相對論是科學,量子力學也是科學,為什麼兩者不能互相解釋呢?誰更科學?

馬友明79


你的說法就有問題。這個世界的客觀構成就是這麼“詭異”,微觀粒子的特性與“大量微觀粒子組成的鴻觀世界就是差異巨大”!


用戶7152830401620


首先,狹義相對論與量子力學已經沒有矛盾,已經完成了統一,狄拉克方程發揮著很大的作用。我們通常所說的相對論與量子力學的矛盾指的是廣義相對論與量子力學之間的矛盾!

兩者具體有什麼矛盾呢?

主要矛盾就是對力作用本質的理解,尤其是引力的本質!廣義相對論認為引力的本質就是時空彎曲,引力只是一種表象。而量子力學認為力是通過粒子的交換髮生作用的,比如弱力是玻色子交換而來,強力是膠子交換而來,電磁力是光子交換而來!同時量子力學認為引力應該是引力子交換而來的,不過直到今天也沒能發現引力子!

還有一個矛盾,那就是確定性與不確定性!廣義相對論統治著宏觀世界,那裡的一切都是確定的,都是可以準確描述的,比如一個物體的速度和位置很容易描述。但在量子世界,一切都是不確定的,只能用概率和波函數去描述!所以,廣義相對論也屬於經典物理學範疇,是牛頓經典力學的昇華,而量子力學才是完全的顛覆!

廣義相對論統治著宏觀世界,量子力學統治著微觀世界,它們是現代物理學的兩大支柱!但由於宏觀微觀本身並沒有明確的分界線,宏觀和微觀並不是絕對的,而是相對的,所以,兩者最終必將統一!

那麼為何量子力學與廣義相對論不能互相解釋,有矛盾呢?

事實上兩者的矛盾只是我們觀察的矛盾而已,很可能不存在所謂的矛盾,按照德布羅意物質波的概念,不僅僅微觀粒子有波動,宏觀物體也有波動性,只不過宏觀物體的波動性非常不明顯,以至於我們根本觀察不到,所以更多的只能體現粒子性!


宇宙探索


瞎子摸象這一典故是大家耳熟能詳的。無論是摸到象腿的人,還是抓住象耳朵的人,他們都各執己見,分別認為外在的客體是柱子或扇子。

就局部而言,兩個人說的都沒錯,都準確地把握了局部的特徵。但是,就整體來說,兩個人說的又都不對。而且,也無法將兩人感覺到的不同特徵統一起來。

這是因為每個人所掌握的信息並不充分,有限的信息可以獲得多種不同的答案。這就好比一個三角形,只有三個角都是固定的,其形狀才能確定下來。

當人類的認識超出宏觀的範圍,擴展至宇觀領域和微觀領域時,作為物理背景的空間效應便顯現了出來。由於真空不空,以及存在著不可再分的最小粒子即量子,所以任何一個物體的運動都會受到量子空間的影響與束縛。

因此,量子空間就是物理學中的大象🐘,而不同領域的局部理論就是不同的科學家👨‍🔬根據他們各自的專業所作出的局部判斷。

作為唯象型理論的廣義相對論和量子力學,只是關於空間效應的初級理論,側重於建立現象之間的外在聯繫,並沒有提出一個具體的物理機制(大象)來統一各種不同的現象。

所以,雖然這兩個理論在各自的領域中都獲得了實驗的驗證,但就是無法統一起來,形成一個完整的認識。

比如,在廣義相對論看來,空間只具有幾何變化,空間是連續和確定的;而根據量子力學,由於所有的粒子都具有波動性,空間既是不確定的,又是不連續的。正是因為上述現象的對立,使兩個理論難以統一,會產生出沒有物理意義的無窮大。

由此,我們可以看到,相對於經典力學,廣義相對論和量子力學的進步意義在於揭示了作為物理背景的空間存在,任何物體都不是孤立存在的;然而,相對於未來的構建型理論,這兩個理論又是有侷限性的,缺乏統一的物理機制。

所謂空間,就是由離散的粒子構成的物理背景。不同的粒子構成的空間不同,它們產生的效應和所影響的物體也是不盡相同的。

比如,水分子形成的水對魚🐟的影響較大,而氣體分子形成的空氣對鳥🐦的飛行則是至關重要的。

由於宇宙中存在著不可再分的最小粒子即量子,所以由該最小粒子構成的量子空間是最為基本的物理背景。任何物體都會受到該空間的影響與束縛。

只是因為量子太過細小,以至於在宏觀的範圍內是感應不到量子空間的存在的。這也是為什麼,經典力學可以忽略該物理背景的原因。

總之,廣義相對論和量子力學分別是宇觀領域和微觀領域的局部理論。由於缺乏統一的物理機制,因而使兩個理論只呈現出矛盾的一面。


淡漠乾坤


《 萬有引力的來源》


摘要:艾薩克•牛頓發現了萬有引力,然後又發現了運動三定律,亨利•卡文迪許用 扭秤 證明了萬有引力 定律正確性,並算出了地球的“質量”,但都沒對引力的來源給出明確的解釋。阿爾伯特•愛因斯坦更是玄之又玄的把引力的來源解釋為物質對空間造成的凹陷。本文將根據一些小實驗和理論推導對以上的某些觀點進行糾正與反駁。


