量子力學和相對論格格不入,是因為我們的宇宙有兩套物理法則嗎?

盧炳盛


量子力學和廣義相對論是目前人類描述微觀世界和宏觀世界的兩套比較精確的理論。然而這兩套理論卻是各自為政的,量子力學掌管著微觀尺度,而廣義相對論則掌管著宏觀尺度。

然而問題來了,微觀跟宏觀的界限在哪裡呢?也就是說多小的尺度才是微觀?多大的尺度才是宏觀?這個問題目前誰也說不準。如果這個宇宙有兩套物理法則,那麼得給它們定一個界限,然而同一個宇宙劃開微觀和宏觀兩部分是難以理解的。



現在的情況看來,量子力學的情形比較樂觀,因為通過退相干解釋,量子力學已經能把這個界限去除,也就是可以不存在這個界限。而反觀廣義相對論的情況就不容樂觀了,它不單在微觀領域出問題,連宇觀上也出問題了。目前通過加入暗物質和暗能量勉強保持它在宇觀上的正確性。 雖然在尺度上量子力學是突破了,但在基本問題上量子力學還是毫無進展,就是引力問題。量子力學無法把引力統一進來。



上世紀70年代霍金進行過嘗試,仿效相對論性量子力學把狹義相對論作為時空背景統一了狹義相對論與量子力學,霍金用廣義相對論的彎曲時空作為時空背景把量子場論強行統一進來,稱為彎曲時空量子場論。並依此證明了霍金輻射。然而這是強行忽略了兩個理論的內在矛盾,而不是解決了它們,所以在怎麼了霍金輻射以後,彎曲時空量子場論再無任何作為,很快被遺忘了。



現在物理學家依然在做各種嘗試去統一兩者,我們一般稱這種統一理論為量子引力理論,現在已經有一些與實驗數據比較吻合的量子引力理論出現,但符合實驗數據只是理論的第一步,後續能做出可驗證理論預言才是理論成功的關鍵。目前人類科技似乎還不具備驗證任何量子引力理論預言的能力。


星宇飄零2099


看來題主還不是很瞭解現代物理學。量子力學和相對論曾經很好的共處,而且相對論幫助量子力學建立起來一些新的方程。比如狄拉克公式,這就是根據相對論的時間膨脹效應,精確計算了電子高速運動的時間。

相對論分為狹義相對論和廣義相對論,前者是1905年完成的,後者是1915年發表的。

狹義相對論是關於時間膨脹的理論,廣義相對論是關於時空彎曲的引力理論。

到目前為止,量子力學和狹義相對論沒有任何矛盾,並且相容得很好。

我們知道量子力學研究的粒子處於次原子級別,它們的運動速度往往都很大。這就導致它們的時間膨脹效應明顯,比如科學家曾經用相對論的時間膨脹效應精確預測出μ介子在高速運動時候的壽命。

核外電子,中微子等高能粒子的運動速度都很大,中微子甚至接近光速,如果要計算中微子的壽命,不考慮狹義相對論的時間膨脹效應,那誤差簡直就是天壤之別。

而在廣義相對論中,把引力的本質看成是時空彎曲的表現,引力通過引力場傳播。但是在量子力學中,強相互力,弱力,電磁力都是有傳播子的,比如膠子,光子等,但唯獨引力子還沒有發現。科學家試圖把引力統一到其他三種作用力中,這樣自然界的四大相互作用力就可以用標準模型糅合在一起了。



但引力實在是太特殊了,它是人類最早發現的力,也是最難以琢磨的力,它的作用力程最長,也最弱,沒有引力子也讓它變得最神奇。


愛因斯坦在晚年一直試圖把引力和電磁力統一起來,但未成功。

愛因斯坦是1955年去世的,在他那個年代科學家僅僅知道引力和電磁力不兼容。那時候弱力和強力還沒有發現。

可最後,誰知道引力除了與電磁力不融合,還和後來的強弱相互力不融合。而其他三種力都是量子力學的範疇。科學家提出引力子之後,就把引力也納入到量子力學的範疇。可引力子導致了量子力學出現了不自洽的一面。


而引力就是廣義相對論的主要內容。所以量子力學和相對論格格不入只體現在廣義相對論上,與狹義相對論很和諧。

有的科學家認為量子力學和廣義相對論的不兼容是由於研究的尺度不夠小。如果從更小的弦尺度重構兩大理論,那麼大一統理論就可以解決這些矛盾!


