5．旋轉的天體與優美的宇宙

宇宙很大，天文學家有說不完的故事。好多故事我們很難聽懂，既深奧又神秘。雖然如此，也有失穩、旋轉和振動。按當前學說，宇宙來源于大爆炸，是一種發生在極小的時間尺度和極小的空間尺度上詭異般失穩的結果。數不清的恒星和行星，既不孤零零也不會撞在一起，因為萬有引力讓已經抱團的星星相互之間不會無限遠離，旋轉產生的離心力卻又避免它們撞在一起。失穩讓銀河系用螺旋臂秀肌肉。公轉讓星星構成美麗的星系結構，地球就知道圍繞太陽公轉，以便不即不離地吸收太陽的陽光從而讓大地擁有生命，在太陽保護下不會成為宇宙中的流浪漢。自轉讓地球擁有白天和黑夜，形成讓大自然生生不息的氣候。恒星用熱核反應照亮了宇宙，它們也有生命的終點。當再也沒有熱核反應支撐它們龐大的身體后，萬有引力會讓它們失去穩定轟然坍塌，小的變成紅矮星、中的變成中子星、大的變為黑洞。黑洞非對稱地吞并天體會高速自旋，脈沖星的高速自旋讓我們能周期性地接受其兩極發出的電磁信號，其電磁信號的脈沖性儼然預示脈沖星在振動一樣。宇宙天體再大，也是由小得我們看不見的分子原子構成。還有比原子更小的微觀粒子與世界，也在振動與自旋，甚至有忍者一樣的行為（量子行為）。可以說，宇宙相比于我們人體有多大，那么我們人體就相對于微觀世界有多大。總之，宇宙包含了豐富多彩的失穩、旋轉和振動等現象。我們先得了解一下，宇宙有多大。

浩瀚的宇宙與萬物大小（圖1.29）

我們人類的尺寸是1米的量級，生活在平均半徑6371千米左右的地球上。相比于微米級的微生物，我們碩大無比，相比于宇宙天體，我們十分渺小，哪怕是相對于地球也很渺小。繞地球赤道一圈是4萬千米左右。如果你每小時走5千米（據說成人平均速度為每小時5.6千米），且不知疲倦地每日走上8小時，繞地球赤道一周差不多要走三年。當然，千山萬水讓你走不了那么快，甚至你走不過去。不要這樣就覺得地球很大，宇宙比這大多了。描繪宇宙沒那么容易，現在連什么是宇宙都有不同看法，更別說有多大。摩爾·薩根的《神秘的宇宙》包含了人類歷史。據說宇宙應該包含宇宙遵循的物理規律甚至數學。如果僅僅欣賞安得烈·科爾文（Andrew Z. Colvin）的宇宙圖和漫游巡天計劃相關的數字化宇宙圖（Maps of Universe），那我們看到的就是星系和星星。

我們日常生活看到的物體是當前的物體。宇宙由于太大，大得連每秒近30萬千米的光都得走很多年，因此你看到的遠方物體，是遙遠的過去的物體（是物體發出或反射的光，才讓你看得見它）。你現在（用肉眼或望遠鏡）看到的遙遠的天體，是過去的位置和形態，現在可能都到了別處或者消失了。

光一年走的距離，約為94605億千米（可以簡記為接近10萬億千米）。就是說，你現在看到的約為10萬億千米遠的一顆星星，實際上是這顆星星一年前的狀態和位置。

宇宙從大爆炸開始，過去了約138億年，這就是宇宙的年齡。可以想象這么長的時間，光線能走多遠。138億乘以光在一年走過的距離，即138億乘以約10萬億千米，得到的數一口氣都念不完。于是，干脆把光一年走的距離稱為1光年，于是光線138億年走的距離稱為138億光年。這樣用時間代表距離，簡單多了。