關鍵詞:內能(熱力學能),引力,地球質量,扭秤,重力加速度,。


引言:耳熟能詳的定律,質量越大,引力越大,但還有一個被人類忽視的數據,那就是內能。天體的質量越大,引力越大,內能越大(此文的內能是拋開 所有化學反應,核反應的 熱力學能)。那麼引力的來源是不是高能量體與低能量體的溫差效應呢?看下面的實驗。


三個質量相同鋁球,用液氮把兩個鋁球分別散熱到零下150℃與零下50℃,還有一個與室溫溫度相同20℃。觀測三個鉛球近距離的水氣有什麼反應。觀察到的結果是零下150℃的鉛球對附近水氣有很大的吸引力,有明顯的重力加速度現象,末端水氣落體速度大約是零下50℃鉛球的三倍。而與室溫相同的鉛球對水氣毫無反應。5分鐘後終止實驗,零下150℃鉛球結霜質量大約是零下50℃鉛球的三倍。


我們用這個實驗是不是能說明兩物體的引力大小與兩物體內能的大小相關呢?內能差越大,引力越大,與質量無絕對關係。那麼在地球上為什麼質量越大的物質,引力越大呢?這麼說吧,地球是個巨大的能量體,她對所有的低能量體都有 熱平衡 需求,她會根據 低能量體所能承載的熱量產生引力,也就是說相同溫度(內能)的1千克水與1千克油分別放到地球地心,地心下降的溫度是一樣的。


根據此實驗說明兩個物體沒有 熱平衡需求就沒有引力,那麼亨利•卡文迪許的扭秤又是怎麼算出“地球質量”的呢?他的扭秤為什麼出現扭力呢?還準確推導出引力常量。5.965*10^24到底是地球的內能還是地球的質量?我們根據 F=GmM/r^2計算出了太陽系的大部分行星的 軌道與速度,衛星的均速圓周運動,這足以說明F=GmM/r^2正確性,那麼一個天體的內能值與質量值一定很接近。為什麼會很接近呢,是根據質量有了內能,還是根據內能的大小有了質量。看下面的實驗與理論推理。


亨利•卡文迪許的扭秤為什麼使兩個沒有熱平衡需求的兩對鉛球出現引力呢?




看實驗,準備兩個磁力不同的磁鐵,一根鐵絲,一些細鐵砂,釋放靜電,先用鐵絲吸鐵砂,肉眼觀察下是毫無吸引力。然後把強磁鐵放到鐵絲底端,整根鐵絲會吸住很多鐵砂,距離磁鐵越近吸住鐵砂越多,換上弱磁鐵,鐵絲吸引的鐵砂要少的多。根據這個小實驗去理論推導下個實驗,我們把引力看作成弱磁現象,扭秤的兩對鉛球之所以會互相吸引,完全是因為在地球的引力磁場上。小實驗裡我們可以輕鬆的把磁鐵放到一旁,以現在的科技我們也可以輕鬆的把扭秤送到太空,送到月球,那時你會發現扭力與此區域 重力加速度 值成正比。引力越小,扭秤的扭力越小。月球上表面的扭力只剩下地球上的1/6。 我也做了個簡陋得扭秤,在只有4個質球實驗下,加大兩對質球的溫度差,會得到不同的扭矩。我也猜測是不是空氣對流加劇造成的,但一直沒有找到真空實驗室而擱置。(具體的溫度差與扭矩比例,由於扭秤的簡陋,就不一一敘寫了)。


此理論的最有力的證據還是需要把扭秤送到太空,送到月球。


那麼太陽系天體的質量值與內能值為什麼如此相近呢?太陽除外。因為太陽是中心,在太陽系中是懸浮不動的,即使內能值與質量值差距很大也測不出來,又點燃了核聚變。理論上來講,內能值遠高於質量值。(此內能是暫停核聚變),所以我們現在根據引力算出的太陽質量(其實是內能)遠遠大於真實質量。大家都知道太陽是氣態的,而密度竟然是地球的0.26倍,這是荒謬可笑的,他的意思也就是說一立方氫氣與一立方土的質量比是0.26 : 1,就算把氫氣壓縮到液態,這個比值也相差甚遠。太陽的平均密度1.4克每立方厘米,氫液態才0.07克每立方厘米,矛盾嗎????(別害怕,目前太陽質量不可測,看下面實驗)。



