1.Conscious Observation, Entropy and Double-Slit Experiment by JSBC
Figure 1. Conceptual illustration: a human observer with EEG between a high-entropy (left) and low-entropy (right) pattern. / Ilustración conceptual: un observador humano con EEG entre un patrón de alta entropía (izquierda) y baja entropía (derecha).
1. Conceptual framework for the paper
English
In the thermodynamics of information,
measurement is not treated as a neutral act but as a physical process
that reshapes the entropy balance of a system. Classical analyses of
Maxwell’s demon and the Szilard engine showed that an “observer”
that acquires information about a microscopic system can, in
principle, reduce the entropy of that system by using the acquired
information to select or stabilize particular states. This local
entropy reduction is compensated by an increase of entropy in the
observer and its environment, primarily associated with the storage,
processing, and erasure of information (as formalized by Landauer’s
principle). In other words, observation can effectively decrease the
entropy of the observed subsystem, without violating the second law
when the full observer–system–environment complex is
considered.
In quantum mechanics, a similar picture emerges
when one models measurement as a process of decoherence and state
reduction. Prior to observation, the system may be represented by a
superposition or mixed state with higher von Neumann entropy. The act
of measurement, by correlating the system with a measuring apparatus
(and ultimately with a macroscopic observer), selects a definite
outcome and can thereby reduce the entropy of the system’s
effective state. Again, this local decrease is balanced by entropy
production in the combined apparatus–environment degrees of
freedom.
Within this framework, the present work explores
whether a conscious observer—in well-defined brain states such as
focused attention versus rest, monitored via EEG—can be associated
with a measurable local reduction of entropy (micro-stability) in a
physical interference pattern. Operationally, we do not attempt to
modify global thermodynamic balance, but to test a more modest and
empirically accessible claim: that intervals in which the observer
actively attends to the double-slit system may exhibit lower
variability (interpretable as reduced local entropy) in a specific
sensor channel, compared with intervals in which the system is left
unobserved or the EEG interface is active in a different regime. This
connects the classical idea of information-powered entropy reduction
with the concrete, time-resolved behaviour of a human observer
interacting with a quantum-optical setup.
Español
En la termodinámica de la información,
la medida no se entiende como un acto neutro, sino como un proceso
físico que reorganiza el balance de entropía de un sistema. Los
análisis clásicos del demonio de Maxwell y del motor de Szilard
mostraron que un “observador” que obtiene información sobre un
sistema microscópico puede, en principio, reducir la entropía de
ese sistema utilizando dicha información para seleccionar o
estabilizar determinados estados. Esta reducción de entropía local
se compensa con un aumento de entropía en el propio observador y en
su entorno, principalmente asociado al almacenamiento, procesamiento
y borrado de información (tal como formaliza el principio de
Landauer). En otras palabras, la observación puede disminuir
efectivamente la entropía del subsistema observado, sin violar la
segunda ley cuando se considera el conjunto
observador–sistema–entorno.
En mecánica cuántica aparece
una imagen análoga cuando se modela la medida como un proceso de
decoherencia y reducción del estado. Antes de la observación, el
sistema puede describirse mediante una superposición o un estado
mezclado con mayor entropía de von Neumann. El acto de medir, al
correlacionar el sistema con un aparato de medida (y, en última
instancia, con un observador macroscópico), selecciona un resultado
definido y puede reducir la entropía del estado efectivo del
sistema. De nuevo, esta disminución local se compensa con la
producción de entropía en los grados de libertad combinados del
aparato y el entorno.
En este marco, el presente trabajo
explora si un observador consciente —en estados cerebrales bien
definidos como atención focalizada frente a reposo, monitorizados
mediante EEG— puede asociarse a una reducción local medible de la
entropía (microestabilidad) en un patrón de interferencia físico.
Operativamente, no se pretende modificar el balance termodinámico
global, sino poner a prueba una afirmación más modesta y
experimentalmente accesible: que los intervalos en los que el
observador atiende activamente al sistema de doble rendija puedan
mostrar una menor variabilidad (interpretada como entropía local
reducida) en un canal de sensor concreto, en comparación con los
intervalos en los que el sistema permanece sin observar o el interfaz
EEG opera en un régimen diferente. Esto conecta la idea clásica de
reducción de entropía impulsada por información con el
comportamiento concreto y temporalmente resuelto de un observador
humano interactuando con un montaje cuántico-óptico.