宇宙大爆炸產生的天體物質，按理應跑不過光速。于是，宇宙的半徑相比于光在138億年走的距離，一定小得可憐。

然而，可能不是這樣，因為宇宙在膨脹（甚至認為在加速膨脹），星星之間在相互遠離。相對于宇宙中的任何一個天體，其他天體都在遠離。以我們地球為例，遙遠的星球正在遠離我們，遠離我們的速度與此時離我們的距離成正比（這個觀測結果稱為哈勃定律，正比關系的比例系數稱為哈勃常數）。于是，離地球越遠的天體，遠離我們的速度越大，而且一定有一個距離，或者一定有一個以地球為球心的球面，那里的星球逃離地球的速度是光速。這個球面稱為哈勃球面，其半徑稱為哈勃半徑。在以地球為中心的哈勃球面以外，物質以超過光速離地而去。哈勃半徑是140億光年，比宇宙年齡乘以光速得到的138億光年距離還要大。

宇宙有多大，目前沒有統一的結論。那么，我們能看到的宇宙有多大？即可觀測到的宇宙有多大？可觀測宇宙是一個以觀測者為球心的球體，該球體內所有物體從宇宙膨脹開始到現在所發出的光線和其他信號能在此刻到達觀測者，球面以外的則在此刻觀測不到。不要想當然地將光速乘以宇宙年齡得到的138億光年當作可觀測宇宙的半徑。事實上，考慮宇宙膨脹、光線傳播遙遠的距離需要時間以及萬有引力可以讓光線彎曲等因素，可觀測宇宙的半徑大致為460億光年。

那由大爆炸產生的宇宙會比可觀測宇宙小多了吧。沒有定論。有的說小多了，有的說大無數倍（大得幾乎沒法計數）。到2015年為止，人們探測到的最古老和最遙遠的星系（命名為EGS-zs8-1）形成于宇宙大爆炸6.7億年后，其發射的光用了130億年到達現在的地球，由于宇宙膨脹，估計目前在300億光年外的地方。遙遠星系的光線到達地球不容易，因為地球也在隨宇宙一起膨脹不斷改變位置，遙遠星系的光線過來時，還得被引力彎曲方向。

宇宙的大小只能去推測，因為你看不到可觀測宇宙以外的東西。那就看看能看得到的天體。可觀測宇宙中，有數不清的星星與其他物質。除了我們看到的月亮（地球的衛星）與太陽（恒星之一），以及金星、木星、水星、土星等行星以外，還有數不清的像太陽一樣的其他恒星，以及繞恒星公轉的行星或流浪漢一樣的行星。這些星球不是均勻地分布在宇宙中的，而是聚集成一團團的。

例如，我們地球所在的太陽系就由太陽和幾顆繞太陽公轉的行星組成。太陽的直徑比地球大108倍左右。太陽還不是最大的恒星，有的恒星的直徑是太陽直徑的1000多倍，體積是太陽的10億倍（1000的3次方就是10億）以上。還有許多太陽系這樣的恒星系。離太陽系最近的恒星系也在幾光年之外，可見恒星之間相距非常遙遠。

比恒星系更大的是星系，如我們的銀河系，像扁平的圓盤一樣（晴朗的夜間遙望天空，許多燦爛的星星在一個條帶上，那就是在銀河系中的恒星）。星系包含了許多恒星系，星系的直徑一般為數萬光年（銀河系約為12萬光年），相鄰星系的距離可達3百萬光年。在可觀測宇宙中，大致有1700億個類似銀河系的星系。小的星系包含數千個恒星，大的可包含百萬億（1014）顆恒星。

許許多多的相鄰星系又組成星系群或星系團。星系團直徑在千萬光年量級，包含數十、數百到數千個星系。包含的星系數目較少時稱為星系群。若干相鄰星系團還可以組成超星系團。超星系團直徑可達數億光年，包含的星球的質量相當于千萬億個太陽左右的質量。

問題是，這么大的星系，也會旋轉嗎？

旋轉世界的相似性（圖1.30）

小到翅膀周圍的氣流，大到浩瀚無比的宇宙，如果我們用某種眼光去觀察，會存在一些相似的形態（結構）。運動的形態因此具有相似性，而不管是什么樣的物質的運動。例如，讓一塊帶尖緣的平板帶大迎角放在流水或氣流中，從尖緣會發出一粒粒小旋渦，小旋渦最后會聚合成小的螺旋渦，甚至聚合成大的旋渦結構。這與天文學家觀測到的宇宙星系螺旋結構非常類似。自然是公平的，規律不會欺小怕大。宇宙那么大的天體，也存在自旋（如同一粒粒小旋渦）和集體旋轉（如同小旋渦隨大旋渦旋轉）現象。