每個天體都有一個心核,太陽的心核最大,我們根據心核大小比例,做出九個鋁球,分別代表太陽與八大行星。全部冷卻到零下200℃,把太陽放到實驗室中心,按照距離比把八大行星擺好,懸浮運轉,2個小時後結束實驗,結霜質量比與太陽系天體質量比一致。水氣代表分子云,心核是宇宙所有天體的種子。遇到肥沃土壤(分子云)就會根據大小演變成恆星或行星(沒有心核的分子云是一團死雲,不會孕育出任何天體,否則違反熱力學第二定律)(這個僅僅是邏輯推理,猜測)。


引力不是絕對的,我們分別把太陽、地球、月球的內能設為1000焦耳,100焦耳,10焦耳。然後把地球加熱到500焦耳,地球與太陽引力會變小,地球與月球引力會變大。根據此理論我們在科技的支持下,移星換斗不是夢。

在此理論正確的前提下,物理大廈會崩潰嗎,當然不會,她會變得更加牢固。F=GmM/r^2還能繼續使用嗎?當然可以,只不過要稍微修改一下,首先就是其中的一個M改成U。那麼以引力計算的1熱值等於多少焦耳?這就需要廣大科學家的共同計算了。


母式:F=GUm(1-u/U)/r^2


此公式也不是適用於任何引力場,(只有兩物體質量與半徑相同的情況下才能做到誤差為0,比如冰球實驗,你可以理解為把鉛球切割成與水氣大小相等顆粒,然後每顆粒與水氣產生的引力全部相加)。就如F=GmM/r^2無法解釋水星近日點進動,愛因斯坦廣義相對論描寫的引力與量子力學格格不入。可以說很難有一個引力公式通用於宏觀與微觀等多種引力場,只有根據不同的引力場拿出不同的公式給予計算。



人類最重要的進步,仰賴於科技發明,而發明創新的終極目的,是完成對物質世界的掌控,駕馭自然的力量,使之符合人類的需求。”——尼古拉•特斯拉語錄


微博暱稱:小冰球


陳轉運


如果非要選擇的話,當然是相對論,量子應該是無法在物理學上解決了,只好通過數學的方式處理了測不準的問題。

實際上正是因為他們生長在國外,沒有理解老子的學說,導致很難再進一步對微觀粒子的研究。有人說愛因斯坦認為科學的盡頭是佛學,但是佛學沒有描述微觀粒子,遇到這個的時候就說是不可說。反而是老子做了更詳細的描述,可惜國人大多都認為太玄虛。

從老子的視角看,西方在微觀粒子上的研究恐怕是走到了盡頭,因為老子描述了物質世界的基本粒子——道,但是西方人看不懂,用各種試驗來證明基本粒子的形狀,結果就是盲人摸象,各摸各樣。


窺探者


相對論與量子力學作為當代物理學的兩大支柱,當時是基於解決不同問題而提出的(開爾文勳爵用“兩朵烏雲”形容這兩個物理學問題),出發點不同,理論體系建立的基礎也就不一樣。

相對論:在光速不變原理的基礎上建立

麥克斯韋在19世紀70年代統一電磁學,並證明光的本質是一種電磁波。接下來的問題,就是電磁波是在什麼介質中傳播的。麥克斯韋提出了著名的“光以太”假說,認為空間中充滿了我們看不到的一種介質—以太,它在宇宙中處於“絕對靜止”的狀態,光的傳播靠的是以太的振動。

麥克斯韋統一了電磁場,並提出“以太”試圖解釋光的傳播

在19世紀末,邁克爾遜—莫雷實驗觀測到光速並不會隨地球相對於光源的運動而發生改變,這一結果直接否定了麥克斯韋的光以太假說,同時提供了光速不變的實驗事實。我們知道,在經典力學中使用的是參考系簡單矢量疊加的伽利略變換,顯然光速不變的事實違背了這一架構,物理學界急需一套新的理論去解釋光速不變原理。

邁克爾遜(左二)與愛因斯坦

1905年,26歲的愛因斯坦相繼發表了《論動體的電動力學》等四遍論文,狹義相對論由此誕生。在狹義相對論中,愛因斯坦運用洛倫茲變換等重要基礎成果,以“光速不變”和“一切自然定律在慣性系中擁有相同形式”作為兩個基本前提,發展出一套顛覆傳統時空觀的劃時代理論。後來,愛因斯坦再將“慣性系”推廣到“非慣性系中”,發展出廣義相對論,很好地解釋了萬有引力的本質。

至今,四大作用力中的萬有引力,只能由相對論作出完整解釋。

量子力學:誕生於黑體輻射的理論解釋

同樣是19世紀末,歐洲科學界被一項熱力學的難題所困擾:由麥克斯韋(這麼說他真是跟兩場最偉大的物理學革命都緊密相關)和玻爾茲曼提出的能量均分定理所推算出的結果,不能解釋黑體輻射實驗所得到的能量分佈曲線。當時韋恩和瑞利的計算結果,都與實驗偏差很大,特別是瑞利-金斯公式,被稱為“紫外災變”。由此,普朗克在數學上用內插法提出了一個與實驗結果吻合度很好的公式,而這個公式的前提假設,是“能量是一份份進行傳播的”,“每一份”的大小是E=hv。

