微观世界：不确定性、波粒二象性、量子纠缠与量子退相干
迭代版本：173，约1.5万字
本文，将会全面详细介绍了 量子力学领域 ——几个著名的概念和现象。
微观世界，与我们生活的宏观世界大相径庭，令人难以理解，甚至匪夷所思。本文对于科学已知的内容，尽量做到客观解读，希望本文可以呈现出，微观世界的深刻与有趣，引发更多的思考和想象。
主题目录如下：
- 不确定性原理
- 不确定性的解释
- 波粒二象性
- 量子纠缠
- 超光速与信息传递
- 量子退相干性
- 观测的本质
- 结语
- 后记1：宏观的不确定性
- 后记2：量子化演化
- 后记3：波函数坍缩与平行宇宙
- 后记4：概率波与粒子场
- 后记5：量子涨落与宇宙暴胀
不确定性原理
物理学家——沃纳·海森堡（Werner Heisenberg），提出的 不确定性原理 （Uncertainty Principle）指出，无法同时精确地获得粒子的 位置和动量 ，用不等式来表达就是， Δx * Δp ≥ h / 4π ，其中：
- Δx是位置变化量（粒子位置的不确定性），
- Δp是动量变化量（粒子速度的不确定性 * 粒子质量），
- h是普朗克常数（大致等于6.6×10^-34焦·秒）。
这个不等式的内涵就在于， 位置变化 与 动量变化 的乘积是一个 常数 。这就意味着，位置变化与动量变化是 此消彼长 的关系，即：位置变化越小，动量变化就越大，动量变化越小，位置变化就越大。
显然，变化区间越大就越不确定，变化区间越小自然就越确定。所以，体现出的就是 位置和动量 无法同时精确获得。
也就是说，知道粒子的位置，就不知道它的速度——可能是任意速度；知道粒子的速度，就不知道它的位置——可能在任意位置，甚至是同时在全宇宙。
需要指出的是，如果我们人为的 限制粒子的速度 ，就会令它的位置不确定，反之如果 限制它的位置 ，就会令它的速度不确定。但这个不确定性是微观尺度上，因为普朗克常数是极其微小的，所以在宏观上，其实是很“确定的”。
例如，在每个人身上的细胞里都有分子，这些分子都是由原子构成，这些原子都有质子、中子、电子——它们的位置是不确定的，但在宏观对我们来说，它们的位置是很确定的——就在我们的某个细胞里。
那么，除了位置和动量， 时间与能量 也满足不确定性原理，用不等式表达即是：
ΔE（能量不确定性） * Δt（时间不确定性） ≥ h / 4π（常数）。
因此，在越确定的时间内（Δt越小），粒子的能量就越不确定（ΔE越大）——这意味着粒子可能会（从量子真空中）获得更多的能量，从而产生 量子隧穿效应 。
量子隧穿效应 ——是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。因为量子不确定性，时间和能量为一组共轭量，在很短的时间中（即时间很确定），能量可以很不确定，从而使一个粒子看起来像是从“隧道”中穿过了势垒。
同理，在越不确定的时间内（Δt越大），粒子的能量就越确定（ΔE越小），而在微观能量就可以看成质量，于是如果粒子长时间不衰变（Δt越大），就可以越精确获得它们的质量（ΔE越小），如质子和电子；相反如果粒子快速衰变（Δt越小），我们就越无法确定它们的质量（ΔE越大），如希格斯粒子。
另外，波的 振幅 和 振幅改变 的速度（振幅变化率），也服从不确定性原理，即：振幅越确定，它改变的速度就越不确定，也就是下一个时刻 振幅发生改变 的可能性越大。
那么，我们说一个空间区域是空的，意思就是没有波经过这个区域，所有的场值都是零，也就是这个区域，所有波的 振幅 都是零——但是，如果 振幅 如此确定，那么 振幅 的改变就会完全不确定，即：下一个时刻可能是任意数值。
换言之，空间中某点的 场值 和 场值改变 的速度（场值变化率），服从不确定性原理，即：场值越确定，它改变的速度就越不确定，也就是下一个时刻 场值发生改变 的可能性越大。
所以，在量子力学中，真空会出现随机的能量起伏，即： 量子涨落 ——并且在越小的空间距离和时间尺度下， 量子涨落 就会越剧烈，但平均来说，场还是零，因为它在某些地方为正，在某些地方就为负，区域总能量不变——表现为，瞬时的粒子和反粒子对，很快的结合湮灭。
事实上，量子力学证明，凡是乘积具有 普朗克常数 的 共轭量 ，都具有不确定性，如自旋（角动量）与方向（角度）遵循不确定性原理，即：自旋可以分解到XYZ坐标轴方向，每个方向的自旋就会此消彼长——也就是说，确定一个（如Z）方向的（上下）自旋，就不能确定另一个（如X或Y）方向的自旋。
共轭量 ——是指成对出现的广延量与强度量，两者乘积为能量的量纲。
广延量 ——是指性质与物质数量成比例的量，具有加和性，如体积、熵值、粒子数等。
强度量 ——是指性质与物质数量无关系的量，不具加和性，如温度、压强、密度等。
加和性 ——是指整体性质由各部分性质组成。
量纲 ——是指物理量的属性，如长度、时间、质量等；单位是物理量的大小或数量，如米、秒、千克等；无量纲是没有量纲的量，如圆周率（π）、自然常数（e）、角度（rad）等。
