ウィグナーの友人
量子力学の測定対象を前述のようにマクロにまで拡張すると、エルヴィン・シュレーディンガーが1935年にシュレーディンガーの猫の思考実験で示したように、猫が生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせのような奇妙な状況が生じる。「ウィグナーの友人」の思考実験は、このようなマクロな重ね合わせを人間にまで適用したものである。ウィグナーが1961年の論文「心身問題に関する考察」で提示した思考実験を要約すると:
ウィグナーは、とある確率で光を発する量子系を測定する。この系の状態は、測定時に光を見たときには状態1に、光を見なかった場合は状態2に変化する。この測定を友人に任せ、ウィグナーは友人から測定結果を聞くことにする。すると対象とする系だけを考えることはできないとウィグナーは説明する。そうではなく系と友人が相互作用すると「対象系×友人」という結合した系となり、「状態1×友人が光を見た」と「状態2×友人が光を見なかった」の重ね合わせ状態になる。ウィグナーは友人から結果を聞き、友人が光を見たと答えると「状態1×友人が光を見た」に収縮する。友人が光を見なかったと答えると「状態1×友人が光を見なかった」に収縮する。
以上はウィグナー自身が「究極観測者(ultimate observer)」として特権的な立場をもつならば論理的に一貫しているとウィグナーは説明する。しかし友人も同じように意識や感覚をもっており、ウィグナーが尋ねる前に友人の心の中では光を見たか見なかったかが決まっていた。ここで見かけの矛盾が生じる。測定結果はいつ決まったのか?(収縮はいつ起きたのか?)。それは友人が測定を終えたときだったのか、それともその情報がウィグナーの意識に入ったときだったのだろうか?
量子力学の標準理論によると、測定対象とする系の状態は、測定していないときには因果的に連続的に変化し、異なる状態の重ね合わせとなる。そして、測定が行われる瞬間、つまり観測する側と観測される側が相互作用する時点で、系の状態は不連続に変化し、1つの特定の状態に収縮する。ジョン・フォン・ノイマンは1932年の著書『量子力学の数学的基礎』で、この測定に伴う非因果的変化(波動関数の収縮)が生じる位置、つまり観測する側と観測される側の境界を、測定装置から人間の観察者の脳までの任意の位置に置くことができると論じた。 これは測定対象だけでなく測定装置やそれを見る人間も同じように量子力学に従う粒子から成るため、一連の測定プロセスのどこに観測する側と観測される側の境界を引いても、数学的には同じように扱えるということを示したのである。