量子力學之父馬克思·普朗克

一開始普朗克只是為了解釋黑體輻射而提出這個假設,他甚至認為只有在黑體輻射現象中這個結論才成立,其他領域依舊遵照經典力學的原理。但很快,愛因斯坦將他的思想延伸到光學領域,提出“光量子假說”,很好地解釋了光電效應;再後來,玻爾用能量量子化的思想提出了“玻爾氫原子模型”,解釋了氫原子光譜的分立現象,同時讓量子的思想從能量與輻射延伸到了粒子的軌道與狀態上。再後來,德布羅意提出物質波的概念,結合薛定諤的波動方程去解釋微觀高速實物粒子的量子傳播特徵……整座量子大廈由此建立。

量子力學由一眾大師共同建立和完善

在狄拉克將相對論效應引入薛定諤方程提出狄拉克方程後,量子場論得以建立,後由楊振寧等科學家提出規範場論,基本統一了其餘三種作用力(強相互作用、弱相互作用、電磁作用)。

物理學的未來:大統一理論

愛因斯坦在臨終前的最後幾小時,還在對一項工作進行著最後的嘗試:統一物理學。雖然量子力學與相對論都能對各自領域的作用現象作出很好的解釋,但這種分裂的局面是物理學家不願看到的。幫助愛因斯坦了結夙願,統一物理學的這兩大理論,是所有物理學家的終極任務……

終極理論:對四大作用力的統一

則之鍊金術師


介觀物理——“相對論”是“經典力學”和“量子力學”之間的橋樑。

磁場裡高速流動的物質轉化為金屬態氫離子,金屬態氫離子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同時釋放電磁波——能量;物質是金屬態氫離子聚合形成的,“光速”是金屬態氫離子“磁力矩”的震盪。

“量子力學”研究的是微觀粒子,“經典力學”研究的是宏觀世界,“經典力學”是“量子力學”的特例;隨著科學技術的發展,物理概念混亂的現象會得到修正!例如:

1、物質不會轉化為能量。

2、熱核反應質量守恆。




金童希瑞


這得首先回答一個著名的科學之問:“你不看月亮時月亮在嗎?”。在,就是相對論的結論。不確定,就是量子力學的結論。這二個科學的結論有何本質區別呢?有人說相對論與量子力學是宏觀與微觀的應用分別。不錯,但這是非本質上的理論之別。而本質的區別是:你看或不看月亮的分別。相對論的不看也在,是所謂純客觀的認知,是一個不以我在與不在的客觀事實的相對確定。是一定時空下的事實持續存在。而反觀量子力學的不確定論,它是以我在而確定在或不在,是不離觀者的確定論。也就是通常所說的不確定性。通過以上分析,人不難得出相對論與量子力學二者認識事物之間的區別聯繫:相對論是一定的絕對相對論。而量子力學是絕對的一定相對論。這裡的一定是表示某個時空點之對象。而至於誰更科學的說法,科學是沒有更科學之說的。而更趨向於人對宇宙之真的認知觀念的比較,量子力學較相對論無疑是更完善的觀念。因為真是絕對,永恆的代名詞,絕對的相對是對變的肯定,而相對的絕對,是對恆的肯定。二論本身也是相融合的。但要統一為一論,實現物理理論的“大統一”。我想,人還是要尊重下道之自然吧。人心畢竟是人心,何必虛妄至極?人心離真總有段走不完的修程。


秋石173407593


“相對論是科學,量子力學也是科學,為什麼兩者不能互相解釋呢?誰更科學?”,這個問題要比我們想象中的複雜一些,我們來一層層地看。

首先,相對論分為狹義相對論和廣義相對論。

狹義相對論

愛因斯坦統一了時間和空間,認為它們不是分立的物理量,並提出了四維時空的世界觀。

除此之外,愛因斯坦還統一了能量和質量。他認為能量和質量是一回事,是一體兩面,是我們用什麼方式測量的結果而已,於是,他給出了質能等價公式:E=MC^2

廣義相對論

至於廣義相對論,其實我們只要瞭解它是一種描述引力本質的理論即可。愛因斯坦在廣義相對論中,還提出了著名了場方程。

並且他基於場方程預言了引力波,科學家史瓦西預言了黑洞。

總體來說,相對論其實是一種描述大尺度,這個尺度有以下幾個特點:

  1. 達到了10^8光年的尺度;
  2. 速度與光速達到同一數量級,並且越接近光速,相對論效應越明顯;
  3. 引力巨大時。

在這三種極端條件下,相對論預言的結果和現實觀測擬合得十分完美,遠遠超過牛頓力學的描述。比如:愛丁頓之所以在日全食時,觀測光線偏折,就是因為太陽附近的引力巨大,相對論效應明顯。

