的光波或几率各半的光子经A、B两个反射镜反射，在C处汇聚。在此，有两种方案。
其一：如图1b，在C处放置两个探测器。如上面的响，表明光子来自B，如下面的响，表明光子来自A。探测器每响一次，完成一次测量。按照经典理论，我们相信这个光子在测量之前就已经存在，光子或反射，经A到达C；或透射，经B到达C。在某一个确定的时刻，光子必然处于某一条轨道的某一个位置上。但是我们不知道它究竟在哪个轨道上。需要通过测量进行反推。
其二：如图1c，在两探测器之前放置另一个半透镜，来自A／B的光子再次一半透射，一半反射，在此干涉。调整光程差，可以使达到上面探测器的干涉光相消，此探测器将不会接收到任何光子信号；则到达下面探测器的干涉光必然相加，只要光源发出光子，必被此探测器接收。每次测量都表明，光子是同时经过两条路线到达C的。
在此，放还是不放第二块半透镜，相当于在双缝实验中打开还是遮挡另一个狭缝，但更加简明。
爱因斯坦认为，一个光子不可能既能只走一条路线，又能同时走两条路线。这表明量子论是自相矛盾的。玻尔用其互补原理进行解释，认为两者并不矛盾，因为这是两个不同的实验，而关键的是不可能同时做两个实验。
于是，我们的测量方式对被测量的事件产生了不可挽回的影响。
3 延迟选择：还原论与整体论解释
惠勒的突破性在于：延迟选择 。1979年，在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上，惠勒正式提出了延迟选择的思想：即当光子已经通过A／B之后再决定是否放置半透镜。如果放，我们可以说光子同时走过两条路；如果不放，则只走一条。这样就导致了一个怪异的结论：观察者现在的行为决定了光子过去的路线。由于这个思想实验并没有限制实验室的尺度，A、B两条路线原则上可以无穷长，几米、几千米乃至几亿光年都不会影响最后的结论。观察者现在的行为所决定的过去可能是非常遥远的过去，甚至远到人类还没有诞生的宇宙早期。
更严重的危机出现了。现在已经不仅是光子究竟走哪一条路，能不能知道走哪一条路的问题；甚至基本的因果性时间顺序遭到了挑战。
延迟选择实验集中地、突出地把量子力学对传统实在观的挑战展现出来。“存在如何？量子如何？宇宙如何？”这些关于实在本性的问题一直是惠勒所关心的。惠勒认为，这些问题应该成为下一代物理学家所投身的目标，它们首先是物理学问题，而不是哲学或者神学问题。
对于物理学家来说，一个问题遇到了障碍，总是习惯性地重新思考其物理过程。重新分析，已知的条件有哪些，未知的有哪些，要解答什么。对于延迟选择实验这个问题，我们也不妨以物理学的视角重新审视一下。我们假设这个实验在宇宙尺度进行，则其物理过程如下：
过程1’，有一个又一个光子，从太空遥远的星系来到地球，进入实验室的仪器。
过程2’，观测者把半透镜放到C处，经调整，使上面的探测器不停地响，下面的没有反应。
过程3’，把半透镜拿开，两个探测器轮流作响。
问题：光子究竟走一条路还是走两条路。
分析之前，需要强调两个前提。（1）光子在同样的实验条件下，应表现出同样的行为。可称之为稳定性前提，这几乎是人类知识存在的前提。（2）所有光子的性质都是相同的。只有这样，对不同的光子所作的实验，才能相当于对同一个光子进行不同的实验。
根据过程2’的结果反推，可以认为光子是同时从两个路线过来的。
而在过程3’，则可以根据探测器的响应，判断光子走过了哪一条路线。
光子显然表现了两种行为。爱因斯坦认为，这与稳定性假设相矛盾。玻尔不否认稳定性假设，同意在同样的物理条件下，光子只能有一种行为。但是玻尔认为：过程2’和3’，物理条件恰恰不同。因为一个是放置半透镜，一个是不放。
从经典角度看，这种解释近似狡辩。在经典物理学看来，2’和3’的物理过程是相同的，因为光子在到达C点之前的一切条件都无差别，所谓差异只是在用不同的实验手法来观测同一个物理事件而已，完全是观察者的主观选择造成的。对此，玻尔的回答是：“在量子效应的分析中，不可能在各原子客体的独立行为和它们与一些测量仪器相互作用之间划出任何截然的分界线；那些测量仪器是起着定义现象发生时所处条件的作用的。” 玻尔把观察者引入到物理条件中来，他认为，在量子理论中，不存在如经典物理学中那样纯粹客观的观察者，主体和客体之间并无截然的界限。经典物理主客两分的叙述模式在量子世界中已经不适用了。
但是，从经典的角度看，即使1’和2’不同，不同的也只是光子经过C点之后的部分，此前的物理条件还是相同的，而在C点之后的观察者不可能对在此之前的光子行为造成影响。对此，玻尔仍然坚持，不能把原子客体和观测它的仪器分开，这完全是两个实验。尽管看起来只是最后的部分发生了变化，但是只要有一个局部变了，整个物理过程全部改变了。玻尔说：“事实上，在粒子路径上再加任何一件仪器，例如一个镜子，都可能意味着一些新的干涉效应，它们将本质地影响关于最后记录结果的预言。” 经典物理的还原论和量子理论的整体论之间的冲突在这里鲜明地表现出来。
