为什么所有的科学都是用微观来解释宏观，而不能用宏观解释微观？
我们不妨先试着理解为什么“微观解释宏观”会成为科学研究的主流范式。这背后其实隐藏着事物运作的内在逻辑和我们的认知习惯。
1. 因果链条的起始点：微观决定宏观的“硬件”
想象一下，我们看到桌子，它在那里，坚固，能承载物品。如果我们要问“为什么桌子是这样的？”，我们最终会追溯到构成桌子的基本材料——木材。再往深处挖，木材是由纤维素、半纤维素等大分子组成的。而这些大分子，又是由碳、氢、氧等原子通过化学键连接而成。原子呢？它由原子核（质子和中子）以及围绕原子核运动的电子构成。再往下，质子和中子又由夸克组成。
你看，当我们试图解释宏观现象（桌子）时，我们发现，它的性质、它的存在方式，似乎都源于构成它的最基本、最微小的“零件”的性质和它们之间的相互作用。桌子的硬度，是其分子结构和原子间相互作用力的结果；桌子会燃烧，是因为其化学成分在特定条件下会发生氧化反应。这些最底层的规律，往往是我们理解宏观世界运作的“硬件”层面的解释。
从哲学的角度看，这是一种“还原论”的思路。我们认为，一个复杂的系统，其整体的属性和行为，是可以被其组成部分的属性和它们之间相互作用所完全解释的。宏观世界的“大”，是由无数微观“小”的叠加和互动形成的。所以，理解了“小”的规则，我们就能推导出“大”的规律。
2. 能量和信息的传递：微观是“信息源”
再从物理学的角度来看。光是信息传递的一种重要方式。我们看到物体，是因为物体反射或发出光，而光是由光子组成的，光子的性质（能量、动量）决定了它与物质的相互作用，进而决定了我们看到物体的颜色、亮度等等。声音也是如此，声波最终的传播和振动，可以追溯到介质中分子的振动。
当我们去研究一个现象，比如“为什么天空是蓝色的？”，我们不会去研究“天空”这个宏观概念本身，而是去研究太阳光（由光子组成）与地球大气层中的气体分子（如氮气、氧气）的相互作用。瑞利散射就是这种微观层面的解释，它说明了短波长的蓝光比长波长的红光更容易被空气分子散射，从而使天空呈现蓝色。
这里，微观粒子（光子、分子）的性质和它们之间的相互作用，就是我们解释宏观现象（天空的颜色）的“信息源”。宏观现象是微观事件累积和整合的结果，而微观事件的“规则”是信息的基础。
3. 科学研究的“可操作性”和“普适性”
在实际研究中，我们发现，控制和改变微观层面往往比控制和改变宏观层面更容易。例如，我们想制造一种更坚固的材料，我们不会去直接“增强”一块宏观的桌子，而是去研究材料的分子结构、晶体结构，通过改变原子的排列方式、引入新的化学键来达到目的。在半导体领域，通过精确控制电子在硅晶片上的行为，我们就能制造出复杂的集成电路，这是宏观上“制造”一个处理器无法比拟的效率。
同时，微观层面的规律往往具有更高的“普适性”。例如，牛顿定律适用于行星运动，也适用于一个滚动的球。量子力学的基本原理，描述的是微观粒子的行为，但这些原理却能解释从原子核的结构到宇宙的早期演化。如果我们试图用“宏观”来解释“微观”，我们可能会发现，我们需要的“宏观”概念太多太杂，而且往往缺乏普适性。比如，我们怎么用“一张桌子”来解释“一个电子”为什么会那样运动？这似乎不太容易找到一个连贯的逻辑。
那么，“不能用宏观解释微观”就绝对了吗？
这里需要做一些更细致的思考。
“解释”的定义： 如果我们将“解释”定义为“找到根本原因”或“推导出底层逻辑”，那么确实，宏观现象往往是我们想要“解释”的对象，而微观规律则是我们用来“解释”的工具。你不会问“为什么一个电子具有负电荷？”，然后期待一个“宏观”的答案，你会去研究它的构成、它的量子态等等。
emergent properties（涌现属性）： 然而，科学研究也确实存在“涌现”的现象。有些宏观系统的属性，是其组成部分的简单叠加无法完全预见的。例如，水的“湿润性”和“表面张力”，这些性质是从单个水分子本身无法直接推出的，而是大量水分子相互作用后产生的一种宏观的集体行为。在这种情况下，我们虽然仍用微观（水分子间的氢键等）来解释这些涌现属性，但解释的过程本身也包含了对“大量微观粒子聚集后产生的集体效应”的描述，这是一种从微观到微观的“叠加”和“互动”的解释。
