如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
- 上圖：第三方面實驗的原理，測試量子非局部性。來自源的糾纏光子被髮送到兩個快速開關，這些傳感器將引導到極化探測器。開關會非常快速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。不同的設置，令人費解的是，導致不同的實驗結果。這不能用量子力學理論來解釋，量子力學既是局部的，又涉及現實主義和確定性。
李·斯莫林在一年前的一次公開演講中直言不諱地說：
“一個完整的描述應該告訴我們每個過程中發生了什麼，獨立於我們的知識、信仰、干預或與系統的交互。”
在科學中，這就是我們所說的假設、假定或斷言。這聽起來很有說服力，但可能不是真的。以這種方式搜索“完整描述”假定自然，可以以獨立於觀察者或獨立於交互的方式描述，而事實並非如此。雖然肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）剛剛在週日的《紐約時報》（New York Times）上表示，物理學家應該更多地關心（並花費更多的時間和精力研究）這些量子基礎，但大多數物理學家——包括我自己——並不同意。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
- 上圖：第三方面實驗的原理，測試量子非局部性。來自源的糾纏光子被髮送到兩個快速開關，這些傳感器將引導到極化探測器。開關會非常快速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。不同的設置，令人費解的是，導致不同的實驗結果。這不能用量子力學理論來解釋，量子力學既是局部的，又涉及現實主義和確定性。
李·斯莫林在一年前的一次公開演講中直言不諱地說：
“一個完整的描述應該告訴我們每個過程中發生了什麼，獨立於我們的知識、信仰、干預或與系統的交互。”
在科學中，這就是我們所說的假設、假定或斷言。這聽起來很有說服力，但可能不是真的。以這種方式搜索“完整描述”假定自然，可以以獨立於觀察者或獨立於交互的方式描述，而事實並非如此。雖然肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）剛剛在週日的《紐約時報》（New York Times）上表示，物理學家應該更多地關心（並花費更多的時間和精力研究）這些量子基礎，但大多數物理學家——包括我自己——並不同意。
- 上圖：電子一次一個通過雙狹縫的波型。如果你測量電子通過的“哪個狹縫”，你就會破壞這裡顯示的量子干涉圖樣。標準模型和廣義相對論的規則並沒有告訴我們電子通過雙縫時的引力場會發生什麼；這需要一些超出我們目前理解的東西，比如量子引力。不管解釋是什麼，量子實驗似乎關心我們是否進行了某些觀察和測量（或強迫某些相互作用）。
如果你想這麼說的話，現實並不是某種超越可測量或可觀察的客觀存在。在物理學中，正如我之前所寫的，用最完整、最準確的方式描述可觀察和可測量的東西，是我們最崇高的願望。通過設計一種量子算符運用於量子波函數的理論，我們獲得了精確計算可能發生的任何結果的概率分佈的能力。
對大多數物理學家來說，這已經足夠了。但是你可以在這些方程上加上一套假設，並對量子力學提出一套不同的解釋：
- 定義這些粒子的量子波函數在物理上是否毫無意義，直到您進行測量？（哥本哈根詮釋）
- 所有可能的結果真的發生了嗎，需要無限個平行宇宙？（多世界詮釋）
- 你能想象現實是無限多相同準備的系統，而測量行為是選擇哪個代表我們現實的行為嗎？（系綜詮釋）
- 或者粒子總是以絕對的形式存在，具有真實和明確的位置，其中確定性的“導波”以非局部的方式引導它們？（德布羅意波姆/導波詮釋）
卡羅爾剛剛設計了一種新的解釋，可以說與其他任何一種一樣有趣。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