科學認識論


量子力學和相對論雖然有矛盾,但是這兩個理論目前看來都是正確的,這就說明我們人類目前還沒有辦法把相對論和量子論統一到一起,人類科學之路還很長。


量子力學和相對論最顯著的矛盾就在引力上,廣義相對論認為引力是空間彎曲的一種幾何現象,也就是說引力只是因為大質量天體扭曲空間所產生的,但是量子力學認為宇宙的四種基本作用力都是粒子的交換產生的,所以引力也一定存在“引力子”

人類迄今為止從來沒有找到過引力子,而其他的三種基本作用力都找到了用於交換的粒子,唯獨引力找不到,但是這並不是說我們的宇宙有兩種規則,而是說明人類對宇宙規律的認識還不夠深刻。


牛頓當年歸納出牛頓力學的時候,人們都以為掌握了宇宙的秘密,但是幾百年後人類就發現了牛頓力學的侷限性,這才有了後來的愛因斯坦相對論,愛因斯坦本人解釋的光電效應更是間接促進了量子力學的誕生。

現代物理學的兩大支柱相對論和量子論,一個描述宏觀世界一個描述微觀世界,可是宏觀和微觀並沒有一個明確的分界線,所以量子力學和相對論才顯得格格不入。

未來一定會有比相對論和量子論更進一步的科學理論,總有一天人類會得到宇宙的大統一理論,到時候用一個理論就能描述從微觀到宏觀的所有運動。


宇宙探索未解之迷


答:肯定不會,宇宙中萬物的發展,只要我們觀察了就只有一個結果,宇宙中的物理法則也只有一套。


科學家永遠相信,同一初始條件下進行的科學實驗,得到的結果肯定是遵循同一套物理規律的,就算量子力學中存在不確定性原理,這種不確定都可以用同一個波函數描述。

量子力學和相對論,作為當今物理學的兩大基礎理論,兩者確實存在本質的差異,比如量子力學的世界是離散的,而相對論的世界是連續的;但也絕非題目說的“格格不入”,其實兩者在絕大部分場合中,都是相輔相成的。

只有在一些極端的情況下,比如宇宙奇點、黑洞等等,才體現出兩者的矛盾所在;但是我們相信,大自然不可能在同一個宇宙中採用兩套物理法則,我們不可能同時看到一個事物發展的兩種結果。


那麼最大的可能,就是量子力學和相對論中至少有一個,不是我們宇宙的最根本法則,肯定還存在一個更深的理論,可以在更高層面上統一相對論和量子力學,然後讓兩者實現相容。

就如經典力學中的熱力學和天文學,一個微觀一個宏觀,兩者看起來遵循著不同的運動規律;但本質上,經典力學中的熱力學和天文學,歸根到底都是牛頓三大運動定律和萬有引力定律的結果。


我們假設一個文明,單獨發現了熱力學規律和天體運動規律,但是沒有發現牛頓力學的根本定律,那麼這個文明就會認為,微觀和宏觀遵循的規律不一樣,就如我們現在看到的量子力學和相對論一樣。

所以,目前我們下結論還太早,相對論和量子力學的統一是早晚的事,據說超弦理論有可能統一相對論和量子力學,或許就在這個世紀裡我們能看到結果吧!


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艾伯史密斯


沒有,量子力學的另一種說法叫神學。

歷史上有很多科學家研究到後來都信神了,這樣的傳說相信大家都聽過。其實應該是他們發現了關於量子領域的一些東西,這個跟神學實在是太相似了。

現在人類的科學對於很多東西都無法解釋,特別是靈魂,還有對於創造。

以相對論為代表的現代科學,可以解釋很多我們可以看得見摸得著的事情,但是卻無法解釋靈魂和意識 層面的事情,而量子力學可以。

就像薛定諤的貓,從量子學上來說,貓可能是死的也可能是活的,但是從現代物理學上來講,這個貓要麼死了要麼活著。對於我們絕大多數普通人而嚴,後者更容易理解,也更容易被我們的習慣接受。雖然結果上一樣,但是實際上,一個是唯心,一個是唯物。


是不是覺得量子力學更像神學了?