“宏观”作为“概念工具”： 有时候，宏观的概念也可能作为一种“类比”或“模型”来帮助我们理解微观。例如，在早期，科学家可能会用“行星轨道”来类比电子绕原子核的运动，虽然这个类比并不完全准确，但它提供了一个直观的框架。但这更多是一种“类比”，而非严格意义上的“解释”。
研究范式的多样性： 另外，科学研究的范式也不是一成不变的。在某些领域，比如天体物理学，我们研究的是非常宏观的宇宙现象。虽然我们最终会用物理定律（微观层面的基础）来解释这些现象，但在研究的初期，我们可能更多地依赖观测数据、统计规律和宏观模型（如广义相对论描述的引力），然后才去寻求与更基础物理理论的联系。
总结来说，为什么“微观解释宏观”如此普遍和有效：
1. 因果的层级： 宏观世界的“如何运作”很大程度上是由微观世界的“基本规则”所决定的。微观是“原因”，宏观是“结果”的体现。
2. 信息的基础： 微观粒子的性质和相互作用构成了我们理解世界的“最原始信息”。
3. 可控性和效率： 在科学实验和工程实践中，干预和理解微观层面通常能带来更精准、更有效的控制和改造。
4. 普适性： 微观层面的基本规律往往具有更高的普适性，能够解释更广泛的现象。
所以，并非“不能”用宏观解释微观，而是从根本上说，如果我们要寻求最深层的、最根本的解释，大多数情况下，我们需要下沉到更微小的尺度，去探究构成万事万物的基本要素和它们之间的基本相互作用。这就像要理解一台复杂机器的运作，你总得先去了解它的每一个零件是如何制造、如何连接、如何工作的，而不是反过来，用这台机器整体的功能来解释单个螺丝钉为什么会有这个形状。
当然，科学的进步也在不断地拓展我们认知的边界，未来或许会有更精妙的方式来连接和理解宏观与微观之间的关系。但就目前而言，从“基本”到“复杂”的解释路径，依然是科学探索最坚实、最有效的方式。
网友意见
演生论的思路就有一些超越了微观解释宏观的思路（也就是还原论的思路）。
量子力学是至今最成功的物理理论，也是最奇怪、最不可思议的物理理论。下面我想提一下范畴学的精神，以及用此精神来认识世界的方法。
通常，如果我们想要深入了解一个物体，我们会把这个物体分解成越来越小、越来越简单的构件。如果我们可以做到这一点，我们就认为了解了这个物体。这一思想方法就是还原论的思路。很多人甚至用它来定义什么叫作“理解”。
但“理解”也可以由另外一种完全不同的方式来实现。我们不试图把物体分成更小更简单的基本构件。我们甚至不去考虑物体的内部结构，也许物体根本就没有什么内部结构。我们试图通过这个物体和其他所有物体的关系和作用，来了解这个物体。
其实，和其他物体的关系和作用，正代表了这个物体所有可能的性质。而一个物体的所有可能性质，也就完全定义了这个物体本身。归根到底，也许我们根本就没有物体，只有一大堆关系。而物体这一抽象的概念，以及物体所有可能的性质，是由这一堆关系来定义的。这就是范畴学的精神。
把这一范畴学的思路应用到认识论，我们发现所谓的“客观存在”，其实是人脑通过观察到的大量的、各种各样的关系，所抽象出来的一个概念。也就是说，我们头脑中的主观印象和观察是客观的。而所谓的“客观存在”，反而是主观的。因为我们所观察到的大量的、各种各样的关系不是随机混乱的，这些关系之间有非常强烈的关联。这些强烈的关联赋予我们“客观存在”这一想象（或概念）。
通过量子力学中的波函数来理解我们的量子世界，其实是一种还原论的思路。如果我们要用范畴学的思路来理解我们的量子世界，那我们将像实验物理学家一样，直接考虑各种各样的观测（这些观测对应于我们上面说的关系），而且我们只考虑各种各样的观测。这些观测（关系）之间有很强的关联。通过这些关系之间的关系，我们可以直接理解我们的量子世界。这就是范畴学的思路。
现有的量子理论用的不是这一思路，而是通过对观测之间的关系的总结，抽象出波函数这一概念，代表所谓的“客观存在”。换句话说，量子力学是一个非常基本的物理理论。它甚至重新阐述了什么是客观存在。用波函数所代表的客观存在和我们的日常经验差别非常大。这就是为什么量子力学是一个难以理解，不可思议的物理理论。