宇宙中的旋轉有三種類型。第一種是大量的構成星系的星球繞著一根中心軸線旋轉。第二種是一些星星繞著一顆大質量的星球轉，如同地球和火星繞著太陽轉，月亮繞著地球轉。第三種是星球自轉（自旋）。這很像剛才介紹的尖緣發出的旋渦。一粒粒旋渦在自旋（如地球），相鄰的小旋渦圍繞一個大一點點的旋渦轉（如同行星繞著太陽轉），大量的旋渦繞著一個中心轉（如同星系旋轉）。

自轉與公轉的天體

我們所在的地球就在自轉，繞地軸在由西向東旋轉，每24小時左右轉一圈。我們站在地球赤道的表面不動，被地球自轉帶動的速度是每秒0.46千米左右。這么快的速度，我們卻沒感覺。我們不覺得我們在跟著地球自轉，反而覺得星星在繞我們轉（有星星的夜空，將攝像機對準天空某個方向，每隔1分鐘拍一個圖像，合起來你就看到星星在繞著地球轉）。

高速自轉的中子星還會發出脈沖信號，因此也稱為脈沖星。脈沖星具有強大的磁場，磁極軸線方向與自旋軸方向不一致。這種不一致導致帶電粒子與磁場有周期性的相互作用，從而發出與自轉周期相關的脈沖信號。脈沖信號極其穩定，比原子鐘的穩定度還高萬倍以上。脈沖星的脈沖信號的周期有的為毫秒量級，有的為秒的量級。典型脈沖星的半徑在10千米左右，質量為1.44～3.2倍太陽質量。發現脈沖星的女研究生貝爾（Jocelyn Bell Burnell）沒有被授予諾貝爾獎，而她的導師則因為對脈沖星的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。

如果恒星質量比太陽大許多倍，那么核反應結束從而失去了高溫高壓的支撐作用后，在巨大的萬有引力作用下會坍塌成黑洞。有的黑洞也在高速旋轉。可見，不單是地球這樣的行星在自轉，一些恒星以及它們坍塌后形成的脈沖星以及黑洞也在自轉。

除了自轉，天體之間還有公轉。地球繞太陽公轉，每一年近似公轉一周。月球繞地球在公轉，繞一周接近一個月。月球一面總是正對著地球，因為月球沒有自轉。

地球繞太陽公轉，離心力平衡了兩者之間的引力，使它們的距離不會無限靠近。月亮與地球也是如此。如果沒有這些公轉，在萬有引力作用下，它們會撞在一起。

我們納悶兒，太陽系為何有公轉。其實正是因為有公轉，才使它們不會撞在一起。它們形成之時，如果沒有公轉，要么就撞在了一起形成了更大的星星，要么就足夠遠不在一個系里了。可見，旋轉讓我們與太陽不即不離，否則地球不可能有陽光普照，不可能有生命。

巨大無比的星系旋轉 暗物質假設（圖1.31）

星系是靠萬有引力綁定在一起的一團星球，有銀河系這樣的螺旋星系（星球繞中心在旋轉）、橢球星系（里面的星球也在按各自的軌道繞中心旋轉）以及一些其他不規則形狀的星系。星系中大質量天體一般集中在星系中心，萬有引力試圖將星系拉回到中心，星系旋轉產生的離心力則可以抵消萬有引力。于是像銀河系這樣的星系在旋轉。

銀河系直徑達到12萬光年，中心厚度為1.2萬光年。地球離銀河中心（即旋轉中心）的距離大約為2.5萬光年，地球繞銀河中心的旋轉線速度達到每秒210～240千米（不同來源給出的這個速度有一些差異），于是，地球繞銀河系一圈，需要大約2.5億年。也就是說，大約2.5億年才轉一圈。單獨看旋轉線速度，非常快，但看轉一圈多少時間，就顯得非常慢。