量子糾纏,脫離空間和時間的相互影響,這個跟神學的因果律很像,也跟幸運和黴運有關。

但是量子領域目前對於人類而言,還是很神秘的,別看現在很多電視機什麼的都打著量子計算機、電視的口號,實際上跟量子科學半毛錢關係都沒有。


人類無法穿越時間,這個是肯定的,雖然沒有辦法證明,但是我們從來沒見過未來而來的人就知道,人類是無法穿越時間的。要麼是時間是不可能穿越的,要麼就是人類沒有堅持到科學發展到那一步就滅絕了。不管是哪種,人類都不可能解開量子領域的秘密的。


裝就不用修


現在由我來回答這個問題,給出這個問題的最後答案。

我在我的新宇宙學裡指出,我們宇宙分為絕對世界和相對世界。

因為這兩個世界所處的領域和條件的不同,所以它們的物理定律也就有所不同。在這裡,愛因斯坦相對論所遵循的相對性原理以及量子力學遵循的超對稱理論都是不成立和錯誤的。所以假如我們把現在的相對論理論和量子力學理論看成是正確的(事實上,按照我的新宇宙學,它們都是存在有不足甚至是錯誤的。作者注),那麼相對論就可以算做是絕對世界的規律,量子力學則可以算做是相對世界的規律。因為相對論理論和量子力學理論它們是分屬於絕對世界和相對世界的兩個世界的規律,所以它們當然就不可統一了。這就是相對論和量子力學格格不入和不能統一在一起的原因。

按照我的新宇宙學,世界雖然分有絕對世界和相對世界,好像它們彼此分立和不相統一,但是它們實際上是處於一個宇宙中並且是統一的,而這個統一不是現代科學家尋找的試圖將相對論理論和量子力學理論統一起來的世界用同一個物理定律來表示的統一,而是在相對論和量子力學體現出的世界有不同物理定律基礎上的統一。在我的世界的統一——也是世界真正的統一——中,世界的物理定律是不同的,和變化的。

關於這一點,請參看我即將出版的《愛因斯坦相對論批判:我的新宇宙學》一書。

還有重要的一點,在我看來,世界有兩大物理規律,一個是可以把傳統(經典)物理學的規律看做是確定的物理規律,一個是可以把現代量子力學看做是不確定的物理規律。當這樣子時,我們就可以說世界的物理規律就是世界的確定的物理規律和不確定的物理規律的統一。這就是說,我們在實際的宇宙研究中在應用確定的傳統物理定律時,必須同時結合量子力學體現出的世界同時是屬於不確定的物理定律來研究,這樣才是宇宙真正的研究,才是宇宙全面和正確的研究。具體請大家參看《愛因斯坦相對論批判:我的新宇宙學》一書。

我的講話完了,謝謝大家!


沖天一鵠2017


量子力學與相對論看起來的“格格不入”只不過是暫時的,或許我們認知的侷限性限制了我們看事物的本質,而我們的宇宙當然也不會有兩套物理法則!

量子力學和相對論是當今物理學界的兩大理論支柱,一個詮釋了微觀世界的運動規律,而相對論是宏觀世界的理論基礎!

量子力學和相對論最簡單最直觀的矛盾在於不確定性和確定性。量子力學強調,微觀世界沒有什麼是確定的,一切都只能用概率來描述,打個比方,在我們眼中真實存在的月亮,在量子世界並不是真實的存在,月亮可能位於宇宙中任何位置!

但有兩種事實存在說明了量子力學與相對論不可能有絕對的矛盾。一是宏觀世界本身就是有微觀粒子構成的,而是宏觀與微觀並沒有明顯的分界線,不是“非黑即白”,我們不能把跟宏觀微觀一刀切地分開,就像你無法定義大和小的概念,到底多大算“大”,多小才算“小”!

這意味著微觀也可能是某種意義上的“宏觀”,而宏觀也是某種意義上的“微觀”!

同時意味著,量子力學和相對論都有一定侷限性,或者其中之一有侷限性,會有下一個更高級的理論來完成統一!