2. Zenodo description (short)
English
This work explores whether a conscious
observer can be associated with a measurable local reduction of
entropy (micro-stability) in an optical double-slit experiment. In
the framework of information thermodynamics, Maxwell’s demon and
Szilard-type engines show that an observer who acquires and uses
information can reduce the entropy of a specific subsystem,
compensated by entropy production in the observer and the environment
(Landauer’s principle). A similar picture appears in quantum
measurement: decoherence and state reduction can lower the entropy of
the effective state of the measured system, while increasing entropy
in the apparatus–environment degrees of freedom.
Here we
apply this conceptual background to a human–machine setup: a laser
double-slit interference pattern monitored by light sensors, combined
with EEG recordings of the observer. We compare intervals with
focused attention, rest, and different EEG regimes, testing whether
attention is associated with lower variability (interpreted as
reduced local entropy) in specific sensor channels. The goal is not
to challenge the second law, but to empirically probe whether
conscious observation correlates with micro-stability in a
well-defined physical signal.
Español
Este trabajo explora si un observador
consciente puede asociarse a una reducción local medible de la
entropía (microestabilidad) en un experimento óptico de doble
rendija. En la termodinámica de la información, el demonio de
Maxwell y los motores tipo Szilard muestran que un observador que
obtiene y utiliza información puede reducir la entropía de un
subsistema concreto, compensada por la producción de entropía en el
propio observador y en el entorno (principio de Landauer). Una imagen
similar aparece en la medida cuántica: la decoherencia y la
reducción del estado pueden disminuir la entropía del estado
efectivo del sistema medido, aumentando a la vez la entropía en el
aparato y el entorno.
Aquí aplicamos este marco conceptual a
un montaje humano–máquina: un patrón de interferencia de láser
en doble rendija monitorizado por fotosensores, combinado con
registros EEG del observador. Comparamos intervalos de atención
focalizada, reposo y distintos regímenes de EEG, para probar si la
atención se asocia a una menor variabilidad (interpretada como
entropía local reducida) en canales de sensor específicos. El
objetivo no es cuestionar la segunda ley, sino analizar empíricamente
si la observación consciente se correlaciona con la microestabilidad
en una señal física bien definida.
3. Medium post (bilingual)
English version
Title: When Looking Orders Chaos: Consciousness, Entropy and a Laser in Between
Subtitle: From Maxwell and Landauer to a home-brew double-slit plus EEG: can conscious attention reduce the “local entropy” of a physical system?
We have all heard that the universe
tends towards disorder, that entropy always increases and that,
sooner or later, everything decays. But there is a less popular
detail: in information physics, observation is not just “looking”.
It is a physical process that can make one part of a system more
ordered… while another part pays the price.
This article
summarises the idea I am exploring in my own experiment: a
double-slit laser setup, several light sensors and an EEG headset to
record brain activity. The underlying question is easy to state and
very hard to answer:
Can conscious attention be associated
with a local decrease of entropy in the physical system we
observe?
This is not about magic or mysticism. It is about
pushing, experimentally, the old connection between information,
measurement and entropy.
When observation orders things (but
the bill arrives later)
In the classical thought experiments
of Maxwell and Szilard, a “demon” observes gas molecules and
opens or closes a tiny door depending on whether they are fast or
slow. With that information, it manages to separate the molecules and
create order where there was only chaos before: the entropy of the
gas goes down.
Cheating, right? The second law of
thermodynamics says total entropy cannot decrease. So where is the
trick?
In information itself. To observe, decide and act, the
demon needs memory. That memory is filled, processed and, at some
point, must be erased. And erasing information is not free: it
generates heat and, with it, entropy. That is essentially Landauer’s
principle.
In everyday language:
In the observed system
(the gas, the light pattern, etc.) entropy can go down: more order,
more structure.
In the observer and its environment, entropy goes
up: dissipation, noise, heat, energetic cost.
The global balance
is preserved. But locally, observation really can create
order.
Quantum version: decoherence, measurement and state
selection
In quantum mechanics, the movie is similar, but the
narration changes. Before we measure, a system can be in a
superposition or in a mixed state. After we measure, we get a
definite outcome.