- 上圖：第三方面實驗的原理，測試量子非局部性。來自源的糾纏光子被髮送到兩個快速開關，這些傳感器將引導到極化探測器。開關會非常快速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。不同的設置，令人費解的是，導致不同的實驗結果。這不能用量子力學理論來解釋，量子力學既是局部的，又涉及現實主義和確定性。
李·斯莫林在一年前的一次公開演講中直言不諱地說：
“一個完整的描述應該告訴我們每個過程中發生了什麼，獨立於我們的知識、信仰、干預或與系統的交互。”
在科學中，這就是我們所說的假設、假定或斷言。這聽起來很有說服力，但可能不是真的。以這種方式搜索“完整描述”假定自然，可以以獨立於觀察者或獨立於交互的方式描述，而事實並非如此。雖然肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）剛剛在週日的《紐約時報》（New York Times）上表示，物理學家應該更多地關心（並花費更多的時間和精力研究）這些量子基礎，但大多數物理學家——包括我自己——並不同意。
- 上圖：電子一次一個通過雙狹縫的波型。如果你測量電子通過的“哪個狹縫”，你就會破壞這裡顯示的量子干涉圖樣。標準模型和廣義相對論的規則並沒有告訴我們電子通過雙縫時的引力場會發生什麼；這需要一些超出我們目前理解的東西，比如量子引力。不管解釋是什麼，量子實驗似乎關心我們是否進行了某些觀察和測量（或強迫某些相互作用）。
如果你想這麼說的話，現實並不是某種超越可測量或可觀察的客觀存在。在物理學中，正如我之前所寫的，用最完整、最準確的方式描述可觀察和可測量的東西，是我們最崇高的願望。通過設計一種量子算符運用於量子波函數的理論，我們獲得了精確計算可能發生的任何結果的概率分佈的能力。
對大多數物理學家來說，這已經足夠了。但是你可以在這些方程上加上一套假設，並對量子力學提出一套不同的解釋：
- 定義這些粒子的量子波函數在物理上是否毫無意義，直到您進行測量？（哥本哈根詮釋）
- 所有可能的結果真的發生了嗎，需要無限個平行宇宙？（多世界詮釋）
- 你能想象現實是無限多相同準備的系統，而測量行為是選擇哪個代表我們現實的行為嗎？（系綜詮釋）
- 或者粒子總是以絕對的形式存在，具有真實和明確的位置，其中確定性的“導波”以非局部的方式引導它們？（德布羅意波姆/導波詮釋）
卡羅爾剛剛設計了一種新的解釋，可以說與其他任何一種一樣有趣。
- 上圖：各種量子解釋及其對各種性質的不同分配。儘管存在差異，但目前還沒有實驗能夠區分這些不同的解釋，儘管可以排除某些解釋，比如那些具有局部、真實、確定性隱藏變量的解釋。
令人沮喪的是，所有這些解釋，加上其他的解釋，在實驗上是無法區分的。我們還沒有能夠設計或執行任何能夠辨別這些解釋之一的實驗，因此它們在物理上是相同的。有一個基本的、客觀的、獨立於觀察者的現實是一個沒有證據的假設，只是幾千年來我們的直覺告訴我們"應該是這樣"。
但是，科學的存在並不是為了表明現實符合我們的偏愛、偏見和觀點；它試圖揭示現實的本質，而不考慮我們的偏見。如果我們真的想了解量子力學，我們的目標應該更多地是放下偏見，欣然接受宇宙告訴我們的關於它自己的一切。相反，卡羅爾在戲弄他即將出版的新書時，卻反其道而行之。不足為奇的是，大多數物理學家都缺乏信心。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
- 上圖：第三方面實驗的原理，測試量子非局部性。來自源的糾纏光子被髮送到兩個快速開關，這些傳感器將引導到極化探測器。開關會非常快速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。不同的設置，令人費解的是，導致不同的實驗結果。這不能用量子力學理論來解釋，量子力學既是局部的，又涉及現實主義和確定性。
李·斯莫林在一年前的一次公開演講中直言不諱地說：
“一個完整的描述應該告訴我們每個過程中發生了什麼，獨立於我們的知識、信仰、干預或與系統的交互。”