量子力學

至於量子力學,是一群科學家共同努力的結果,第一批是普朗克和愛因斯坦;第二批則是波爾,波恩和索莫非;第三批是海森堡,薛定諤,狄拉克和泡利等人。

而量子力學其實時描述微觀世界的物理學,尤其是在亞原子尺度上,牛頓力學在這個尺度上同樣遭遇了誤差極其大的情況。而量子力學可以很好地描述亞原子世界的物理現象,並且可以預測。

尺度不同

所以,我們很容易發現,相對論和量子力學都是科學,它們都具備科學理論所需要具備的特質,首先是對於研究對象都有嚴格的定義和描述。其次,都是利用數學預言描述理論,並且都得到了實驗和觀測的證明。同時,它們也都提供了可被證偽的方法。(當然,現在還無法被證偽)這也就是說,它們是堅實的科學理論,不存在誰更科學地說法。

只不過,它們描述的尺度極大的不同,相對論描述的引力巨大,尺度巨大,速度巨快的尺度下的物理學現象。而量子力學則是描述在亞原子,也就是納米級以下的物理學現象。兩者的尺度差了得有20個數量級。

狹義相對論與量子力學的聯姻

但並不是說,雙方就沒有辦法相互結合,實際上是可以的。

首先,牛頓力學其實是相對論和量子力學在宏觀低速下的近似。所以,牛頓力學是可以用相對論和量子力學來詮釋的。

其次,狹義相對論和量子力學已經被很好地進行結合,狄拉克就結合了狹義相對論和量子力學,提出了量子場論。

這是1927年,狄拉克在他的論文《描述輻射的發射和吸收的量子理論》提出來的,並且量子電動力學也是在這篇論文中被提出,他還預測了存在電子的反粒子,也就是正電子,這後來也被實驗所驗證。而量子場論通過把“場”進行量子化,解決了量子力學中非定域性的問題,並且這個結果滿足了洛倫茲協變論。後來,量子電動力學也引發了科學革命,粒子物理標準模型也激素hi在量子電動力學的基礎上發展起來的。

這裡多補充一句,這當中的概念後面還要用到。所謂的定於定域性原則是指:任何的物理學效應都不可能超光速傳遞。而非定域性,正好是和定域性原則相反的,說的是在量子力學中,在處於糾纏態的體統中,粒子之間的相互作用是可以超光速的。所以,其實狹義相對論和量子力學已經有了很好的結合

廣義相對論和量子力學的矛盾

由於廣義相對論沒有辦法重整化,所以,目前來說,廣義相對論和量子場論還不能完全相容。當然,科學家一直都在致力於將兩者進行結合,這也是目前理論物理學研究的一個方向之一。之所以兩個理論進行相容特別難,我認為有以下幾個原因:

之前也說到,廣義相對論是描述引力本質的理論,惠勒就曾經有一句話很好地概括了廣義相對論對於引力本質地解釋,那就是:

時空告訴物質如何運動, 物質告訴時空如何彎曲。

這裡的時空指的是四維時空,但是量子場論中,這時空觀就不同了,量子還有自旋空間,而且量子場論和廣義相對論對於時間的描述方式也是不可協調的。所以,由於兩者時空觀上的差異,使得量子場論和廣義相對論不容易被調和。這裡就說這一點,其實兩者在黑洞相關的物理學理論,以及普朗克尺度下也都有出現了無法調和的矛盾。這也是為什麼“引力子”理論一直無法納入到粒子物理標準模型的原因。

最後,我們來總結一下:量子力學和相對論描述的是不同尺度下的物理學,量子力學描述的是小尺度上的,小於納米級以下的物理學現象,而相對論則描述的是大尺度下的物理學現象。他們都是科學,不存在誰更科學的說法。

在狄拉克的努力下,狹義相對論以及和量子力學結合,有了量子場論。而廣義相對論與量子力學的結合目前來說還困難重重,而科學堅信,兩者是可以融合的,只是我們目前還不知道背後的機制而已。


鍾銘聊科學


當今,相對論被認為是宏觀宇宙的至上法典,量子力學被認為是解釋微觀宇宙的權威,量子力學與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。按照常理,人類理所當然地想把解釋宏觀宇宙和微觀宇宙的這兩個理論統一起來,組成一個解釋宇宙一切問題的終極理論。但是,100年來,無數人嘗試將這兩個理論統一成一個大一統理論的努力都失敗了!為什麼呢?這不科學啊!

相對論和量子力學是科學理論嗎?