銀河系的旋轉會導致一種奇妙的懸臂結構，就像地球大氣中的臺風結構。螺旋結構的出現也是之前沒有螺旋狀態失穩后的結果。或者說，帶有螺旋結構的星系更穩定，與野渡無人舟自橫的道理一樣。構成銀河系的星球和其他物質從遠處看就像一個帶有四個旋臂的扁平螺旋結構。銀河系螺旋結構大約形成于90億年前，即大爆炸發生約50億年后。

星系中心比中心以外的地方亮很多，因此星系的主要質量集中在星系的中心。按萬有引力理論（引力與離中心的距離的平方成反比）以及離心力滿足的規律（離心力與距離成反比），很容易得出“對于質量主要集中在星系中心的星系，距離星系旋轉中心越遠的星球，旋轉周向線速度越慢”的結論。可是，測量結果表明不是這樣，從離開中心某位置開始，旋轉周向線速度與距離沒有太大關系了。這顯然違背物理學原理。

于是，科學家設想，存在所謂的探測不到的不發光的暗物質，它們的額外質量與施加的額外的引力，使旋轉速度滿足觀測到的規律。據此，科學家估算出，宇宙中只有15.5%左右的顯物質（即我們可以觀測到的物質），其他84.5%左右是暗物質。

也可以從另外一個角度來說明有暗物質存在。由于旋轉速度的離心力正好平衡引力，而引力又正比于質量，因此依據星系旋轉速度大小可以判定星系中恒星的質量。這樣得到的質量稱為引力質量。另外，恒星的亮度越大，質量越大，因此依據亮度又可以得出星系恒星的質量，稱為光度質量。按理，在排除可能的測量誤差后，兩個質量應該一樣。但實際結果是力學質量比光度質量高了許多倍。因此，科學家推測，力學質量中絕大部分是看不見的即不發光的物質，即所謂的暗物質。

之所以稱為暗物質，就是因為看不見甚至直接探測不到。為了間接探測，就得假定暗物質滿足某種理論或模型。例如，目前誕生了許多暗物質理論或模型。其一種是弱相互作用大粒子模型。按照這一理論，這種暗物質粒子會輕易穿過地球而與物體基本不發生作用。這就給暗物質的探測帶來了極大難度。我們周圍有暗物質流，如果與氙原子發生碰撞，就會發出微弱的閃光和電荷。由于如此的微弱，以致必須在排除了背景輻射和電磁場的地方進行探測。深埋在1.6千米深巖石底下的大型地下氙暗物質探測實驗（LUX），力圖排除這種背景干擾，通過與氙發生碰撞，探測是否有暗物質碰撞帶來的微弱光線。可是，到目前為止，所有努力均未獲得任何結果。目前唯一的結論是，暫時未發現弱相互作用大粒子模型是錯誤的。

暗能量驅動宇宙在加速膨脹嗎

去掉所有看得見的顯物質和看不見的暗物質后，就是所謂的真空。有理論認為，真空并不真的是空的。真空擁有某種能量脈動，就像水面波動起伏一樣。脈動到峰值時，能量轉化為一對對正反基本粒子。所謂正物質就是我們能感知的物質，所謂反物質就是能與正物質一起湮滅的物質，如同+1遇到-1，加起來就成了0一樣。能量脈動到極低值時，一對對正反基本粒子又相互湮滅。

人們通過對超新星的觀測，發現宇宙在加速膨脹。因此人們設想有種能量，叫暗能量，在驅動宇宙加速膨脹。愛因斯坦說，能量也是一種質量。他導出了一種可將能量折算成質量的關系，稱為質能關系。該關系說，能量等于質量乘以光速的平方。如果按照愛因斯坦的質能關系折算成質量，暗能量估計占據了宇宙中68.3%左右的質量，暗物質占26.8%左右，看得見的顯物質只占4.9%左右。