在科學中，這就是我們所說的假設、假定或斷言。這聽起來很有說服力，但可能不是真的。以這種方式搜索“完整描述”假定自然，可以以獨立於觀察者或獨立於交互的方式描述，而事實並非如此。雖然肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）剛剛在週日的《紐約時報》（New York Times）上表示，物理學家應該更多地關心（並花費更多的時間和精力研究）這些量子基礎，但大多數物理學家——包括我自己——並不同意。
- 上圖：電子一次一個通過雙狹縫的波型。如果你測量電子通過的“哪個狹縫”，你就會破壞這裡顯示的量子干涉圖樣。標準模型和廣義相對論的規則並沒有告訴我們電子通過雙縫時的引力場會發生什麼；這需要一些超出我們目前理解的東西，比如量子引力。不管解釋是什麼，量子實驗似乎關心我們是否進行了某些觀察和測量（或強迫某些相互作用）。
如果你想這麼說的話，現實並不是某種超越可測量或可觀察的客觀存在。在物理學中，正如我之前所寫的，用最完整、最準確的方式描述可觀察和可測量的東西，是我們最崇高的願望。通過設計一種量子算符運用於量子波函數的理論，我們獲得了精確計算可能發生的任何結果的概率分佈的能力。
對大多數物理學家來說，這已經足夠了。但是你可以在這些方程上加上一套假設，並對量子力學提出一套不同的解釋：
- 定義這些粒子的量子波函數在物理上是否毫無意義，直到您進行測量？（哥本哈根詮釋）
- 所有可能的結果真的發生了嗎，需要無限個平行宇宙？（多世界詮釋）
- 你能想象現實是無限多相同準備的系統，而測量行為是選擇哪個代表我們現實的行為嗎？（系綜詮釋）
- 或者粒子總是以絕對的形式存在，具有真實和明確的位置，其中確定性的“導波”以非局部的方式引導它們？（德布羅意波姆/導波詮釋）
卡羅爾剛剛設計了一種新的解釋，可以說與其他任何一種一樣有趣。
- 上圖：各種量子解釋及其對各種性質的不同分配。儘管存在差異，但目前還沒有實驗能夠區分這些不同的解釋，儘管可以排除某些解釋，比如那些具有局部、真實、確定性隱藏變量的解釋。
令人沮喪的是，所有這些解釋，加上其他的解釋，在實驗上是無法區分的。我們還沒有能夠設計或執行任何能夠辨別這些解釋之一的實驗，因此它們在物理上是相同的。有一個基本的、客觀的、獨立於觀察者的現實是一個沒有證據的假設，只是幾千年來我們的直覺告訴我們"應該是這樣"。
但是，科學的存在並不是為了表明現實符合我們的偏愛、偏見和觀點；它試圖揭示現實的本質，而不考慮我們的偏見。如果我們真的想了解量子力學，我們的目標應該更多地是放下偏見，欣然接受宇宙告訴我們的關於它自己的一切。相反，卡羅爾在戲弄他即將出版的新書時，卻反其道而行之。不足為奇的是，大多數物理學家都缺乏信心。
上圖：在經典力學（a）和量子力學（b-f）中，粒子在盒子（也稱為無限方阱）中的軌跡。在（a）中，粒子以恆定速度運動，前後反彈。在（b-f）中，給出了時間相關薛定諤方程的波函數解。水平軸是位置，垂直軸是波函數的實部（藍色）或虛部（紅色）。（b，c，d）是穩態（能量本徵態），它來自於與時間無關的薛定諤方程的解。（e，f）是非定常態，是含時薛定諤方程的解。注意，這些解在相對論變換下不是不變的；它們只在一個特定的參考系中有效。
理解宇宙並不是揭示一個脫離觀察者、測量和互動的真實世界。宇宙可能以這樣一種方式存在，這是一種有效的方法，但也可能是這樣一種情況，即現實與基本層面上的測量、觀察和互動行為密不可分。
如果你想加深對宇宙的理解，關鍵是要找到一個實驗性的測試，它將區分一種解釋和另一種解釋，從而排除它，或者將它提升到其他解釋之上。到目前為止，只排除了需要局部現實主義的解釋（其中有某種程度的決定論），而其餘的都是未經檢驗的；在它們之間進行選擇完全是美學問題。
如何理解宇宙問題？科學家們傳統上採取了兩種相互配合的方法。一方面，我們通過實驗，並對結果進行觀察和測量，從而獲得相應的科研數據。另一方面，我們構建理論和模型來描述現實，在現實中，這些理論的預測僅與它們所匹配的觀察和測量結果相吻合。
