Conscious Observation, Entropy and Double-Slit Experiment by JSBC

 

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.