那么，为什么微观的粒子，会呈现出这种不确定性呢？
不确定性的解释
来自 海森堡 的解释是：不确定性是粒子内在的禀性，即波粒二象性，要测量粒子准确的位置就要波长尽量短，波长越短就越呈现非连续化的粒子特性，对被测粒子动量干扰就越大，而要测量准确的速度就要波长尽量长，波长越长被测粒子的位置就越不精确。
禀性 ——是指天性，后天不可更改，如基因结构。
秉性 ——是指人性，后天可以更改，如基因甲基化，或性格。
我们可以从两个角度，来理解这个粒子的不确定性：
第一种，确定就需要观测，而观测本身会影响观测结果，导致不确定。
事实上，这里隐藏着一个基础事实， 就是信息的传递依赖于光子 （光子存在于电磁场中） 。 也就是说，无论使用什么技术手段进行测量，我们想要获得测量的信息，就必须使用光子传递信息，而这也就是为什么， 信息的传递不能超越光速的原因所在 。
于是测量微观粒子，我们就需要用光去照射它，然后捕获这个被粒子散射的光，从而得到粒子相关的状态信息。
那么，如果要确定粒子的瞬时位置，就需要使用波长尽量短的光去照射，因为被测粒子的位置如果处在光波的波峰之间就得不到位置信息——相当于光线绕过了粒子，所以光的波长越短——几乎走直线，获得的位置信息就越精确。
但由于波粒二象性，此时光呈现粒子性，成为不连续的光子，并且波长越短，频率就越高，能量也就越大。因此，高能量的光子撞击到被测量的粒子上，就会干扰粒子的速度和运动方向，导致无法获得其精确的速度信息。
事实上，虽然光的波长越短，测量位置越精确，但 康普顿波长 ，被认为是测量粒子位置精确性的基本限制， 其大小取决于被测粒子的质量 。
因为，当光子能量高到一定程度——超过mc^2，m为被测粒子质量，光子能量由E = hv计算，其中h为普朗克常数，v为电磁波频率——其撞击所产生的能量可能还会足够产生出一个，与被测粒子同类型的新粒子，这时就会让旧粒子的原位置，这个测量问题变得没意义。
那么，如果要确定粒子的速度，显然就需要光的波长尽可能的长，因为波长越长，频率就越低，能量也就越小，此时光子对粒子速度和运动轨迹的影响也就越小。
所以，波长越长测量粒子的速度就越精确。但同时，粒子的瞬时位置就会因为波长更长，而变得更加不精确。
可见，这个不确定性， 一个层面是来自于信息的传递依赖于光，另一个层面是光子与被测量粒子，它们之间产生了相互影响 ——这就导致了观察结果包含了观察行为的影响，而不是观测前的状态结果。
如此理解，难道这仅仅就是 “光子探针” 的分辨率问题？如果有一个“超光子探针”，拥有极高的分辨率，就可以获得确定的粒子状态了？
第二种，粒子的状态呈现随机概率，这是粒子固有的禀性，其精确性受到了根本性的本质限制。
这种观点认为，在观测之前，粒子的状态就是不确定的，可由 波函数 描述为一种概率分布，形象的来说，就像是一种 “概率云” ——其代表一个粒子可以 同时出现 在空间位置的可能性。
波函数 ——是量子力学中，定量描述微观粒子状态（即量子态）的函数，其代表了量子态的概率分布，呈现了粒子的概率波动性，也被称为 概率波 ，或波粒二象性中的 物质波 。
显然，这种 “概率云” 的不确定性与测量无关，而所有的粒子都拥有这个性质，就如一个原子——其核外电子是“云”，其核内的质子和中子也是“云”，并且测量会让 波函数坍缩 ，这代表着粒子状态由不确定，转变为确定的原因和过程。
“波函数坍缩” 通俗地说就是：
在测量之前， 波函数 的计算结果表明，粒子状态是 “概率云” 的形状（即概率叠加的状态），而一旦测量，实验结果表明，这个 “概率云” 就收缩到了一个确定点（即概率随机出确定的结果）——因此是测量导致了 波函数坍缩 。
对此，弦理论专家——布赖恩·格林（Brian Greene），在 《宇宙的结构》 中，指出：
“概率波（即波函数）坍缩假说，本身就是个谜。坍缩并不能由量子理论的 数学推出 ；它是 人为放进 理论中的，而且也没有妥当的实验方法 来验证 。……根据薛定谔方程，波函数并不会塌缩。波函数的塌缩是一种 附加物 。它是在薛定谔发现方程之后， 试图解释 实验学家们实际看到的现象时引进的。”
所以，从某种角度说， 波函数坍缩 是一个没有数学逻辑与方程求解的—— 随机过程 。
而从量子力学的 “多重宇宙诠释” 角度来说， 波函数坍缩 ——当前宇宙就会根据随机概率，分离出平行宇宙，然后各自演化。
那么， 波函数坍缩 则意味着：粒子的状态只有在测量的驱使下，才会坍缩变得确定，即：没有测量就没有确定。
当然，客观上我们无法获得测量之前的粒子状态，所以你说在测量之前，粒子状态是无法确定的，还是确定但无法获得的，这又有什么区别呢？
这就像，看不到就等于不存在，不知道就等于没发生，测不到就等于不确定。或者就像说，没有超光速的粒子，等同于有超光速但无法感知的粒子，黑洞里没有光，等同于光无法逃逸出黑洞一样。
综上可见， 粒子的 禀性 就是不确定性，并由量子力学理论描述，即：
