為什麼相對論比量子力學更容易被人接受?

2020-11-26 刁博

相對論和量子力學是上個世紀物理學建立起的兩座科學大廈,物理學也就此從經典物理學跨入現代物理學。相對論給人類帶來了全新的時空觀,廣義相對論將引力進行了幾何化處理。量子力學的建立使人類認識到世界是不連續的,量子世界中的反常與人類的日常生活經驗總結完全不相符。

相對論和量子力學都是現代物理學的基礎,可是相比較而言學習量子力學的時候會更困難一些。費曼有一句名言「無人能懂量子力學」,而且他還對此非常確信。其實費曼在說這句話的時候還將相對論拿來和量子力學進行了比較,在費曼看來,任何一位物理系的畢業生都可以理解狹義相對論,但是世界上不會有人懂得量子力學。

狹義相對論比較簡單,並沒有涉及到複雜的計算,連高等數學都沒有用到。狹義相對論是建立在兩個基本假設基礎上的,由光速不變原理和相對性原理一步步地即可分析出狹義相對論的基本關係式。目前在中學生的物理課本上就有關於狹義相對論的介紹,也就是說很多中學生就可以理解狹義相對論。

廣義相對論涉及到非歐幾何,愛因斯坦本人為了建立廣義相對論專門學習了非歐幾何。廣義相對論要比狹義相對論難理解很多,不過廣義相對論並不像量子力學那樣是幾乎所有物理分支的基礎,只有理論物理、宇宙學、天體物理學等領域會以廣義相對論為基礎。

學習量子力學需要用到線性代數和微分方程、偏微分方程,沒有一定的高等數學基礎是不可能學好量子力學的。學習量子力學的時候很多人有一種感慨,就是在學習之前認為量子力學是多麼複雜,學起來之後發現並非是自己想像的那麼難學。而到了更高的高等量子力學階段,才會認識到包括之前所學的量子力學並非是那麼容易理解。到了更深的階段才會覺得自己對量子力學是一點也不懂。費曼建立了量子力學的路徑積分理論,他是量子力學的泰鬥級人物,可他斷言無人能懂量子力學。這就是因為費曼對量子力學的了解非常深入,他要認識的是量子力學為什麼是這個樣子?這樣高深的問題的確是無人能夠回答的。

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  • 相對論和量子力學有可能會被推翻麼?
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    從一開始,量子力學就一直以其難以理解的奇特之處讓人們驚嘆不已。為什麼一個粒子似乎同時通過兩個狹縫?為什麼我們只能談論概率的演變,而不是具體的預測呢?根據華沙大學和牛津大學的理論家的所說:量子世界最重要的特徵可能來自狹義相對論,而到目前為止,狹義相對論似乎與量子力學關係不大。
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    水火不容的相對論與量子力學大自然的四種基本力中,相對論統一了引力,量子力學統一了電磁力、弱核力、強核力。但物理學家試圖將引力也納入量子力學時,卻得到無窮大的災難性結果。相對論和量子力學為什麼會如此的水火不相容呢?廣義相對論的核心是光滑與彎曲的幾何結構,除了在超微尺度下,時空結構都很平坦,所以廣義相對論也能用的很好。然而,當來到超微觀尺度下時,量子力學的不確定性原理和廣義相對論引力的幾何模型變得水火不容。
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    從一開始,量子力學就一直以其難以理解的奇特之處讓人們驚嘆不已。為什麼一個粒子似乎同時通過兩個狹縫?為什麼我們只能談論概率的演變,而不是具體的預測呢?根據華沙大學和牛津大學的理論家的所說:量子世界最重要的特徵可能來自狹義相對論,而到目前為止,狹義相對論似乎與量子力學關係不大。自從量子力學和相對論問世以來,物理學家們就因為這些概念的不相容,而不舍晝夜的思索。
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  • 打倒相對論和量子力學的曲昭偉能讓科學步入正軌嗎?
    曲昭偉是吉林大學交通學院的教授,他成為網紅教授主要是因為他持續不斷地在網絡上吆喝潘建偉搞的量子通信是騙局,潘建偉是騙子。攻擊潘建偉是他的手段,其真正目的是想以這種方式引起關注後宣揚他的大論。在他的眼裡,相對論、量子力學統統都錯了,光也不是電磁波,真正的科學真理掌握在他手裡。
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    不過,我們要注意的是,量子力學和相對論有個截然不同的特點,量子力學描述的是微觀世界的物理學現象,而相對論則描述的是大尺度上的物理學現象(尤其是引力大,速度快),而且兩者都可以在宏觀低速下兼容的牛頓力學,同時在各自的尺度內奇準無比。
  • 廣義相對論量子力學可統一了?
    本文轉自中國科學網-科技日報科技日報北京1月25日電 (記者徐玢)有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學25日,中國科學院院士、中國科學院大學副校長吳嶽良在中科院理論物理所舉行的前沿科學論壇上,提出引力量子場論。該理論打破以彎曲時空幾何為基礎的廣義相對論的局限,將廣義相對論與量子力學統一起來。相關成果發表在近日出版的國際期刊《物理評論》上。此前量子場論的建立,使狹義相對論與量子力學成功統一。但廣義相對論與量子力學的統一至今仍是理論物理界的研究熱點。
  • 假如牛頓穿越到現在,他能看懂相對論和量子力學嗎?
    現在有些人覺得學習這些理論很簡單,便開始質疑牛頓的偉大,殊不知牛頓的偉大不在於理論的高深,而在於他的開創性。想像一下,牛頓穿越到了現在,他能看得懂相對論和量子力學嗎?牛頓提出的物理學定理為人類探索宇宙做出了巨大的貢獻。
  • 量子引力理論:物理界的聖杯,量子力學、廣義相對論的結合者
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  • 相對論、量子力學和自組織理論完美揭示了宇宙創生和發展的秘密
    我們又有疑問,宇宙創生之前的奇點為什麼會大爆炸,產生現在浩瀚無垠的時空呢?>是什麼樣的一個狀態,但是相對論並沒有告訴我們宇宙是如何創生的。量子力學有一個原理:測不準原理。就是說任何物質的參數都不可能準確測量。
  • 被稱為「大一統」的超弦理論是憑什麼擊敗相對論和量子力學的?
    在過去的時間裡,我們已經能用量子力學和廣義相對論預言很多物理方面的事情。從微小的原子、分子領域到廣袤的星系、星系團,我們都能用這兩種理論工具言之一二,這也確實是很了不起的。不過隨著時間轉到21世紀,越來越多的實驗證明了,無論是量子力學還是廣義相對論都沒能達到最深層的認識。在物理領域,我們使用的理論一般也只有一種:要麼是量子力學,要麼是廣義相對論。當然也有例外的情況——黑洞的奇點,也只有這種極其特殊的環境下才可能同時用到兩種理論。
  • 引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學
    有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學?有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力?
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    假若歷史上沒有牛頓這個人,今天的這個問題可能就會換成「如果胡克(和牛頓同時代的科學家,獨立發現了萬有引力與距離的平方成反比)還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?」假若把牛頓在今天這個時代裡,上帝不會因為他是牛頓就給他更多的機遇,牛頓和其他理論物理學家在統一廣義相對論和量子力學面前基本上處在同等的位置。