科學哲學家卡爾•波普爾的觀點,一個理論推導出來的結論(解釋、預見)在邏輯上或原則上要有與一個或一組觀察陳述發生衝突或牴觸的可能,即可以證明這個結論是錯誤的,這個結論才是科學的範疇,這就是可證偽性。所有科學命題都要具有可證偽性,不可證偽的理論不能成為科學理論。換句話說,凡是不具有可證偽性的“科學理論”,即是偽科學。

按照可證偽性的評判原則,相對論和量子力學都可以被證明是錯誤的,因此,相對論和量子力學都是科學理論。

等一下,怎麼感覺哪裡不對呢?相對論和量子力學都具有可證偽性,但是,同時,又意味著這兩個理論相對論又被證明是錯誤的,兩邊都是“坑”,這好像是個圈套。到底是可證偽性原則有問題,還是相對論和量子力學有問題?

為什麼孫悟空在大鬧天宮時神勇無比,而西天取經時卻總是去找高手幫忙?玉皇大帝老家在哪裡?上帝是否存在?這些問題都是既不能證明,也不能證偽,這些絕不是什麼科學。可證偽性不能證明一個理論是否是科學理論。但是,不具有可證偽性,一定不是科學理論!

今天,我們討論的重點不是相對論和量子力學是否是科學理論,而是這兩個本應互補的理論為什麼不能相互融合的問題。

我們先看看這兩個理論的共同點。

相對論和量子力學都認為光子(量子)是實實在在的慣性粒子,空間為空無一物的真空。也就是說,這兩個理論都是粒子說的理論。但是,除此之外,這兩個理論沒有任何“共同語言”。

我們知道,波動說與粒子說的矛盾不可調和,相對論與量子力學這兩個同屬粒子說的理論之間的矛盾同樣無法調和,具體表現在:

(1)\t不確定性問題。量子力學哥本哈根詮釋認為:由於觀測對某些量的干擾,使得與它關聯的量(共軛量)不準確。哥本哈根學派的不確定性解釋讓愛因斯坦無法接受,也無法接受客觀世界也處於不確定的狀態,更無法接受物質的存在依賴於有智慧生物的觀察。所以才有了那句:“我不相信上帝會與宇宙擲骰子”(後世的學者並不認同他的觀點,例如霍金提出:“上帝不僅擲骰子,他還把骰子擲到我們看不見的地方。” )。

(2)\t定域性問題。根據量子力學哥本哈根詮釋:對一個粒子的測量總是會瞬間改變另一個粒子的狀態,並且與時間和距離無關。愛因斯坦認為可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離,測量會影響一個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。量子力學的粒子不僅神出鬼沒,並且可以超光速運行(事實上是不需要光速的瞬時作用),愛因斯坦認為其存在著超距作用,也與相對論的光速不變原理相沖突。

(3)\t空間性質問題。雖然兩個理論都認為空間為空無一物的真空,但是,隨著時間的推移,這兩個理論對空間的結論不斷變化。狹義相對論認為空間是剛性和平直的,沒有引力(你沒有看錯,不知道這個重要問題暴露了一個人根本不瞭解相對論)。因為狹義相對論無法解釋引力,但宇宙空間中引力無處不在。因此,愛因斯坦只好將引力導入相對論,這就是等效原理。讓引力與地球引力等效來消除引力的作用(但是,宇宙中的星體質量各不相同,每個星體的等效速度都不同。因此,這就是個玩笑)。結果,加進引力後,狹義相對論的很多東西都需要修改,結果修來修去就變成了一個另一個理論,這就是廣義相對論的來歷。廣義相對論的空間是連續的時空結構,時空是柔軟可變形的,愛因斯坦稱之為“軟體動物”。引力通過這種“彎曲的”和“平滑的”空間傳遞。

同樣,隨著對空間的瞭解,量子力學的空間也發生了巨大的變化,之前空無一物的真空變成了“沸騰”的“場”,量子力學的空間充滿了瘋狂的量子漲落,物質粒子在這個“真空”裡“無中生有”,“無緣無故”的湮滅。相對論的時空曲率引力作用模式與這種充滿瘋狂量子漲落的真空互不相融,勢不兩立。

(4)\t引力作用模式問題。愛因斯坦認為,不存在引力這種作用力(你沒看錯)!星體的質量引起時空彎曲,其他較小的星體會“滾向”較大的星體。廣義相對論還存在一種引力波。星體相對運動時,會引起時空漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。當兩個星體的引力波相遇時,會產生震動(干涉),可能會被測量。而量子力學的引力作用模式物質間通過交換引力(粒)子來相互吸引。這是兩種完全不同的引力作用原理,兩種引力作用模式互不相融。