- 第一， 不确定性原理——表明无法确定粒子的全部状态，只能确定部分的状态。
- 第二， 波函数的演化——表明粒子没有单一确定的状态，只有状态的概率分布。
- 第三， 波函数的坍缩——这是一个不可计算、不需要时间、不可控的随机过程。
那么，这个粒子的不确定性，其实就是 波粒二象性 ，并且它还会导致 量子纠缠 ，接下来我们就深入展开来说说这两种特性。
波粒二象性
一切微观粒子（包括电子、质子、中子，光子，甚至某些原子和分子），都具有 波粒二象性 ，这表明微观粒子，既可以有 连续的波动性 ，也可以有 非连续的粒子性。
- 波动性 ——就是有波长和频率（包括波峰、波谷、相位等），以及会发生（双缝）干涉和（单缝）衍射效应。
- 粒子性 ——就是有非连续（离散）的运动状态，如任意时刻有确定的空间位置和速度，而与其它粒子相互作用时，会表现出能量和动量的不连续性，并且不会发生干涉和衍射效应。
那么在测量时，波粒二象性遵循，由物理学家——尼尔斯·玻尔（Niels Bohr），所提出的 互补性原理 （Complementarity Principle），即：波动性与粒子性，在同一时刻是互斥的，不会在同一次测量中同时出现。
也就是说，如果试图去观测获取粒子的粒子状态，则就会让粒子的波动性（干涉和衍射效应）消失；反之，如果粒子呈现了波动性（如干涉效应），那么这时候粒子的粒子状态（位置和动量）就是不确定的。
而在非测量时，波粒二象性遵循—— “波函数现实” ，即：波动性（能量）与粒子性（物质），在同一时刻同时存在，形成了一个概率波。
也就是说，粒子性以概率的形式组成了波动性，即：局部来看是粒子性，但整体来看是波动性。所以，局部 粒子性 的概率，是要服从整体 波动性 的变化的。
值得一提的是，抛硬币的概率，对应着 完全独立 的历史运动（即没有相互增强或减弱），但粒子的概率，则对应着 相互叠加 的历史运动（即产生干涉条纹），所以 量子概率 与 经典概率 的区别就在于，前者有干涉效应，后者则不会如此。
事实上， 波动性 和 粒子性 是粒子不可分割的属性，并且有着如下的关联：
- 从宏观角度来看， 波的波长越长频率越低，越呈现波动性，波的波长越短，频率越高，越呈现粒子性。
- 从微观角度来看， 粒子的状态由波函数描述，既可以表现出像波干涉和衍射一样的叠加性，也可以以概率的形式，表现出粒子的非连续性。
这里需要注意的是，粒子波动性的叠加性，并不是像宏观机械波那样的，是介质振动的相互叠加，而是波函数的叠加（即 概率函数 的叠加），也就是粒子可能出现状态（即位置和动量）的概率分布的叠加，其结果是一个新波函数。
也正因为此， 波粒二象性与不确定性，其实是等价的 ——可以说，正是因为粒子有了波动性，才会让其呈现出了不确定性，并且观测就会让其波动性消失，转变为粒子性的确定性。
甚至，根据物理学家——路易·德布罗意（Louis de Broglie），所提出的 “物质波理论” ，即：不论什么物质，都满足 λ = h / p （λ是波长，h是普朗克常数，p是动量）——可见，粒子的波长乘以动量是一个常数，而不确定性原理是，位置乘以动量是一个常数，这两者其实是等价的。
那么，由于 普朗克常数 超级小，所以物质的波长，也就是超级小——因此，我们可以认为，任何物质（包括宏观）都有波动性（这是概率波动性），只不过波长超级短，就无法呈现可观测的波动性了，转而表现出了粒子性。
而通过 物质波 的视角，也能反过来解释 不确定性原理 ，即：
一个粒子是一个波，获取其位置，就是将其波包（Wave Packet，可以理解为移动的“隆起”）限制在特定的区域，只有这样才能够在某个位置观测到它；
而要呈现这一点，就要将一个波，看成是多个不同波的叠加，因为一个波的波包频率是固定的，要让一个波在某位置有波包，其它位置没有波包，就需要用不同频率的波来 线性组合 ，即：在非观测区域抵消波包，在观测区域增强波包（在数学上即是 傅里叶变换 ）；
傅里叶变换 （Fourier Transform）——是一种线性积分变换，它可以将一个曲线函数，表示成正弦或余弦函数积分的线性组合。
于是，越精确的位置，就需要引入越多的波来组合，结果这些不同的波，每一个都有不同的波长，也就是有不同的动量（p = h / λ）——可见，限制一个波的位置，就等同于把它变成 不同动量 的波的组合，即：粒子的位置越确定，其动量越不确定。
更通俗地说，粒子可以由很多 正弦波 来描述，每一个 正弦波 都有不同的波长，对应了不同的动量，而这些 正弦波 叠加所形成的波（可以是非正弦波），就描述了粒子出现位置的概率（可以是不同概率），那么如果需要粒子出现在某位置的概率增加，就要增加不同 正弦波 的叠加数量，即相当于增加粒子 动量描述 的不确定性。
最后，值得说明的是，波动性和粒子性，是实验中展现的 客观性质 ，而 不是本质 ，两者分别代表着 不同的抽象模型 ，从不同的角度去解释微观粒子的 状态特征 ，并且很明显这 两种模型 都是从宏观角度出发，进行的 唯象形态 描述。