按照经典物理学所坚持的还原论，正如物质本身可以分解成部分，物理过程也可以分解成部分。各个部分可以拆卸，相同的部分可以替换，每个部分在不同的整体中具有相同的性质。在这个实验中，既然前半部分是相同的，光子在前半部分的行为也应该是相同的。但是，根据量子理论，却只能说，这是完全不同的两个不可分的过程。对此，我们或者放弃经典物理的还原论立场，接受量子理论给出的整体论；或者坚持经典物理的实在观，否定量子理论给出的实在描述是完备的。惠勒明确指出：量子理论要求一种新的实在观。
在玻尔—爱因斯坦争论的分光实验中已经隐含了时间问题。因为放与不放第二块半透膜，决定着被观测的光子的行为。而光子总能做出相应的表现，似乎能预先知道观测者的决定。由于他们的注意力在路径上，时间次序的倒错被忽略了。
延迟选择把时间问题凸显出来。在光子已经走过了漫长的道路之后，无论它从A来还是从B来，都已经发生，不可能重新来过。既然我们承认那个倒霉的光子从遥远的几万光年来到实验室需要几万年的时间，我们的决定注定是在光子走完了大部分路程之后做出的。从时间的角度看，惠勒为还原论者设计了最后一个可还原的部分。把整个过程分成了两个时段。在光子走完了前个时段，再决定做后个时段的实验。如果你承认光子的漫漫长路可以分解成前后时段，就只好承认，观察者在后个时段的选择对光子已经完成的前个时段的行为造成了影响。
一向关心哲学问题的物理学家保罗•戴维斯（Paul Davies）把对延迟选择实验的上述解释称为玻尔—惠勒阐释。戴维斯指出，惠勒把量子力学的测量行为和时间本性之间的关系突出地表现出来，把哥本哈根学派的思想推到了逻辑上的极致。
4 延迟选择实验的可操作性
延迟选择实验不只是一个思想实验，还具有可操作性。惠勒在自传中说：
与其它许多思想实验一样，技术进步跟上了理论，使它变成真正的实验。Maryland大学的Carroll Alley, Oleg Jakubowicz, William Wickes于1984年——在实验室的实验台上，不是在棒球场上——演示了这个实验。爱因斯坦一直试图回避，而玻尔认为无法回避的量子世界的奇异性，是真实的。
如果延迟选择在实验室中是真的，在棒球场的尺度上肯定也是真的，在宇宙范围肯定也是真的。……那么，我们只好认为每一个单个的光子在其从类星体到地球的数十亿年的旅程中，以昙花一现的几率云的形式同时经过了跨越两个星系的两个路径，延展到遥远的空间，直到我们用测量把光子钉住。否则，还有什么可能的解释呢？既然我们在决定是测量来自两条路径的干涉还是测量光子究竟走过哪一条路径的时候，光子已经上路十亿年了，我们必须得出这样的结论，我们这个测量的行为，不仅把光子自身历史的性质展现给我们，而且，在某种意义上，决定了光子的历史。宇宙过去的历史并不比我们通过现在的测量指定给它的历史具有更多的合理性！
宇宙尺度上的延迟选择实验也具有可操作性：
有两个天体，名字是0957+561A和B，它们曾被认为是两个不同的类星体。二者分开的视角是6弧秒。现已证明：二者实际上是一个类星体的两个像。……这个结果把光束分离实验从实验室尺度扩大到了宇宙尺度。
由引力透镜造成的类星体双像成为在地球上进行宇宙尺度的延迟选择实验的天然光源。惠勒提出了一个实验装置。将望远镜分别对准两个类星体像，利用光导纤维调整光程差，并将光子引入实验装置，就可以完成星际规模的延迟选择实验。
延迟选择实验突显了量子理论与经典物理在实在问题上的深刻分歧。在此基础之上，惠勒进一步提出参与的宇宙（participatory universe）的观念，把整体论从空间延伸到时间，不仅空间不能被分割成一个个部分，从宇宙大爆炸到今天的全部时间，也是一个整体。
延迟选择实验已经成为一个经典问题，可以从不同角度进行不同的诠释，丰富我们对实在的理解。
参考文献
John A. Wheeler, At Home in the Universe, 1994. p.112。
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玻尔. 尼耳斯•玻尔集（第七卷）. 戈革译. 北京：科学出版社，1998. 302.
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Paul Davies, Time Asymmetry and Quantum Mechanics, The Nature of Time, edited by Raymond Flood & Michael Lockwood, Basil Blackwell, 1986, p.116,120.
John A. Wheeler and Kenneth Ford, Geons, Black Holes and Quantum Foam, 1998. p.337.
惠勒. 物理学和质朴性. 合肥：安徽科学技术出版社，1982. 11-12.