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?

2020-11-26 星球上的科學

現代物理科學中最大的兩大支柱,一個是愛因斯坦的相對論,還有一個就是量子力學。

愛因斯坦是20世紀最重要的科學家之一,被譽為「現代物理學之父」,他提出的相對論這一理論改變了從本質上對空間和時間的概念。而量子力學的提出,更是讓整個科學界產生了革命性的變革,促進了科學社會的進步。

什麼是相對論呢?

簡單來說,相對論的籠統概念就是物理定律在任何地方都是相同的。比如在地球上我們遵循引力定律,而與宇宙遙遠角落裡的外星人(如果存在)那就是一樣的。相對論分為狹義相對論和廣義相對論,不過狹義相對論是首先提出,其基礎是光速在任何參考系下都是恆定不變的,後來又提出了廣義相對論,它告訴我們引力不是一種力,而是時空的彎曲。

隨著相對論的提出間接地讓導致了量子力學的誕生。不過量子力學中關於時空和引力的解釋則和相對論的觀點是完全不一樣的。量子力學認為,宇宙中的所有東西都是由一份份不連續的量子組成的。

那量子力學和相對論誰是正確的呢?

其實這兩個改變物理學的理論都是正確的,只不過針對的不一樣,於是產生了一個巨大的矛盾。其主要是因為相對論描述的是宏觀的世界,而量子力學描述的是微觀世界。在兩個不同的世界裡,自然物質所表現出來的性質也是不同的。比如在宏觀世界裡,有因必有果,所有的事情都是確定的,而在微觀世界當中,卻沒有我們平常的因果關係,任何事物都是存在不確定性的。

兩套物理法則只不過適用範圍不同,現在我們也在嘗試著去將兩套理論歸一化。比如超弦理論的提出,超弦理論認為宇宙中是不存在粒子的,宇宙中的所有物質和能量都是一種根據不同頻率的振動而產生的弦,而且宇宙中所發生的所有會相互作用,於是提出了物質和能量都可以用弦的分裂和結合來解釋。

超弦理論將宇宙分成了十一個維度,雖然這就會讓我們的宇宙變得更加複雜,不過卻可以將整個宇宙觀統一起來了,只是目前我們人類的認知還有很大一步要走,要想證明這個理論還需要努力。