那么，至于微观粒子真正的形态，目前科学上并没有统一的图像，只能进行不同角度侧写拼凑——如同盲人摸象，但可以想象，在更高的层次上，粒子的波粒形态必然又是统一的，因为它们是同一个共同的 本质 ，所表现出来的可观测性质。
量子纠缠
量子 ——是一个物理量，如果存在最小的不可分割的基本量，则这个物理量是量子化的，并把这个基本量，称为量子。通俗地说，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小量。
例如，光量子即光子，就是光的最小量。
但需要说明的是，光子碰巧是基本粒子，但并不是说量子就是基本粒子，只要是最小量即可，比如自旋角动量是最小量（h / 2π）的倍数，那么最小量（h / 2π）就一个量子。
h / 2π ——称为约化普朗克常数，h是普朗克常数。
量子纠缠 ——是指在量子力学中，当两个或两个以上的粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，所以无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，这时粒子个体之间，所表现出的神秘关联现象（超距作用），就是 量子纠缠 。
例如，一对纠缠态的光子，每个光子都处在叠加态——此时状态不确定，并且可以分别在任意不同的地方，那么对其中一个光子的测量，就会让其叠加态坍缩为确定态，同时另一个光子的状态，也会瞬间产生同步变化——由叠加态坍缩为确定态。
这其中的关键就是，另一个光子的状态本来是不确定的，但它仿佛知道了，被测量光子状态的变化，然后自己做出了相应的变化。
要知道，被测粒子的状态在测量之前，可以是叠加态中的任意值，而另一个粒子，在被测量粒子确定状态之前，是无法确定自己的状态的。
这意味着，量子纠缠，让两个粒子产生了神秘的——超越时间和空间的——关联现象。
通过一种，叫做 自发参量下转换 （Spontaneous Parametric Down-Conversion，SPDC）的过程，可以实现量子纠缠。具体是将一束对角的偏振光（即水平和垂直混合态的偏振光），发射到一个非线性的晶体时（两种不同类型的晶体），会将一个（水平和垂直偏振混合态）的光子，分裂成两个纠缠态的光子，其中每个光子都是（水平和垂直偏振）叠加态的。
需要指出的是，量子纠缠并不是一个粒子瞬间（超光速）对另一个粒子产生了影响，而是它们的共有整体状态，跨越了一个广域的距离，从而同步变化—— 也就是局部会服从配合整体性质的变化，也就是个体会出现统计属性 ——并且多个粒子之间，也可以形成纠缠态，那么其中一个变化，其它的都会一起同步变化。
换言之，只要处在纠缠态，粒子就不具有独立性，此时再巨大的空间距离，也不能阻碍粒子之间的关联性。
那么，量子纠缠的根本原因是什么呢？
从 波粒二象性 角度来看，处在纠缠态的粒子们成为了一个整体，而这个整体具有 波动性与粒子性 ，接着局部每个粒子的变化，都要服从整体上波的变化，于是测量任意一个局部粒子，都会让整体上的波产生变化，即 波函数坍缩 ，最后其它局部粒子都要一起协同变化，即呈现 量子纠缠 。
从 数学角度 来看，纠缠的粒子们是一个整体，服从同一个 波函数演化 （或说属于同一个 概率波 ），而对其中一个粒子的测量，会导致波函数发生演化（即 概率波 随机出概率的结果），接着所有的纠缠粒子，就都会从同一个 波函数演化 中，获得 相互协调 的确定态。
相反，如果不进行任何测量，波函数就不会演化，相当于没有去求解波函数的数值，所以纠缠的粒子们就没有确定的状态。
可见，量子纠缠表明， 波函数演化 ——是超越 时间 与 空间 的规律，它在宇宙的底层掌控着一切。
要知道，在我们的直觉上，整体的一部分，要影响另一部分，也必须要通过 相互作用 来传递信息——但波函数中的 相互协调 ，并不需要时间与空间，所以也就不需要 “传递” 这个动作，以及任何 “信息” 。
事实上，万事万物从微观到宏观，都具有波粒二象性，那么量子纠缠，就会在跨越广域的时空距离上，产生广泛的、无处不在的、根本性的相互影响。
所以，并不是观察行为会影响量子系统，而是—— 任何存在、任何行为，都无时无刻不在影响着量子系统的状态，并且这个状态变化的影响，会以量子纠缠的形式，进行超距的相互影响。
因此，从这个角度来看，无论观测还是不观测，微观量子层面的确定性信息，都会因为量子系统的特性（波粒二象性），而无法获得。
那么，可以想象，我们想要的确定性，其实只有建立在微观不变化、不相互影响的基础之上才行。但此时上层的一切都会不存在，或是与现在完全不同的形式存在。
最后，宏观上并没有量子纠缠效应，就像宏观物体没有微观的波粒二象性一样，可以理解为这些 微观量子效应，在宏观被压制在了无法被观测的状态 ——数学求解得出无限小，极限就是不存在，或理解为存在于未知领域。
然而，在我们无法观测和感知的背后，却存在一个完整统一的整体，并涵盖了所有的未知领域， 只是我们的认知，不一定就存在一条信息路径，可以抵达那个统一整体的终极本质。