按目前理論，暗能量均勻分布在宇宙之中，雖然密度極低（大約7×10-24克/立方米），但由于處處存在，總量極大。看得見的每顆星球質量都很大，但它們相隔遙遠，因此宇宙中顯物質和暗物質的總質量比暗能量代表的總質量小。

可以這樣來理解宇宙膨脹。吹氣讓氣球突然長大，氣球表面任何兩點代表兩顆星球，隨著氣球長大距離越來越大。但這還只是均勻膨脹，加速膨脹就更難想象了。

20世紀90年代奠定的宇宙加速膨脹之說使三位天文學家獲得了諾貝爾物理學獎，具體獲獎原因是通過觀測遙遠超新星發現了宇宙的加速膨脹。然而，2016年，尼爾森等三位科學家（J. T. Nielsen, A. Guffanti & S. Sarkar）在《科學報道》（Scientic Report）指出，更多的超新星數據分析提供的證據表明，宇宙膨脹速率是恒定的，而不是在加速。他們認為，過去得到的宇宙在加速膨脹的結論可能來自于某種統計漲落誤差。如果是這樣，暗能量假設也可能不正確。

微觀世界分子、原子與原子核（圖1.32）

宇宙那么大，那是用我們人類的眼光去看。可觀測宇宙的直徑比我們人類的尺寸大了約1027倍。宇宙雖然這么大，天體卻是由分子和原子等粒子構成。原子是由更小的原子核和電子構成。這些小東西構成的微觀世界，與我們肉眼能看到的宏觀世界不一樣，但也有振動和轉動。

我們人體有器官、組織、細胞、DNA。更小的尺度上，是原子。人體大概有1萬億個以上的細胞。據《衛報》報道，人體包含的原子的數目，是7×1027的量級。也就是說，一個人體細胞就有數百萬億（約1014）個左右的原子。可見原子有多小，尺寸比我們人的尺寸小100億倍的量級。也許，在分子和原子看來，我們每個人就是一個小宇宙，看上去有星系那么大。還有比原子更小的原子核，平均尺寸比人體尺寸小100萬億倍左右。可以隨意穿過任何物質的中微子，其尺寸是10-24米的量級。

這還不算最小的，普朗克長度約為10-35米。在該尺度上看一個原子核，比可觀測宇宙還顯得大。在普朗克尺度上看空間，都不光滑了，就像我們的皮膚看上去很光滑，但用顯微鏡看，我們的皮膚一點也不光滑了。

這種尺度差別太大，還有許許多多的具有不同尺寸的物質，無法在這里一一列舉。我們看看分子、原子、原子核和電子就行了。這里不僅有平動，還有振動和轉動。

原子由帶正電的原子核以及圍繞原子核的帶負電的電子組成。原子核又由帶正電的質子和不帶電的中子組成，質子和中子統稱為核子。電子繞原子核不斷地轉動。電子也有自旋。一個質子的直徑是10-15米左右。電子直徑是10-18米左右。電子在原子核周圍直徑約為10-11米的球內旋轉，這個球就可以看成原子的半徑。因此，原子核在一個原子中只占很小的空間，就像空曠的房間中一只蒼蠅那么小。因此，像石頭這樣的固體，表面上看實實的，實際上空得很。星球也空得很，難怪恒星燒完后，會坍塌成尺寸小了許多倍的致密黑洞、中子星或紅矮星，這些致密星球，原子核都擠在一起了。

以我們時時刻刻都在呼吸的空氣為例。空氣分子包括了氧氣分子與氮氣分子。以一個氧氣分子為例，它由兩個氧原子組成。

別看電子小，它的作用非常大、非常奇特。它攜帶負電，原子核中有一個質子就有一個電子，你一個質子帶多少正電我一個電子就帶多少負電，使一個原子不帶電，否則我們就被電著了。電子是紅娘，憑借對質子的（靜電）吸引力，可以把一個或幾個原子膠合在一起形成分子。也可以這樣說，兩個原子共享原有的幾個電子，電子對質子的靜電力就把本來會相互排斥的兩個原子核死死地拉住了，好像有根很結實的膠帶拉住了似的。這根“膠帶”也稱為化學鍵。