From the perspective of quantum entropy, a
measurement can make the effective state of the system more ordered
(lower entropy) than before. In exchange, the mess is exported to the
measuring apparatus and the environment that cause decoherence.
Same
pattern again: observation can reduce entropy locally in the measured
system, but there is never a global discount without paying somewhere
else.
What if the “demon” is a human brain?
What I
propose in my experiment is to bring this idea into an uncomfortable
but measurable territory: the interaction between a conscious human
observer and an optical double-slit setup.
The scheme is:
A
laser passing through a double slit.
Three light sensors (S1, S2,
S3) capturing information about the interference pattern.
A
digital channel (S4) that marks whether I am actively observing the
pattern or not.
An EEG headset recording whether I am focused,
resting, meditating, etc.
The hypotheses I want to test, in a very
simplified form, are:
Hypothesis 1 (no EEG):
When I
visually attend to the system, certain sensors (especially S2) show
more stability than when I let the setup run “on its own”. The
variability of the signal decreases, which can be interpreted as a
local reduction of entropy.
Hypothesis 2 (with EEG
active):
When I plug in the EEG and make it part of the system,
things get more complex: the presence of the device reading my brain
waves might increase the “nervousness” of some sensors or in
certain mental states. The key is no longer just whether I observe,
but how I observe (attention, relaxation, etc.).
I am not
trying to prove that “mind controls matter” or anything of that
sort. The goal is much more modest and experimental:
To see
whether there is a systematic correlation between states of conscious
attention and measurable changes in the micro-stability (the “local
entropy”) of a light pattern.
Local entropy, not global
miracles
This point is crucial: even if a clear effect showed
up, we would remain fully inside standard physics.
If my
attention reduces the local entropy of sensor S2, that only means the
subsystem “sensor + pattern” has become more ordered.
The
brain, the EEG, the circuitry and the surrounding environment would
be doing the dirty work: consuming energy, generating heat,
increasing their own entropy.
The aim is not to break the second
law, but to chart how order and disorder are distributed when you
place a human brain observing in the middle of a quantum–optical
experiment.
Why is it worth exploring?
Because it
pushes an uncomfortable question into the spotlight:
We know
information has physical effects.
We know measurement can reduce
entropy locally.
We know the brain is an information-processing
machine with very different internal states (attention, distraction,
calm, stress…).
What we do not yet know is to what extent those
internal states can leave a trace in the micro-stability of a simple
but well-controlled physical system such as a light interference
pattern.
The final answer may be: “There is no measurable
effect beyond noise.”
Or there may be a small but repeatable
pattern that forces us to refine how we understand the relationship
between observer, information and entropy.
Either way, the
question is worth asking. And, above all, worth measuring.
Versión en español
Título: Cuando mirar ordena el caos: conciencia, entropía y un láser de por medio
Subtítulo: De Maxwell y Landauer a un experimento casero con doble rendija y EEG: ¿puede la atención consciente reducir la “entropía local” de un sistema físico?
Todos hemos oído que el universo
tiende al desorden, que la entropía siempre aumenta y que, tarde o
temprano, todo se degrada. Pero hay un detalle menos conocido: en
física de la información, observar no es solo “mirar”. Es un
proceso físico que puede hacer que una parte del sistema esté más
ordenada… mientras otra paga la factura.
Este artículo
resume la idea que estoy explorando en un experimento propio: un
montaje de doble rendija con láser, varios sensores de luz y un
casco de EEG para registrar la actividad cerebral. La pregunta de
fondo se formula fácil y se responde muy difícil:
¿Puede la
atención consciente asociarse a una disminución de entropía local
en el sistema físico que observamos?
No se trata de magia ni
de misticismo, sino de llevar un poco más lejos, de forma
experimental, el viejo matrimonio entre información, medida y
entropía.
Cuando observar ordena (pero la factura llega
después)
En los famosos experimentos mentales de Maxwell y
Szilard, un “demonio” observa moléculas de gas y abre o cierra
una compuerta según si son rápidas o lentas. Con esa información,
consigue separarlas y crear orden donde antes solo había caos: la
entropía del gas baja.
Trampa, ¿no? La segunda ley de la
termodinámica dice que la entropía total no puede disminuir. ¿Dónde
está el truco?