那么， 量子纠缠 ——就很好的证明了，一切点点滴滴都是相互关联的，以及那个统一整体的存在性。
相互与互相 ——作副词当状语两者相同，如相互帮助或互相帮助，但“相互”还可作形容词当定语，如相互作用与相互关系，而“互相”则一般不这么使用；另外，“互相”还可以表示，两个以上的相互动作。
但还需要指出的是，量子纠缠是一个实验结论，而不是数学逻辑的推导结果，所以其正确性由实验保证，而不是逻辑。
超光速与信息传递
显然，我们依赖光去获取信息，就不能超越光速去获得信息。但量子纠缠，却可以无视距离和光速，产生状态之间的同步变化，那么这岂不是可以超光速传递信息了？
结论是，量子纠缠依旧无法超越光速传递信息。
首先， 我们需要明白，传递信息要有 输入信息 和 读取信息 ，完成这两个步骤才算是完成了一次信息的传递。
其次， 处在纠缠态的粒子，测量会导致其叠加态坍缩——这是 输入信息 ，接着瞬间，其它与之纠缠粒子产生变化——我们测量这些变化就是 读取信息 。
那么问题就是，都是测量，哪一次代表了输入信息，哪一次又代表了读取信息呢？
输入与读取有先后顺序，那么我们的测量也就需要有先后顺序。 显然，测量的先后顺序就依然需要光速来传递信息，以确定测量的先后。
最后， 我们无法向一个量子纠缠系统中，输入我们想要的数据，因为微观状态是完全随机的不可控。
也就是说，我们无法对量子纠缠系统，进行信息编码。而如果在纠缠系统之外进行编码，在利用纠缠同步来确认信息，就会遇到前面所说的，输入和读取的顺序问题。
所以，粒子纠缠态之间的同步变化，所能传递的，仅仅是一些随机的信号——属于噪音而不是信息——我们无法从中获得任何有用的信息。
不过也可能， 量子纠缠 就是一种不用“光”来传递信息的机制，从而可以超光速传递信息，只不过这个“信息”，不是我们可以理解的“信息”。
量子退相干性
最新的研究发现，与 波函数坍缩 一起发生的，还有 量子退相干 现象，即：原本量子系统的相干性退化了，从波粒二象性角度来说，就是波动性退化成了粒子性。
这个过程是由于，量子系统中的粒子与环境中的粒子，发生了纠缠，产生了一个新系统——那么此时，原系统的 波函数 ，就要更新为一个新的 波函数 （相位不同），又因为 新波函数 包含更多的纠缠粒子，从而变得更加庞大与复杂，结果就导致原系统的 相干性 退化了，或说减弱了。
相干性 （Coherence）——是指量子系统的波函数，其各个叠加态的相位不变，可以发生干涉。
退相干性 （Decoherence）——是指量子系统的波函数，其各个叠加态的相位随时间变化，难以发生干涉。
换言之，格林在 《宇宙的结构》 中，指出：
“虽然光子和空气分子，如此之小以至于对书、猫之类的大个物体，不会产生什么实质性的影响，但它们会有别的作用。它们不断地「推动着」大物体的 波函数 ，或者用物理术语讲，它们干扰着大个物体的 干涉性 ：它们扰乱了 波峰波谷 的排列顺序。……一旦 量子干涉 不再可能，量子力学所固有的 概率性 ，从实际的角度看，就会像掷硬币或轮盘赌所固有的 概率性 一样。一旦环境的 退相干性 弄乱了 波函数 ，量子概率的奇异性，就会变成日常生活中所熟悉的概率。”
可见， 相干性 ——代表着粒子之间的（状态）协调性，表现出来的就是纠缠； 退相干性 ——则代表粒子之间的协调性消失，表现来的就是不再纠缠。
显然，当很多很多粒子需要一起协调的时候，那么其中部分粒子之间的协调性——因为不仅仅取决于彼此，而取决于更多的整体——就会看起来很弱，甚至忽略不计。
因此，格林在 《宇宙的结构》 中，说道：
“退相干性，是一种普遍存在的现象，通过压低量子干涉——也就是说，强烈地削弱 量子概率 和 经典概率 之间的核心差异，退相干架起了（小小世界的） 量子物理 和（没那么小的世界的） 经典物理 之间的桥梁。”
不过，虽然 量子退相干性 解释了， 量子系统 变迁为 经典系统 的过程，但无法解释 波函数坍缩 ，以及 坍缩 后的随机结果——而两者的区别在于两点：
- 第一， 波函数坍缩 是从叠加态变成了确定态， 量子退相干 是从强叠加态变成了另一种弱叠加态——并没有彻底变成确定态。
- 第二，实验表明， 退相干 需要时间，是一个渐进过程，并且温度越低需要的时间越长，相关粒子越多需要的时间越短，而 坍缩 则不需要时间，是一个瞬间没有过程。
2004年，奥地利科学家C70（70个碳原子）退相干实验。
综上可见，单个粒子的量子态坍缩，是因为 波函数坍缩 ——使得粒子的叠加态转变为确定态，而多粒子系统的量子态坍缩，则是因为先 量子退相干 （需要时间，产生新波函数）、再 波函数坍缩 （不需要时间）——使得系统的相干性退化消失，同时所有粒子的叠加态转变为确定态。
观测的本质
在宏观上，通常观测，我们认为就是 观察 和 测量 ，而在科学上，观测是用技术手段去获取物质的 状态信息 。
那么在微观上，观测一定会落实到，用光子去获取信息，因为信息传递的最快（最有效）途径，就是依靠光子。