電子在繞原子核不同的軌道上旋轉。如果串到更接近原子核的軌道上，就會發射一個光子。我們的陽光就是由光子組成。光子也有振動甚至自旋。

大氣分子吸收陽光中的光子。光子的碰撞讓分子擁有平動、轉動和振動，這就是分子熱運動的來源，是我們周圍的大氣擁有溫度的來源。吸收光子也可能將原子中的一個電子打跑，于是高空大氣中就有自由電子以及原子失去電子后形成的離子。光子也可以把一個分子拆開，于是高空大氣除了氧分子，還有氧原子。電子如果能吸收光子，那么就會跑到離原子核更遠的軌道上，再跑回低軌道時，又發射一個光子。極端情況下，吸收光子還可能引起復合化學反應，即不同原子之間結合成為新的分子。

氧原子的原子核由8個帶正電的質子和8個不帶電的中子組成。氧原子的電子數目是8個。每個電子與每個質子的電量大小相等、符號相反。因此，氧原子整體而言不帶電。兩個相同或者不同的原子通過共享電子（化學鍵）組成分子。共享的電子通過靜電力將兩側帶正電的原子核吸引在一起，這就是化學鍵的本質。

一個帶化學鍵的雙原子分子，也可以看成一個彈簧振子。空氣溫度高了以后，每個分子都會像彈簧一樣振動。化學鍵使分子中的原子不容易拆開。拆開就需要能量。化學反應就是分子拆開和合并的過程，會吸收和釋放能量。如果是釋放能量，就稱為燃燒。如果是吸收能量，就稱為吸熱反應。

一個原子核可能包含了多個質子。按理，帶正電的質子之間既有正電相斥的使它們分離的靜電力，也有讓它們試圖聚集在一起的萬有引力。可是，質子之間的靜電力比萬有引力小多了，因此將核子（質子與中子的統稱）抱成一團還有別的力，這個力就是所謂的剩余強相互作用力。為何是剩余強相互作用力？原來，質子和中子里面還有小結構，就是夸克。夸克之間由強相互作用力膠在一起。這種強相互作用力還剩下一些，就把質子和中子捆在一起了。

強相互作用是一種短程力，在距離極短時比電磁力大許多，距離較大時就小得幾乎不存在了。只有提供足夠的能量做功，才能將原子核中的質子和中子拆開。反過來，將孤立的核子結合在一起，會釋放巨大的能量。

捉摸不透的微觀行為

宇宙萬物本身是由原子組成的，如同科特·施塔格（Curt Stager）在《詩意的原子》中所要表達的，自然規律也可以從原子行為詮釋。雖然如此，原子之類的微觀粒子（除了原子，還有分子以及更小的電子和組成光線的光子）的運動（平動、自旋和振動）狀態完全不同于宏觀物體的運動狀態。微觀粒子有所謂的量子行為，其中的自旋就非常有意思。有這種量子行為的粒子稱為量子。電子和光線中的光子有這種行為，因此研究這種行為時就把它們統稱為量子。

量子很詭異，它們的平動速度、自旋速率和位置等遵循量子化行為。比如大氣中空氣分子的動能，其大小是某個極小數值的整數倍，而不能取其他值。電子繞原子核的軌道也是這樣，只能在一些特定的軌道上。吸收一個光子會提升軌道高度。降低一個軌道高度就發射一個光子。除此之外，運動狀態和位置還有非常難以理解和描述的不確定性。

以自旋為例，量子圍繞自旋軸不是確定的左旋或右旋。微風吹拂下的水面漣漪上的一滴水的位置和姿態在振蕩，這種振動可視為由具有振動弦那樣形狀的諧波疊加而成。如同漣漪中一滴水的這種姿態，量子的自旋是一種左旋和右旋的疊加狀態。真不知是微觀粒子本身在做這樣的運動（我們可以反問驅動它們這樣運動的力是什么），還是承載量子的空間就像漣漪，量子只是在那里隨波逐浪，以致波浪是怎么疊加而來的，量子就處于什么運動的疊加狀態。你去測量量子的自旋時，就如同測量水波時擋住了一個方向的風一樣，由風激起的諧波波浪消失了，于是你就只能測量出一個確定的狀態，要么左旋要么右旋，那種疊加狀態被破壞掉了，量子力學所稱的“坍縮”就成了確定的狀態。