En la información. Para observar, decidir y
actuar, el demonio necesita memoria. Esa memoria se llena, se procesa
y, en algún momento, hay que borrarla. Y borrar información no es
gratis: genera calor y, con él, entropía. Eso es, en esencia, el
principio de Landauer.
Traducido a lo cotidiano:
En el
sistema observado (el gas, el patrón de luz, lo que sea) la entropía
puede bajar: más orden, más estructura.
En el observador y su
entorno, la entropía sube: disipación, ruido, calor, coste
energético.
El balance global se mantiene. Pero localmente,
observar sí puede ordenar.
Versión cuántica: decoherencia,
medida y selección de estados
En mecánica cuántica la
película es parecida, pero con otro guion. Antes de medir, un
sistema puede estar en una superposición o en un estado mezclado.
Después de medir, obtenemos un resultado concreto.
Desde el
punto de vista de la entropía cuántica, la medida puede hacer que
el estado efectivo del sistema sea más ordenado (menos entropía)
que antes. A cambio, el desorden se exporta al aparato de medida y al
entorno que provoca la decoherencia.
Otra vez el mismo patrón:
la observación puede reducir la entropía localmente en el sistema
medido, pero nunca hay rebaja global sin pagar en otra parte.
¿Y
si el “demonio” es un cerebro humano?
Lo que planteo en mi
experimento es llevar esta idea a un terreno incómodo pero medible:
la interacción entre un observador humano consciente y un montaje
óptico de doble rendija.
El esquema es:
Un láser que
pasa por una doble rendija.
Tres sensores de luz (S1, S2, S3) que
recogen información del patrón de interferencia.
Un canal
digital (S4) que marca si estoy observando activamente el patrón o
no.
Un casco de EEG que registra si estoy en atención focalizada,
en reposo, meditando, etc.
Las hipótesis que quiero probar, muy
resumidas, son:
Hipótesis 1 (sin EEG):
Cuando observo el
sistema con atención, ciertos sensores (en particular S2) muestran
más estabilidad que cuando dejo el montaje “a su bola”. La
variabilidad de la señal baja, lo que se puede interpretar como una
reducción de entropía local.
Hipótesis 2 (con EEG
activo):
Cuando conecto el EEG y lo convierto en parte del
sistema, la cosa se complica: la presencia del dispositivo que lee
mis ondas cerebrales podría aumentar la “nerviosidad” de la
señal en algunos sensores o en ciertos estados mentales. La clave ya
no es solo si observo, sino cómo observo (atención, relajación,
etc.).
No intento demostrar que “la mente domina la materia”
ni nada parecido. El objetivo es mucho más modesto y
experimental:
Ver si existe una correlación sistemática
entre estados de atención consciente y cambios medibles en la
microestabilidad (la “entropía local”) de un patrón de
luz.
Entropía local, no milagros globales
Es
importante insistir en esto: aunque apareciera un efecto claro,
seguiríamos plenamente dentro de la física estándar.
Si mi
atención reduce la entropía local del sensor S2, solo significa que
el subconjunto “sensor + patrón” se ha vuelto más ordenado.
El
cerebro, el EEG, la electrónica y el entorno estarían haciendo el
trabajo sucio: consumiendo energía, generando calor, aumentando su
propia entropía.
No se trata de violar la segunda ley, sino de
cartografiar cómo se reparte el orden y el desorden cuando colocas a
un cerebro observando en medio de un experimento
cuántico–óptico.
¿Por qué merece la pena explorar
esto?
Porque coloca una pregunta incómoda justo en el
centro:
Sabemos que la información tiene efectos
físicos.
Sabemos que la medida puede reducir la entropía
localmente.
Sabemos que el cerebro es una máquina de procesar
información con estados internos muy distintos (atención,
distracción, calma, estrés…).
Lo que aún no sabemos es hasta
qué punto esos estados internos pueden dejar huella en la
microestabilidad de un sistema físico sencillo pero bien controlado,
como un patrón de interferencia de luz.
Puede que la
respuesta final sea: «No hay efecto medible más allá del
ruido».
O puede que aparezca un patrón pequeño, pero
repetible, que nos obligue a refinar cómo entendemos la relación
entre observador, información y entropía.
En ambos casos,
hacer la pregunta merece la pena. Y, sobre todo, medirla.