相關焦點

  • 網友問:量子力學和相對論格格不入,是宇宙有兩套物理法則嗎?
    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。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。
  • 量子力學與廣義相對論
    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?
  • 量子力學和相對論的百年矛盾!超弦理論能否使其化幹戈為玉帛?
    愛因斯坦在完成廣義相對論之後才36歲,可是愛因斯坦一共活了76歲,可以說愛因斯坦在中年以後的40餘年內一直致力於大統一理論。可他至死都沒有完成大一統理論。愛因斯坦的遺憾後人能否彌補?看來最有希望的還是弦理論了。我們都知道古希臘時期的自然哲學是近代物理的前身,但那時候我們對自然的勾畫還無法擺脫感性經驗的桎梏。
  • 量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?
    現代科學最大的兩大支柱,一個是愛因斯坦的相對論,還有一個就是量子力學。相對論的提出,改變了人類對於宇宙和自然的認識,讓我們從另一個角度認識我們的宇宙,其中提到的全新的時空觀念,刷新了科學界對於宇宙的認識。
  • 量子力學和廣義相對論相互矛盾,它們能調和統一嗎?
    很多時候,日常生活中出現的問題,我們都可以非常自信地回答。你吃過午飯了嗎?你看過最新科學小說《三體》?最近新冠肺炎哪幾個國家最嚴重?這些問題我們都能應答如流。但是,當我們開始思考大問題時(今天要回答的量子力學和廣義相對論能否調和),我們的自信直線下降。量子力學與行星無關嗎?
  • 量子力學與廣義相對論以及弦理論
    現代物理學有兩大基石,量子力學與廣義相對論,那麼在這其中,量子力學是用來解釋微觀世界的理論。量子力學的法則支配著微觀世界的原子和基本粒子的行為,想知道電子光子等基本粒子如何運動,以及它們與什麼樣的力發生相互作用的話,就必須要用到量子力學。
  • 為什麼科學家非要統一相對論和量子力學?沒統一會帶來哪些後果?
    在這300多年的時間裡,物理學家這個群體一直都有一個夙願:大一統理論。無論是牛頓還是愛因斯坦都曾努力做出大一統理論,但他們都失敗了。 這個大一統理論指的就是僅僅利用一個理論,就可以解釋宇宙中所有的物理學現象。反觀我們現在的物理學體系,現代物理學有兩大支柱:相對論和量子力學。
  • 量子力學和廣義相對論的時空背景有何不同?
    量子力學和廣義相對論是現代物理學的兩根支柱,但是大家應該也聽說過了,這兩個基礎理論是水火不相容的!這是從理論模型的角度對這兩個理論深層次矛盾的揭示,而在一篇科普文章中,更有意義的是從背景邏輯框架的角度出發,對量子力學與廣義相對論之間的矛盾進行闡述。
  • 量子力學和相對論在不同的領域佔據主導地位,它們之間有什麼聯繫
    接下來會發生什麼,取決於兩種久經考驗但相互矛盾的理論中哪一種是正確的:量子力學還是愛因斯坦的廣義相對論;它們分別描述了宇宙的小尺度和大尺度性質。在一種稱為「疊加」的奇特量子力學效應中,光子同時穿過鏡子,並從鏡子上向後反射;然後它既擊球又不擊球。
  • 現代物理學的困境——量子力學和相對論之間的矛盾
    無論什麼時候,任何東西都試圖以直線穿過宇宙,這個物體都會沿著一個軌跡運動,這個「軌跡」會被附近任何形式的質量和能量所彎曲。因此,我們所認為的引力就是宇宙結構的曲率。看起來是這樣,但是一旦我們把這個理論應用到另一個物理領域中非常重要的理論——量子力學時,問題就出現了。
  • 現代物理學的困境——量子力學和相對論之間的矛盾
    因此,我們所認為的引力就是宇宙結構的曲率。看起來是這樣,但是一旦我們把這個理論應用到另一個物理領域中非常重要的理論——量子力學時,問題就出現了。但是量化引力並沒有那麼難。我們已經把所有其他的基本力(電磁力,強核力和弱核力)量化了。因此量化引力(基本力中最弱的)應該是小菜一碟。對吧?
  • 狄拉克方程:「反物質」的先知,量子力學與狹義相對論的調停者
    我們知道,20世紀科學界最璀璨的兩顆雙子星,無異於就是量子力學與相對論,而愛因斯坦與玻爾的四次大論戰讓量子力學與相對論碰撞出了激烈的火花。它揭示了微觀物理世界物質運動的基本規律,是原子物理學中處理一切非相對論問題的有力工具,在原子、分子、固體物理、核物理、化學等領域中被廣泛應用。後來玻恩更是提出概率幅的概念,成功地解釋了薛丁格方程中波函數的物理意義。可是,薛丁格本人不贊同這種統計或概率方法,和它所伴隨的非連續性波函數坍縮。
  • 道德經和量子力學中的宇宙說的太像了,這是巧合嗎?
    人類歷史上最偉大的作品有十本,第一本就是道德經,老子也被評為歷史上最偉大的作者之一。明朝的皇帝朱元璋評它為萬物之根,魯迅評為不讀道德經一書,不懂中國文化,不知人生真諦,更有世界文明史的作者說,除了道德經,當我們焚毀所有的書籍,仍能在道德經中找到智慧的摘要,評價高的如此過分。可是當咱們探討完量子力學和道德經的共同點後,也許這評價一點也不過分。
  • 《量子力學與相對論可能存在的統一模式》(論文)
    ②相對論之外、量子力學之內,這正是弦論和全息量子力學理論正試圖努力方向,一旦成功,物理又回到量子力學標定的類絕對空間觀察系;對一切可確定就是絕對,無論粒子是否帶有不確定性,但已經能統一到理論的確定性了。如對黑洞,建立量化模型就可推演其來世今生一切細節,對宇宙產生到消亡,以及宇之內宙之外,皆達洞悉;這即又回到「絕對時空」觀察系了。
  • 量子力學與相對論翩翩起舞 科學家在宇宙金礦挖論文金礦
    這樣,天文學家們就初步確認了「短伽馬射線暴」的物理起源,初步確認了中子星的存在並且了解了它的成分,而且對宇宙中重元素的起源,有了新的實驗證據。通過對引力波強度的測量,我們獨立測量了NGC4993這個星系和地球距離,對宇宙膨脹的速率,以及宇宙的年齡又多了一個獨立的測量方法。通過對引力波和電磁波到達時間,我們對引力波的速度也有了新的測量。
  • 量子力學與相對論是否矛盾?引力似乎能給出答案
    提問:據我所知,量子力學與相對論可能是相互矛盾的。那這是否說明其中有一方有問題的呢? 答道:量子力學和相對論在許多方面並不矛盾,但這並不意味著它們是能夠相互包容……
  • 量子力學和相對論之間究竟存在著什麼樣的關係?
    、起伏、不斷漲落的,這種現象被稱為量子漲落,它是指在空間任意位置對於能量的暫時變化,這種能量的暫時變化會出現在空間中的任何一個地方,所以說相對論是一種絕對論理論,而量子力學的不確定性原理則更像是一種概率學。
  • 人工智慧強大能力背後的可怕秘密:利用宇宙基本法則
    而麻省理工學院的一名物理學家、此次研究的共同作者之一馬克斯·泰格馬克(Max Tegmark)認為,這可能是因為它們利用了物理世界中的一些特殊性質。泰格馬克指出,物理法則把人工智慧擅長解決的問題稱作「一類非常特殊的問題」。「物理學讓我們關心的一小部分問題和神經網絡可以解決的一小部分問題實際上是差不多的。」
  • 如何「推翻」相對論和量子力學?你需要做到這些,才能彪炳史冊
    首先我們看下科學是怎樣一步步發展到今天的天空是我們觀察和研究宇宙的窗戶,人類科學的發展源於古人對天空中星光的運動規律的解釋,在望遠鏡還沒有出現的年代,只要有一雙慧眼,我們都能看見太陽的東升西落,夜幕星辰的交替,這是怎麼回事?古人就說了,這是太陽等一眾兄弟再繞地球運行。
  • 從萬有引力到廣義相對論再到量子力學,宇宙的終極定律即將揭曉
    每當我們仰望星空時總是那麼深邃和充滿好奇,似乎我們就來自遙遠的那裡!人類探索宇宙過程中科學文明不斷發展遞進,每種理論都有其領域適用性,又都有局限性,從萬有引力到電磁場理論,從廣義相對論再到量子力學,宇宙的終極定律正在逐漸完善,等待在未來某天某個天才洩露天機!