(5)\t質能守恆問題。愛因斯坦認為,物質的質量是慣性的動量,能量是運動的量度,能量與質量並非彼此孤立,而是相互聯繫,不可分割的。物質質量的改變,會使能量發生相應的改變;物體能量的改變,也會使質量發生相應的改變。問題是,接受相對論質能守恆解釋的量子學家們卻發現E=mc²質能公式根本無法使用(E=mc²質能公式計算任何有質量的物質的能量時都會得到無窮大的結果,也不能用於計算光子這樣沒有質量的物質)。面對困局,粒子學家們用一種“重正化”的方法來消除E=mc²質能公式計算帶來的無窮大結果。“重正化”的本質是放棄使用E=mc²質能公式來計算粒子(量子)的能量和動量,默認普朗克波動力學方程E=hν公式的計算結果,即能量=頻率×普朗克常數。事實上,普朗克波動力學方程E=hν公式實際上已經得到了量子(例如光量子和電量子)能量和質量的正確計算結果。但是因為相對論與量子力學都認為能量來自於動量,因此再用質量乘以光速,結果只能是無窮大的計算結果。

(6)\t理論的性質問題。愛因斯坦認為:作為一種完備的理論,應該是遵守決定論的,而不應該是或然的、用一些概率的、不確定的語言表達形式的理論。粒子學家們認為:1.(量子力學)它是反直覺的;2.它是適用的;3.量子力學還存在一些問題。[利昂•萊德曼,迪克•泰雷西,《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年12月第1版,第187~192頁 ]直覺是基於客觀邏輯得出的快速判斷,是符合常識的一種快捷的結論。反直覺的本質是違反常識的,是與客觀邏輯相背離的和奇異性的,是與決定論相對立的。

綜上所述,我們可以看到,相對論和量子力學的觀點尖銳對立,矛盾不可調和。

不過,對於以太問題,相對論和量子力學還是有些共識的。很大一部分粒子學家們認為真空就是“以太”。是不是很有意思。但是,這種承認是不徹底的,粒子學家們還是把事實上存在於宇宙空間中的物質稱之為“暗物質”而不是以太。

無獨有偶,愛因斯坦也認為真空不空。早在1921年,愛因斯坦就提出:但是,否認以太的存在,意味著承認空虛空間絕對沒有任何物理物質,這種見解不符合力學的基本事實……為了至少能夠在形式上把體系的轉動看成某種實在的東西,牛頓就把空間客觀化了。既然他認為他的絕對空間是實在的東西,那麼在他看來,相對於一個絕對空間的轉動也就該是某種實在的東西了。牛頓同樣也可以恰當的把他的絕對空間叫做“以太” 。[愛因斯坦,《狹義與廣義相對論淺析》,北京大學出版社,2006年,第175頁]

狹義相對論並不一定要求否定以太,可以假定有以太存在,只是必須不再認為它是確定的運動狀態……狹義相對論不允許我們假定以太是由那些可以隨時間追蹤下去的粒子所構成的,但是以太假說本身同狹義相對論並不牴觸,只要我們當心不要把運動狀態強加給以太就行了。 [愛因斯坦,《狹義與廣義相對論淺析》,北京大學出版社,2006年,第173~174頁]

依照廣義相對論,一個沒有以太的空間是不可思議的,因為在這樣一種空間裡,不但光不能傳播,而且量杆和時鐘也不可能存在,因此也就沒有物理意義上的空間-時間間隔。[愛因斯坦,《狹義與廣義相對論淺析》,北京大學出版社,2006年,第177頁]

廣義相對論以太是這樣一種媒質,它本身完全沒有一切力學和運動學的性質,但它卻參與對力學(和電磁學)事件的決定。 [愛因斯坦,《狹義與廣義相對論淺析》,北京大學出版社,2006年,第176頁]

不過,以太的復活,將使建立在真空基礎上的相對論和量子力學的邏輯基礎崩潰。因此,無論是“廣義相對論以太”還是量子力學的“真空以太”都沒有得到普遍認同,只能作為應對質疑時的一個說辭。

相對論和量子力學能否統一呢?

愛因斯坦認為相對論是運用探索性演繹法得到的高度公理化的理論,即原理理論,它在邏輯上是“極其完整”的,要對它進行修改而不摧毀其整個結構是不行的。即任何微小的修改都會摧毀整個理論。問題是,對宇宙四大基本作用力,相對論只對引力有所解釋,對強相互作用力、弱相互作用力、電磁力的作用原理都是理論空白。相對論能夠接受量子力學交換信使粒子來描述四大基本作用力的模式嗎?引力波和引力子哪個應該保留?相對論需要作多大修改才能與量子力學統一?

而在量子力學中,不僅引力需要引力粒子來傳遞,自然界的所有基本作用力都需要各種信使粒子來傳遞,量子力學需要做多大修改才能與相對論統一?