例如，人类的视觉系统，就是利用不同频率的可见光，来产生不同的化学反应，并以此来呈现视觉信息的。
然而，在量子实验中（如 量子擦除实验 ），并非需要我们去完成 观测量子 的行为和过程，而只要构建出可以观测到的 “可能性” ，便可以让量子状态发生变化——并且，如果 擦除 了有关路径的信息，还会恢复量子的原本状态。
可见，观测对微观的 “扰动” ，并非是观测行为本身，而是观测所能够获得信息的可能性，即： 一旦形成信息获取的路径 ，便可以对微观产生实质性的影响。
换言之， 观测建立了信息获取的路径 ，让微观的信息可以被宏观获取，从而才影响了粒子微观态的演化，即：微观信息与宏观信息，发生了相互作用，产生了不同于之前的 “纠缠信息” ，而这个 新信息 就是粒子的 新状态 ——在此别忘了，获取 状态 就是获取 信息 ，获取 信息 就是获取 状态 。
简而言之，观测就是—— 通过相互作用，建立起信息通路。
那为什么，微观原本不确定的信息 叠加态 ，在形成 “信息通路” 之后就变成确定的 确定态 了？
这可以理解为，叠加态就是处在纠缠态（即量子态不可分割），而 “信息通路” 让纠缠信息（即局部之间共享的干涉信息），可以从局部传递到了整体，于是整体就成为了纠缠态（即成为更大整体的局部），而处在纠缠态之中，是无法观测到自身的纠缠信息的，即：只能观测到确定的 确定态 ，而不是不确定的 叠加态 。
由此可以推论， 量子退相干 的速度，是不能超过 信息路径构建 的速度的，即光速（因为信息传递不能超光速）。
而阻隔“信息泄漏”的黑洞内部，在黑洞之外来看，就注定是永远的不确定叠加态——更或许， 每个黑洞之中，都隐藏着一个（永远）未知的平行世界。
那么，这也就是宏观物体，没有微观波动性（不确定性）的原因所在，因为宏观物体的信息路径，显然已经是被确定存在的了，即： 波粒二象性顺着信息路径，呈现了粒子确定性。
同时，也可以理解为，量子态的 叠加信息 顺着信息路径 “扩散了” ，最终只剩下了粒子确定性。
例如，在宏观上， 薛猫 的状态不是（或死或活）叠加的，这不在于我们的观测，而是宏观 信息路径 ，是存在且确定的——意思就是说， 薛猫 的状态取决于，微观（放射性元素衰变）的概率，但这个概率在宏观有 可获取 的信息路径（不依赖于观测），因而，微观纠缠信息在被传递到宏观的过程中，概率的结果就被确定了——但在更宏观没有 信息路径 时，概率又是不确定的了。
当然，“开薛猫盲盒”这也是一个 退相干 的过程，格林在 《宇宙的结构》 中，解释道：
“ 退相干性 却告诉我们，早在你打开盒子之前很久，环境已经完成了无数次观测，并立刻将所有的神秘的 量子概率 转化为毫无神秘可言的经典对应。在你看猫之前很久，环境已经迫使猫处于一种唯一的确定的状况。”
例如， 月亮 在我们没有看它时，依然是确定存在的，就因为月亮作为宏观物体，其 信息路径 是确定的——但如果把月亮，封闭到一个没有 信息路径 的时空内，如黑洞之中，那么月亮对我们来说，其存在性就是不确定的了。
而 从宏观到微观 的角度来看，一是有很多 信息路径 ，二是有很多 层级间隔 ——前者的影响会相互抵消，后者的封装会压制概率演化。
因此，宏观呈现了极大的确定性，而不是叠加态。
那么，仅从微观来看，观测也可以造成稳定的 确定态 ，即： 量子芝诺效应 。
量子芝诺效应 （Quantum Zeno effect）——是指对一个不稳定的量子系统，频繁不断地连续测量，就可以阻止该系统的演化，或说冻结该系统的状态。
这可以理解成，连续测量引起连续地 波函数坍缩 ，从而阻止了量子态的演化。也可以理解成，观测产生 信息路径 ，路径传递 信息影响 ，从而约束了量子态的概率。
结语
从信息角度来看，信息可以消除不确定性，信息就可以改变概率，那么 信息路径 就可以，影响微观态的演化。
对此，有一个生动的类比，就是在 游戏 中：
- 一个玩家屏幕之外的 物体 是不渲染的，也就是对一个玩家来说—— 物体 是不可见的，即：视觉信息不存在；
- 而如果一个 物体 ，对所有玩家都不可见，那么服务器逻辑是可以不计算的，也就是对所有玩家来说—— 物体 是不可见的，即：属性信息不存在。
这很有趣， 或许信息和路径，才是上层因果逻辑的本质 ——而路径又可以形成循环，这样因果和逻辑也就可以形成循环，成为无穷无尽的无限——产生 不可计算性 。
那么，在不确定性原理中， 试想粒子同时确定的位置和动量信息 ，是否是客观存在的？
如果是存在的，只是粒子的固有禀性—— 波粒二象性 ，限制了我们对这个确定信息的获取，那么，我们获取 微观信息 与 确定性 本身就是矛盾的，因为获取形成了 信息路径 ，导致不确定，而只有不获取，确定性信息才会客观存在。
这就像，一间不透光的屋子，我们想知道屋里子有什么，可一旦有光进入，屋里子的东西就会与光 “结合” （即相互作用）产生原来没有的“东西”（即新状态），所以我们永远无法获得屋里子原有的信息——或许屋里子没有信息，也可能会有无数种信息，谁知道呢？