- 上圖：通過從預先存在的系統中創建兩個糾纏的光子，並將其以很遠的距離分隔，我們可以通過測量另一個光子的狀態來"遠距離傳送"相關光子的信息。對量子物理既要求局域性又要求實在性的解釋，不能解釋無數的觀測結果，但多重解釋似乎能很好解釋。
幾個世紀以來，理論家們從他們的模型、想法和框架中挑出新的預測，而實驗家們則探索未知的領域，試圖驗證或反駁當今的主流理論。然而，隨著量子物理學的出現，所有這些都開始改變。而不是具體的答案，只能預測概率結果。我們如何解釋這一點，一直是一場持續了近一個世紀的辯論的主題。但進行這場辯論可能是一件愚蠢的差事；也許我們需要一種解釋的想法，本身就是問題所在。
- 上圖：彈跳中的球，其過去和未來的軌跡都是由物理定律決定的，但時間只會為我們流向未來。不管你是向前還是向後拔動時鐘，彈跳求所遵循的運動規律一直是牛頓運動定律。
幾千年來，如果你想以科學的方式研究宇宙，你所要做的就是找出合適的物理條件進行設置，然後進行重要的觀察或測量就可以得到答案。
炮彈一旦發射，一旦發射，就會遵循特定的軌跡，牛頓的運動方程使您能夠隨時以任意精度預測該軌跡。 即使在強大的引力場或接近光速的情況下，愛因斯坦對牛頓理論的擴展也能夠產生相同的結果：為任意精度提供初始的物理條件，你可以知道未來任何一點的結果是什麼 是。
直到19世紀末，我們描述宇宙的所有物理理論都遵循這條道路。
- 上圖：光錐的一個例子，所有可能到達和離開時空點的光線的三維表面。在空間中移動的越多，隨時間移動的越少，反之亦然。只有你過去光錐中所含的東西才能影響你今天;只有你未來光錐中所含的東西才能在未來受到你的影響。
為什麼大自然會這樣？因為支配它的規則——我們用來描述我們所測量和觀察的東西的最好的理論——都遵循同樣的規則。
- 宇宙是局部的，這意味著一個事件或相互作用只能以一種方式影響它的環境，這種方式受到在宇宙中傳播速度限制，這個終極速度就是光速。
- 宇宙是真實的，這意味著某些物理量和性質（粒子、系統、場等）的存在與任何觀察者或測量無關。
- 宇宙是確定性的，這意味著如果你在一個特定的配置中設置你的系統，並且你確切地知道這個配置，你可以完美地預測你的系統在未來的任意時間內的狀態。
然而，一個多世紀以來，大自然向我們表明，支配它的規則畢竟不是局部的、真實的和確定性的。
- 上圖：宇宙的量子性質告訴我們，某些量有一個內在的不確定性，它們之間有相互關聯的不確定性。沒有證據表明，在我們可觀測的量子宇宙中，存在著隱藏變量的更基本的現實。
我們通過提出正確的問題，即建立物理系統，然後進行必要的測量和觀測，以確定宇宙在做什麼，從而瞭解我們今天對宇宙的瞭解。儘管我們事先可能已經直覺到，但宇宙告訴我們，它遵守的規則是奇怪的，但卻是一致的。這些規則與我們以前見過的任何東西，都有著本質的區別。
宇宙是由不可分割的基本單位——量子，如夸克、電子或光子組成，這並不奇怪。令人驚訝的是，這些單個的量子並不像牛頓的粒子那樣：具有明確的位置、動量和角動量。相反，這些量子的行為就像波，你可以計算它們的結果的概率分佈，但進行測量只會給你一個特定的答案，你永遠無法預測一個單獨的測量會得到哪個答案。
- 上圖：將具有兩種可能自旋結構的粒子通過一種特定類型的磁鐵，將導致粒子分裂為+和-自旋狀態，分裂的大小取決於粒子的電荷、質量和固有自旋（或角動量）。
這已經被大量的實驗證明了。例如，像電子這樣的粒子具有±1/2的固有自旋（或角動量），你不能消除這種內在的角動量，它是這個物質量子的屬性，不能從這個粒子中剔除出來。但是，你可以讓這個粒子通過磁場。如果磁場與z軸對齊（使用x、y和z來表示我們的三維空間），一些電子將朝著正方向偏轉（對應於+1/2），另一些電子將朝著負方向偏轉（對應於-1/2）。
現在，如果你把正偏轉的電子通過另一個磁場會怎麼樣？一起來看看實驗結果：
- 在x方向上，電子將再次分裂，一些在+½（x-）方向，另一些在-½方向上;
- 在y方向上，電子將再次偏轉，一些在+½（y-）方向，而另一些在-½方向上;
- 在z方向上，沒有額外的分裂; 所有電子都是+½（在z方向上）。