其实量子力学用波函数来代表客观存在，仅仅是我们对现有实验观测的一个模型。这一模型不见得唯一，也就是说，可能有另一个理论可以同样有效地描写我们对量子世界的观测。在另一个模型中，所谓的客观存在，也许是被另外一个完全不同的东西所代表。量子力学这一模型也不见得正确，也许将来新的实验观测会和现有的模型矛盾。这将迫使我们构造一个新的模型，也就是发展一套新的理论，来描写我们的量子世界。
上面讲的范畴论的思路就是演生论思路的一部分，其强调的是结构和关系，而不是构建万物的最小基本单元。而环源论中的基本粒子是可以从这些结构关系中演生出来。
空间可看成是量子比特所形成的一块特殊物质。所以空间也同样是演生的，其性质由形成它的量子比特的组织结构所决定。以这种观点来看，量子比特组织结构的形变就是产生电磁相互作用的光波，以及产生强相互作用的胶子。内部的拓扑序也可以具有缺陷，这些缺陷对应于电子和其他物质粒子，比如夸克。
对物质起源的主流看法是基于还原论的。这一看法认为对物质的深刻理解，可以通过把物质分解为更小更简单的组分来实现。有一些物理学家认为还原论的看法代表了一个错误的方向，并提出了演生论的看法。把空间看作一个量子比特海的弦网理论，就是演生论看法中的一个具体实现。
光波、胶子、电子和夸克也可以被看作是空间（量子比特海）的性质。我们知道，对于我们所在的空间，光波满足麦克斯韦方程组，胶子满足杨-米尔斯方程，而电子和夸克满足狄拉克方程。但是只有当空间具有某种特定的拓扑序，也就是说当组成空间的量子比特以某种特定的方式被组织起来时，以上这些事实才成立。弦网凝聚就是描述这种组织方式的一个术语。在这种情况下，数值为1的量子比特形成以某种特定方式连接的弦网。除此之外，这些弦可以四处移动，并通过翻转量子比特（它们的值可以在0和1之间转换）自由地重新连接。在这种弦网液体中，弦的密度波对应于光子和胶子的波，而弦的端点对应于电子和夸克。所以我主张具有这种弦网结构的量子比特会统一所有的基本粒子和相互作用，并能够为粒子物理的标准模型提供一个起源。
弦网理论认空间是由许许多多量子比特所组成的，其被称之为量子比特海。形成量子比特海的量子比特，必须有一个特定的量子纠缠，才能描写我们世界中所观测到的各种基本粒子，如光子、胶子、电子、夸克等。“弦网”则是描写这一量子纠缠的直观图像。我们把取值为0的量子比特看成是背景，对应于上图的黑色部分。取值为1的量子比特组成弦网结构。这些弦网还动来动去有量子涨落。这种有舞动的弦网所描写的量子纠缠就能产生我们所观测到的所有基本粒子
弦网量子纠缠可以产生满足麦克斯韦方程的电磁波（也就是光波）。图像很简单：其实弦网液体中的弦的密度波就对应于电磁波，它满足麦克斯韦方程。自从麦克斯韦发现他的方程之后，我们花了150年才找到这一关于光起源的简单理解。以前，凝聚态物理学家研究了由粒子、自旋等等东西所组成的液体。但这些液体中的波都不满足麦克斯韦方程。能承载光波的媒介（被称之为以太）一直没有找到。现在发现，以太就是简单的弦网液体。弦网液体不仅能产生满足麦克斯韦方程的光波，还能产生满足杨-米尔斯方程的胶子波。这些各式各样的弦网密度波，是电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用的起源。
并不是所有科学都用微观解释宏观。思考社会科学问题，就要考虑从，例如个体间的互动与交流，传统文化中的宏大叙事，政治和经济制度，社会的整体结构，这些宏观现象出发，来解释个体的行为这样的微观现象。
自然科学中当然也有不少例子，例如研究行星，只看它本身是不够的，无法解释例如地球上为什么有极光、陨石。极光来自太阳风（从太阳发出的高能粒子）与大气中分子的碰撞，而陨石来自其它的天体。这些解释，只有当我们看到宏观的太阳系时才能给出。包括只看它的一部分也不够，例如即使只是解释表面的地貌，也需要看地球的内部，考虑板块构造，还有大气，考虑风力的侵蚀和堆积。
这也许可以从信息的角度来看：微观上有不少细节，这些是宏观上看不到的信息。但是，大量微观个体间形成的，宏观上的关系，则是微观上看不到的信息。所谓只见树木，不见森林。
我们要解释一件事情，必然要提供更多的信息，也就是原来缺失的信息。缺失的信息也许在微观上，也许在宏观上。所以用微观解释宏观，用宏观解释微观，都是可能的。
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