这一切都在于，我们依赖光子去获取信息，更在于我们的本质也是信息——是由 量子信息 构成的物质实在——因而信息会与我们本身产生 相干与纠缠 。
换言之，所有的观测与测量都是耦合（Coupling）——就像浸泡在水里就会与水分子耦合，而耦合就会创造新状态，并且整个水域就是整个宇宙，没有任何信息可以脱离水域，孤立不耦合——即： 存在即耦合。
那么，在耦合之前的 “实在信息” ，就会与之之前的耦合相关，再与之之之前的耦合相关，如此关联，最终就会与之前整个宇宙耦合——所以，在耦合（即观测与测量）之前， “实在信息” 的可能性（即概率）是遍布整个宇宙的。
最终，所有的不确定性都归因于： 一切皆信息，万物皆比特。
后记1：宏观的不确定性
事实上，广相所描述的宏观世界——质量弯曲时空，时空指引运动——其实还代表着， 宏观的不确定性 。
因为，时空和质量是相互影响的关系，所以在 物理过程 发生之前，我们并不能预先知道时空的几何结构，这导致 时空结构 和 物理过程 ，就变成了相互纠缠并不断变化的 不确定性 关系。
换言之，时空不是绝对的——因为我们的运动会 “扰动” 时空的变化，但时空的变化却是绝对的——这就是力的效用、加速度的表现。
例如，行星椭圆轨道的长轴，在行星每转一圈后，会有一个小小的偏移，即椭圆长轴会随着行星运动有一个慢慢转动，这称之为—— “进动” ，而如果是一颗恒星绕着黑洞旋转，这种在极端引力场里的轨道偏移，则被称为—— “史瓦西进动” 。
那么 “进动” ，就很好的说明了，宏观运动在 “扰动” 时空的变化，从而影响了时空的 “测地线” ，进而影响了宏观运动的轨迹，接着宏观运动又再次 “扰动” 时空，以此循环——最终表现出来的，就是椭圆轨道长轴的不断变化。
显然，这与微观的 不确定性原理 ，是如出一辙的。
而在宏观的其它层面：
- 好奇 ，就来自于不确定性，其关联到了 大脑 的运作；
- 利润 ，也是来自不确定性，其关联到了 经济 的运作；
- 演化 ，同样来自不确定性，其关联到了 生命 的运作；
- 运气 ，依然来自不确定性，其关联到了 万物 的运作；
- 以及等等。
由此可见， 不确定性原理 ——是贯穿微观与宏观的统一规律，那么 概率 ——就成为了不确定性的最终代言人，并给出了从微观到宏观的确定方向。
因此，一切皆有可能，重要的是 概率 ——它是至高无上的 第一原理 ，或说是 第一原理 的原理。
后记2：量子化演化
这是在书写本文的时候，一个有趣的发现。
事实上，物理系统的演化，可以用“作用量”（Action）描述，而作用量 = 能量 * 时间 = 动量 * 位移 ——如果演化是量子化的，那么作用量就是量子化的，也就是说，作用量有一个最小常数，即：能量 * 时间 = 动量 * 位移 = 某个常数。
巧合的是，动量 * 位移（Δp * Δx）——就是不确定性原理（Δx * Δp ≥ h / 4π）的左式，而其右式h / 4π就是一个常数。
可见，作用量量子化的最小常数就是h / 4π——更加巧合的是，h / 2π是一个自旋量子（也是约化普朗克常数），且h / 4π * 2 = h / 2π，而演化的相互作用，至少需要两个量。
因此，两个自旋量子的相互作用，就是 “量子化演化” ，其最小作用量h / 4π就是—— “演化量子” 。
据此来看， 不确定性原理 ——其实是 量子化演化 的内在要求。
后记3：波函数坍缩与平行宇宙
以下是脑洞推演，给出了时间旅行的规则。
波函数坍缩 ，就会（瞬间）分离出平行宇宙，但由于 量子退相干 需要时间，所以分离出的两个平行宇宙的演化信息，其传递速度不能超光速，因此在这两个平行宇宙中的光锥之外，宇宙并没有分离，直到 退相干 到光锥之内，才会分离成 “早已确定” 的两个平行宇宙。
这会引出两种场景：
第一，我在看你做实验，你的观测让 波函数坍缩 ，你进入两个不同的平行宇宙，而在 退相干 抵达我之前，对我来说，你的实验并没有让 波函数坍缩 ，平行宇宙也没有分离。
第二，我在看你做实验，你的观测让 波函数坍缩 ，你进入两个不同的平行宇宙，虽然 退相干 并没有抵达我，但我对你的观测结果，进行了观测，于是我得到了同样 波函数坍缩 的结果（没有再次坍缩，只是超距协调），然而 退相干 还没有抵达我，此时我的平行宇宙开始分离，并最终与你的平行宇宙 “相干统一” 。
按此逻辑，量子纠缠，纠缠粒子相隔超距，对其中一个测量，导致 波函数坍缩 ，但平行宇宙分离需要光速时间才能抵达另一个粒子，此时在光锥之外，测量另一个粒子，由于 波函数坍缩 是全局事件，所以在此处，会开启又一个平行宇宙的分离点，并将会与光锥之内的平行宇宙 “相干统一” 。
因此，量子纠缠其实是，平行宇宙的入口，只不过进入哪个平行宇宙，是 波函数 全局调控的。
当然， 波函数 并不会监控全宇宙，它描述的是可分离平行宇宙的叠加态，其演化服从所有平行宇宙的整体演化，而所有的平行宇宙都会走向同一个结局，最终叠加为一个宇宙，从而再次开启平行宇宙的分离。