- 上圖：多次連續的Stern-Gerlach實驗，根據量子粒子的自旋沿一個軸分裂量子粒子，將在垂直於最近一次測量的方向上引起進一步的磁分裂，但不會在同一方向上引起額外的分裂。
換句話說，每個電子的自旋概率為+1/2 或 -1/2，在一個特定方向（x、y 或 z）進行測量確定該維度中的電子角動量屬性，而同時銷燬有關其他兩個方向的任何信息。
這聽起來似乎有悖常理，但它不僅是量子宇宙固有的屬性，也是任何服從特定數學結構的物理理論共有的特性：非交換性。（即 a = b = b = a.）角動量的三個方向不互相交換。能量和時間不互相交換，導致短壽命粒子質量中固有的不確定性。位置和動量也不互相交換，這意味著你不能同時測量一個粒子在哪裡以及它以多快的速度移動。
- 上圖：這張圖說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個被更準確地知道時，另一個天生就不太可能被準確地知道。每個粒子沒有固有的基本位置或動量；有一個平均期望值，其上疊加一個不確定性。這種不確定性無法從量子物理學中消除，因為它代表了我們量子現實的一個重要方面。
這些事實很奇怪，但它們並不是量子力學唯一的怪異行為。許多其他的實驗裝置導致了與直覺相反的奇怪結果，比如薛定諤的貓。把一隻貓放進一個裝有有毒食物和放射性原子的密封盒子裡。如果原子衰變，食物就會被釋放出來，貓會吃掉然後死去。如果原子不衰變，貓就得不到有毒的食物，就能活著。
你只需等待這個原子的半衰期，它有50/50的機率衰變或保持在初始狀態。你打開盒子觀察之前，貓是死的還是活的？根據量子力學的規則，在進行觀察之前，你不可能知道結果。有50%的機率是一隻死貓，有50%的機率是一隻活貓，只有打開盒子，你才能確定答案。
- 上圖：薛定諤的貓，在盒子裡，貓要麼活要麼死，這取決於放射性粒子是否衰變。如果貓是一個真正的量子系統，貓既不是活的也不是死的，而是兩種狀態的疊加，直到被觀察到為止。
幾代人以來，這個謎題幾乎困擾著所有試圖理解它的人。不知何故，科學實驗的結果似乎與我們是否進行具體的測量有根本關係。這在量子物理學中被稱為"測量問題"，也是物理學家和外行們許多論文、觀點、解釋和聲明的主題。
似乎很自然地會問一個看起來更基本的問題：客觀地，幕後到底發生了什麼，以一種獨立於觀察者的方式來解釋我們觀察到的東西？
這是許多人在過去90年（或左右）中提出的一個問題，試圖更深入地瞭解真實的東西。 但是，但是，儘管有很多關於這個問題的書籍和評論文章，從李·斯莫林到肖恩·卡羅爾，從亞當·貝克爾到安尼爾·阿南塔斯瓦米，再到其他許多人，這可能都不是一個好回答的問題。
- 上圖：第三方面實驗的原理，測試量子非局部性。來自源的糾纏光子被髮送到兩個快速開關，這些傳感器將引導到極化探測器。開關會非常快速地更改設置，從而在光子飛行時有效地更改實驗的探測器設置。不同的設置，令人費解的是，導致不同的實驗結果。這不能用量子力學理論來解釋，量子力學既是局部的，又涉及現實主義和確定性。
李·斯莫林在一年前的一次公開演講中直言不諱地說：
“一個完整的描述應該告訴我們每個過程中發生了什麼，獨立於我們的知識、信仰、干預或與系統的交互。”
在科學中，這就是我們所說的假設、假定或斷言。這聽起來很有說服力，但可能不是真的。以這種方式搜索“完整描述”假定自然，可以以獨立於觀察者或獨立於交互的方式描述，而事實並非如此。雖然肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）剛剛在週日的《紐約時報》（New York Times）上表示，物理學家應該更多地關心（並花費更多的時間和精力研究）這些量子基礎，但大多數物理學家——包括我自己——並不同意。
- 上圖：電子一次一個通過雙狹縫的波型。如果你測量電子通過的“哪個狹縫”，你就會破壞這裡顯示的量子干涉圖樣。標準模型和廣義相對論的規則並沒有告訴我們電子通過雙縫時的引力場會發生什麼；這需要一些超出我們目前理解的東西，比如量子引力。不管解釋是什麼，量子實驗似乎關心我們是否進行了某些觀察和測量（或強迫某些相互作用）。