還有,個人觀點,量子力學和相對論也並非真的格格不入!量子力學中的不確定性只不過在微觀世界更明顯,隨著微觀向宏觀過度,不確定性也越來越不明顯,而到了我們日常所見的宏觀世界,不確定性理論上仍舊存在,只不過太不明顯了,以至於可以忽略不計!

您的觀點呢?


宇宙探索


宇宙的規律只有一套,但以人類目前的科學實力,無法總結出“大一統理論”,依然只能從不同角度入手,分別解釋物質的運動狀態,效果相當不錯。

每個時代人類對宇宙的認識都有侷限性,最早的人們認為地球為宇宙中心,太陽繞地球運行,後來哥白尼提出日心說,伽利略等人根據觀測支持哥白尼的假說,再後來就有了牛頓的萬有引力定律,但那時候觀測的範圍很有限,雖然光學望遠鏡已經出現,但是由於口徑的限制,看到的天體都是距離地球比較近的。未知的宇宙現象就非常的多,未被人類總結的宇宙規律也就相當的多。

牛頓時代人們依然為光是波動的還是粒子的爭論不休,到了愛因斯坦的時代人們才想到,為啥不能同時存在兩種特性呢?後來就有了相對論和量子力學。這些理論的提出是科學家希望用數學等方式解釋宇宙運行規律的嘗試,一些在實際觀測中逐漸被驗證,一些逐漸被修正,還有一些已經沉入歷史的深淵。

強如愛因斯坦,也沒搞出“大一統理論”,宇宙這麼大,人類觀測到的現象比未觀測到的現象多得多得多,因而科學研究是沒有終點的過程,觀測手段進步,獲得信息越多,人類就能把握更多的宇宙規律。

同時也由於人類觀測手段的限制,目前人類應用歸納總結的方式比較多,認為“人類未觀測到的和觀測到的在本質上一致”,可預見的很長時間內,人類科學大概還是隻能從不同方面入手解釋宇宙的運行。


來看世界呀


並不是,量子力學與相對論的提出其實相隔並不是很久遠,他們討論的根本也大體一致,都是一種是圖解釋宇宙起源、成長、湮滅奧秘的統一論科學。在沒有這些理論之前,人類對物理的最高認識就是牛頓的經典力學定律。世間的萬物都可以用力學三定律來解釋,但是,當人們相信科學,相信天文觀察,相信這些力學定律之後,他們卻發現他們還是無法解釋宇宙的誕生、成長、與湮滅。於是相對論和量子力學便誕生了。

科學最神奇的地方就是給予人類預言的能力,通過計算,我們預言了日食、月食,我們預言了地球的壽命,太陽的壽命,銀河系的壽命,甚至全宇宙即將走向終結的世間點,但是,我們卻無法預言一顆小小的量子下一秒會在哪裡出現,我們無法預言星球的運動軌跡為什麼會出現偏差,這些課題雖然相對論和量子力學沒有給出答案,但是,他們提出瞭解決的辦法,一套理論,一套用來解釋宇宙所有形態的理論,這被稱為統一理論。

所以,在最終的目的上他們是一至的,雖然在一些局部的理論上一直爭論不休,但是隨著技術的進步,一些純理論的的東西正在逐步得到證實,當然,由於相對論和量子力學要解釋的東西對於現在的人類來說過於龐大繁雜,也許在證明他們的途中我們又有了新的理論認知,比如現在我們就有了弦理論,膜理論,等統一論的競爭者,這些理論上的偏差並不能說他們走向不同的方向,恰恰相反,他們正以不同的道路最終匯聚成一個完整的,統一的,帶領人類進入全新領域的實用性理論,一個真正意義上的統一理論。


不會起名不會


本質就是我們對於世界還需要進一步深入認識。表面上相對論是對於宏觀的,量子力學是關於微觀的,量子力學還出來一個平行世界,但是更深入的還有待於突破。量子力學的雙縫實驗,量子糾纏怎麼解釋?所以我們現在的科學還有待於繼續發展,我們不能把現在的認識絕對化。我們需要對時空問題時空本質需要進一步的認識。任何物質都是時空的,不但有空間佔位,還有時間過程,時空結構問題,時空組合問題,這是下一代物理學。 現在我們認識的物質都是三維空間一維時間,有些粒子是二維的,一維空間一維時間,有沒有三維空間一維空間的物質呢?認識了物質的時空結構,物理學才能走向大統一。


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