换言之， 波函数坍缩 的返回值，就是平行宇宙的入口，也就是“进程ID”，每次时间旅行，都是一次 波函数坍缩 ，会开启一个独立的剧情，但不是全新的，因为会叠加从前的故事，这就是 量子叠加态 ，并且又会和其它无数个剧情产生相互影响，这就是 量子纠缠 带来的超距作用。
后记4：概率波与粒子场
在 量子力学 中，一个粒子也是一个波，即 概率波 ，其波动性由 波函数 描述，也就是在时空中的 概率分布。
有趣的是，在 量子场论 中，所有的已知粒子都被视为， “某种场” 的微小振动（或说激发），并且每一种粒子都有其对应的场，如电子场、光子场（电磁场）、夸克场，如此等等，即：粒子是 粒子场 的最小激发单元。
因此，粒子的运动状态，也可以通过 粒子场 来描述，也就是在时空中的 相互作用 。
场 （Field）——在物理学上，是指每个时空点，都有一个物理量与之对应。一个场可以是标量场、矢量场、或张量场，这取决于其所表示的物理量，是标量、矢量、还是张量。
那么，一个粒子的 概率波 与 粒子场 ，这两种视角有何不同呢？
- 第一， 量子力学 描述了 单个粒子 的运动规律， 量子场论 描述了 多个粒子 的运动规律。
- 第二， 量子场论 考虑了 相对论效应 ，也就是在 微观尺度 引入了 宏观尺度 的物理规律。
- 第三，在微观上 概率波 没有确定的 物理实体 ，在宏观上 粒子场 具有确定的 物理实体 。
注意，在某些情况下（如非相对论性的低能量区域），可以将 量子场论 简化 为量子力学 模型来处理。
对此，格林在 《宇宙的结构》 中，曾指出：
“量子力学的 概率波 ，自身就可被看做是遍布于空间的 场 ，而正是这种 场 ，使得某个 物质粒子 ，按一定概率出现在某个位置。”
据此来看， 物质粒子 可以通过自身的 概率场 ，将其 波动性 （概率性）转化为 粒子性 （实在性），即粒子、波、场这三者可以是统一的——如：电子既是一个粒子，也是一个波，还是一个场。
注意，有 波 必须有 场 （波通过场的变化传播，如电磁波），有 场 不一定有 波 （没有变化的场，如静电场）；有 粒子 必须有 波 （粒子是波的坍缩），有 波 不一定有 粒子 （低概率检测不到）；有 粒子 必须有 场 （粒子是场的振动），有 场 不一定有 粒子 （没有振动的场）。
可见， 场 具有潜在的 波 ， 波 具有潜在的 粒子 —— 场 可以是 虚无 （无波动）， 波 可以是 概率 （不确定）， 粒子 可以是 实在 （可观测）。
而从 物质波 的视角来说， 物质粒子 具有 物质波 与 物质场 —— 物质场 提供了 相互作用 ， 物质波 则呈现了 概率分布 ，即： 物质场 通过 相互作用 ，连接了 微观概率 与 宏观实体 。
例如，电子既是一个粒子，也是一个波，通过 电子场 的相互作用，电子可以从波动（概率）确定为粒子（实在）；同理，光子既是一个粒子，也是一个波，通过 电磁场 的相互作用，光子可以从波动（概率）确定为粒子（实在）。
简而言之， 场 可以转化 波 为 粒子 ，即： 相互作用 可以——转化 概率 为 实在 、转化 无形 为 有形 、转化 虚无 为 现实 、转化 信息 为 物质 。
或许，推广到宏观尺度，任何物体也都会具有—— 波 与 场 。
后记5：量子涨落与宇宙暴胀
在 宇宙大爆炸 的瞬间，宇宙的大小处于极小的 量子尺度 ，此时由 不确定性原理 带来的 量子涨落 ，会使得这个 “量子宇宙” 产生不均性。
接着，在 大爆炸 之后的10^-36到10^-32秒之间， 宇宙半径 骤然膨胀了至少10^26倍，这就是 宇宙暴胀 （Inflation）——这意味着，在10^-36秒的瞬间，宇宙比它在138亿年以后增大的还多。
于是，突然乍现的 暴胀膨胀 ，就将原本 微观尺度 上的不均匀性，放大到了 宏观尺度 上的不均匀性，即：微观 量子涨落 的微小差异，变成了宏观 整个宇宙 的星系差异。
通常认为， 量子涨落 在宏观是 微不足道 至可以 忽略不计 的，更不要说在 天文学尺度 上了——但 暴胀 的极端变化，却出乎意料地将 量子涨落 在临近位置的微小差异，拉伸成了宇宙中巨大的 “时空褶皱” 。
而神奇的是，利用 宇宙暴胀模型 的计算，可以解释宇宙中 不同方向 的光子之间，通过观测数据发现的 微小温度差 ，即：只有千分之几量级的 微小差别 ，但具有 暴胀模型 所描述的 特定规律 ——这意味着， 暴胀模型 捕捉到了宇宙最初的变化规律。
那么，追本溯源，我们恍然发现——宇宙的 微然渺物 与 庞然巨物 之间，竟然存在着从 量子极小 到 星系极大 的映射关系——这太奇妙了，不是吗？
最终， 微观尺度 上的一切都会暴露于 宏观尺度 之上——因此， 量子力学 的种种 现象 与 原理 ，对我们及我们的世界，或许会有着根本性的 掌控 、 影响 与 意义 。
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