如果你想這麼說的話，現實並不是某種超越可測量或可觀察的客觀存在。在物理學中，正如我之前所寫的，用最完整、最準確的方式描述可觀察和可測量的東西，是我們最崇高的願望。通過設計一種量子算符運用於量子波函數的理論，我們獲得了精確計算可能發生的任何結果的概率分佈的能力。
對大多數物理學家來說，這已經足夠了。但是你可以在這些方程上加上一套假設，並對量子力學提出一套不同的解釋：
- 定義這些粒子的量子波函數在物理上是否毫無意義，直到您進行測量？（哥本哈根詮釋）
- 所有可能的結果真的發生了嗎，需要無限個平行宇宙？（多世界詮釋）
- 你能想象現實是無限多相同準備的系統，而測量行為是選擇哪個代表我們現實的行為嗎？（系綜詮釋）
- 或者粒子總是以絕對的形式存在，具有真實和明確的位置，其中確定性的“導波”以非局部的方式引導它們？（德布羅意波姆/導波詮釋）
卡羅爾剛剛設計了一種新的解釋，可以說與其他任何一種一樣有趣。
- 上圖：各種量子解釋及其對各種性質的不同分配。儘管存在差異，但目前還沒有實驗能夠區分這些不同的解釋，儘管可以排除某些解釋，比如那些具有局部、真實、確定性隱藏變量的解釋。
令人沮喪的是，所有這些解釋，加上其他的解釋，在實驗上是無法區分的。我們還沒有能夠設計或執行任何能夠辨別這些解釋之一的實驗，因此它們在物理上是相同的。有一個基本的、客觀的、獨立於觀察者的現實是一個沒有證據的假設，只是幾千年來我們的直覺告訴我們"應該是這樣"。
但是，科學的存在並不是為了表明現實符合我們的偏愛、偏見和觀點；它試圖揭示現實的本質，而不考慮我們的偏見。如果我們真的想了解量子力學，我們的目標應該更多地是放下偏見，欣然接受宇宙告訴我們的關於它自己的一切。相反，卡羅爾在戲弄他即將出版的新書時，卻反其道而行之。不足為奇的是，大多數物理學家都缺乏信心。
上圖：在經典力學（a）和量子力學（b-f）中，粒子在盒子（也稱為無限方阱）中的軌跡。在（a）中，粒子以恆定速度運動，前後反彈。在（b-f）中，給出了時間相關薛定諤方程的波函數解。水平軸是位置，垂直軸是波函數的實部（藍色）或虛部（紅色）。（b，c，d）是穩態（能量本徵態），它來自於與時間無關的薛定諤方程的解。（e，f）是非定常態，是含時薛定諤方程的解。注意，這些解在相對論變換下不是不變的；它們只在一個特定的參考系中有效。
理解宇宙並不是揭示一個脫離觀察者、測量和互動的真實世界。宇宙可能以這樣一種方式存在，這是一種有效的方法，但也可能是這樣一種情況，即現實與基本層面上的測量、觀察和互動行為密不可分。
如果你想加深對宇宙的理解，關鍵是要找到一個實驗性的測試，它將區分一種解釋和另一種解釋，從而排除它，或者將它提升到其他解釋之上。到目前為止，只排除了需要局部現實主義的解釋（其中有某種程度的決定論），而其餘的都是未經檢驗的；在它們之間進行選擇完全是美學問題。
- 上圖：對單重態（藍色）中兩個自旋的量子關聯的最佳局部現實主義模擬（紅色），堅持零度完全反關聯，180度完全相關。在這些側面條件下，經典相關還有許多其他可能性，但所有這些可能性的特徵都是在0、180、360度處出現尖峰（和低谷），並且在45、135、225、315度處都沒有更大的極值（+/-0.5）。這些值在圖中用星星標記，是在標準的bell-chsh型實驗中測得的值。量子預言和經典預言可以清楚地分辨出來。
在科學中，我們並不是要宣佈什麼是現實，然後扭曲我們的觀察和測量，以符合我們的假設。相反，能夠預測我們將觀察到和（或）測量到最高準確性、具有最大預測能力和零個不必要的假設的理論和模型是能夠生存的。現實看起來令人費解和怪異，對物理學來說不是問題；只有當你要求宇宙提供超越現實的東西時，這才是一個問題。
有一個奇怪的和奇妙的現實在那裡，但除非我們設計出一個比我們現在所知更多的實驗，否則最好是接受現實，因為我們可以測量它，而不是強加一個由我們自己的偏見驅動的附加體系。在我們做到這一點之前，我們只是在膚淺地思考一個需要科學干預的問題。在我們設計出那個關鍵的實驗之前，我們都會矇在鼓裡。