這些看似小問題,實則是兩個理論邏輯體系的根本性矛盾。如果相對論和量子力學沒有交叉,它們是有可能融合的。但是,對同一問題存在不同觀點,問題就來了。根據邏輯一致性(Logical Consistency)原則。兩個相互矛盾的陳述不能同時為真,真理只有一個,真相只有一個。每一個理論都是一個完整的邏輯體系,只有一個理論正確。

還有語用一致性(Pragmatic Consistency)原則,即(理論的)結論不能與真實世界矛盾。一個理論是否正確,最基本的要求是理論沒有邏輯矛盾和漏洞,所有的理論的邏輯鏈條都必須完整自洽,都必須滿足邏輯一致性要求。這兩個理論不僅自身邏輯不能自洽,也不能解釋地球上任何客觀現象,這個問題可比兩個理論不能融合更大。

綜上所述,雖然兩個理論都認為空間為空無一物的真空,雖然都認為量子是實實在在的粒子,但是,讓它們融合,其中一方的邏輯體系必然會被摧毀或替代(讓這兩個理論與經典物理學或弦/M理論融合就更加不可能了)。邏輯體系的矛盾是相對論和量子力學這兩個理論不能融合的根本原因。

最後一個問題,為什麼相對論和量子力學不能相互解釋呢?

親!自身難保的理論還能幫助別人嗎?先自救,再救人吧!

目前的物理理論可不僅只有相對論和量子力學。我們生存在同一個宇宙,卻存在著經典物理學、相對論、量子力學和絃理論4種互不相容的物理理論。可以說是公說公有理婆說婆有理。有意思的是,理論物理學也存在著一個鄙視鏈,經典物理學就處在這個鄙視鏈的最底端,相對論和量子力學認為經典物理學是一個落後的理論,弦理論又認為相對論和量子力學終將會被弦理論所取代。哪一種理論正確呢?我們知道,能夠自洽解釋宇宙所有未解之謎的理論才能稱之為終極理論。目前,哪個理論能夠達到終極理論的標準呢?答案是:沒有!沒有一個理論可以邏輯一致性地解釋宇宙所有的問題!這意味著目前所有的理論都不完備!

終極理論不會是一個全新的理論,它一定是統一了所有理論的統一理論。所以,認為某個理論正確,是目光短淺、思維狹隘,知識量不足的表現。

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黑格爾認為:哲學總是在自我批判和自我否定中發展的,全部哲學史是一個廝殺的戰場,堆滿了死人的骨骼。整部人類哲學史充滿著哲學家們互相批判、互相推翻、互相取代的鬥爭。科學發展史同樣如此,人們對自然的認識並非一成不變,從古希臘諸子百家到哥白尼、伽利略、笛卡爾、牛頓、胡克、惠更斯、麥克斯韋、普朗克、愛因斯坦、薛定諤、玻爾、費曼等等,探索者們的觀點雖有繼承和發展,但也有批判和否定,科學同樣是在自我批判和自我否定中發展。我們總是用更精確的答案替代舊的答案。什麼是真理呢?我們不要急於下結論,萬一你的答案是錯誤的呢?科普不是告訴人們一個明確的答案,科普的意義在於喚起人們的思考,培養邏輯思維能力。只有直面問題,才有可能去解決問題!只有經過懷疑和批判考驗的理論才能稱之為科學理(反之只是一個假說)!只有經過時間考驗的的理論才是真理!

尤瓦爾•赫拉利指出:“尊重知識、聽取學者意見很好,但發展到崇拜任何人的程度都很危險,包括崇拜學者。一個人一旦被推崇為先知或權威,他(她)自己都可能信以為真,進而變得驕傲自大,甚至陷入瘋狂。對追隨者而言,一旦他們信奉某人為權威,便會自我設限,停止努力,只期待著偶像來告訴他們全部問題的答案和解決方法。即使答案是錯誤的、方法是糟糕的,他們也會通盤接受。”

我們面對(科學先賢們)不朽的理性群碑,也就是面對永恆的科學靈魂。在這些靈魂面前,我們不是要頂禮膜拜,而是要認真研習解讀,讀出歷史的價值,讀出時代的精神,把握科學的靈魂,我們要不斷地吸取深蘊其中的科學精神,科學思想和科學方法,並使之成為推動我們前進的偉大精神力量。[牛頓,《自然哲學之數學原理》,弁言第5~6頁]科學的精神是什麼?那就是敢於質疑權威的勇氣和對一切事物保持好奇的眼光。智慧從懷疑開始,真正的科學精神是理性、懷疑、批判和實證。終極理論不會是一個全新的理論,它就藏在現有的理論之中,當我們以客觀邏輯為工具,就能在錯綜複雜的觀點中找出宇宙真實的脈絡。

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧,他們點亮了一個又一個燈塔,指引著人類的發展方向。沒有人的觀點全部正確,也沒有人的觀點一無是處。有些觀點後來被事實證明是一個個錯誤,那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。

我們應當時刻提醒自己,批判性思維是我們避免誤入歧途的重要保證。我們身處在同一個宇宙,所以,我們只需要一種可以解析所有疑惑的物理理論,這個物理理論必須沒有邏輯矛盾和邏輯缺陷,可以完美的描述我們這個宇宙的運作細節,並以此為基礎展望宇宙的未來。真相總是樸實的,真理總是簡潔的。有時,對有些問題,我們並不缺乏揭示真相的能力,更多的時候我們缺乏的是面對事實的勇氣。


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