水面一個諧波形波浪中的兩滴水，a和b，一個處在浪谷一個處在浪峰。如果水滴a隨波浪的振蕩從浪谷上升到浪峰，水滴b就從浪峰振蕩到浪谷，反過來也是如此。于是在波浪中的水滴a和b同步地向相反的方向振蕩，如同它們之間有種與距離無關的感應機制。我們可以說它們之間有了糾纏。

與諧波中的兩滴水的同步類似，兩個量子（量子A和量子B）的自旋方向可以通過相互作用或某種人為方式引起糾纏，即所謂的量子糾纏。相互糾纏的A和B，不管后來被分開多遠，如果A被測量時坍縮為一個確定的狀態（如左旋），那么B瞬間（沒有任何時間差）坍縮為對應的確定狀態（如果A坍縮為左旋，那么B坍縮為右旋，反之亦然）。好像有一種遠距離感應，量子力學界稱為鬼魅般的遠距離作用。

當然，以上對量子糾纏的介紹很不嚴謹，準確表示上面提到的不確定性、糾纏和坍縮，需要使用一些十分難以理解的術語。其實，對量子現象本質的解讀依舊爭議不斷，甚至不同的量子力學專家的解讀都不一樣。難怪20世紀60年代理查德·費曼說：我敢肯定，沒有人真正懂量子力學。量子力學在數學表述上非常完美，可以求出與實際觀察相符的解來，但對其中隱含的物理現象的解讀如同量子行為不確定一樣，不同人理解不一樣。連理解都被量子化了。

人們正在探索利用遠距離量子糾纏現象進行隔空傳輸（teleportation）等應用。認為至少可以隔空傳輸運動狀態（而不是能量和物質）。量子狀態是一種疊加狀態，利用這種疊加狀態可以表示更多的信息，可望出現基于這種特性的量子計算機。量子行為中的坍縮特性導致量子通信很安全，因為一旦被攔截，就像被測量一樣攜帶的信息就坍縮掉了。當然，這些都是正在探索的應用。甚至有人質疑這些探索是否基于對量子行為的某種誤解，認為探索不會有結果。

量子行為經常被用于解釋一些目前無法解釋的現象。一些無法解釋的現象經常被臆想是一種量子行為。

世界的大小是絕對的嗎

宇宙天體大得驚人，微觀粒子小得可憐，那是以我們的眼光去看。也許不同大小的物體感知的時間與空間的方式有差異。也許在光線和電磁波中的光子看來，空間中就沒有距離，或者說空間對它們而言，就不是距離。在我們看來不管隔多遠，在它們看來也許就在附近，甚至都沒有附近的概念。微觀粒子之所以在我們看來那么詭異，是因為我們用我們從宏觀世界感知的常識和發現的規律去衡量它們。也許因為它們是如此之小，從而感受的空間不是我們感覺的空間。也許都搞不清到底是它們在空間中運動，還是極小尺度的空間本身在運動從而帶動它們在運動。

按照之后將要介紹的愛因斯坦的相對論，在以光速傳播的光子看來，空間在運動方向變得無窮小了。如果用鏡子把光線運動方向偏轉到垂直方向，另一方向的空間也變得無窮小了。也許在光子看來，世界應該就沒有大小，于是在我們看來的遠距離量子糾纏，在量子看來也許還是在一起，甚至就沒有在一起和不在一起之說。

單單通過糾纏兩個異地的量子除了可能能隔空傳輸狀態外，還能隔空傳輸物質和能量嗎？由于這種糾纏發生作用時沒有時間差，如果能隔空傳輸物質和能量，那就意味著物質和能量的運動速度可以超過光速。可是，按照被驗證了的愛因斯坦相對論學說，任何物質都不能超過光速。