廣義相對論和量子力學到底有多矛盾,我們有沒有可能將二者統一?

2020-12-05 科學信仰

要說物理學體系的建立,還要從牛頓發現萬有引力開始。牛頓發現萬有引力奠定了近代物理學的基礎,牛頓用引力描述了世界的規律以及宇宙的運行。牛頓首次解釋了地球之所以能夠圍繞太陽運動就是因為太陽擁有強大的引力。此後,在此基礎上,近代物理學進入了蓬勃發展的階段。然而,牛頓的理論並不完善,他雖然說明了引力的作用,但是卻無法解釋引力從何而來,引力的本質到底是什麼?這個問題困擾了無數的科學家很多年,直到一位可以稱之為天才的科學家出現了,這個偉大的科學家就是我們耳熟能詳的愛因斯坦。

愛因斯坦的最大貢獻在於廣義相對論,不論你是否明白廣義相對論到底講的什麼,當相信你一定都聽過這個名詞。那麼廣義相對論到底講了什麼呢?接著上面的問題來說,廣義相對論完美的回答了「引力到底是什麼」這個問題。通俗一點來件個,以前我們認為宇宙就是一個真空的空間,而事實上並非如此,宇宙並不是空的,而是在整個宇宙空間之中布滿了一張看不見的大網。而這張大網就是引力產生的原因。舉例來講,當我們把一個球體放在這張大網之上,大網便會以球體為中心產生凹陷,而在凹陷點附近的區域就會發生彎曲。

而其他的物體就會因為這種彎曲而開始運動,比如滑向凹陷處。這就是引力的本質。引力的本質就是時空的彎曲。是物體的質量造成了時空的彎曲,而時空的彎曲又引導了其他物體的運動。廣義相對論絕不是一個科學猜想,而是經過無數的計算得到驗證的科學理論,是現代物理學的兩大支柱之一。既然是兩大支柱,另一個是誰呢?就是量子力學,和廣義相對論一樣,量子力學也是我們所耳熟能詳的名詞,雖然大多數人都不知道量子力學說的是什麼意思,其實這是很正常的,因為要理解量子力學比理解廣義相對論要難得多。

簡單一點來講,量子力學的核心在於宇宙空間是劇烈漲落的。就好像一個大魚缸之中有一條活躍的小魚,小魚會四處遊動。而如果我們將魚缸的尺寸縮小,小魚的遊動就會更加難以預測,當魚缸小到一定的程度,小魚就會四處亂竄,運動速度也會加快。量子力學說的就是空間越小,量子漲落就會越劇烈,引力也會隨量子漲落而波蕩起伏。而這就是量子力學和廣義相對論的矛盾之處,廣義相對論認為時空會發生彎曲,但卻是穩定平滑的,而量子力學則認為空間是劇烈漲落的。二者並沒有誰對誰錯,因為在所有的地方進行驗證,二者都是正確無誤的。

唯有在微觀尺度上,量子力學和廣義相對論會發生劇烈的矛盾。所以將二者統一而造就出一種大一統的理論就顯得尤為重要了,無數的科學家也在致力於此。而就目前來看,最有可能將二者合二為一的理論就是弦理論了,弦理論很好的化解了量子力學和廣義相對論之間的矛盾,可以說是一種描述宇宙規律的完美理論,而唯一的問題在於弦理論目前無法得到驗證,所以只是一種科學猜想。你認為未來弦理論是否會作為一種完美理論得到驗證呢?你對於廣義相對論和量子力學有著怎樣自己的看法呢?分享出來吧。

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  • 相對論和量子力學的主要矛盾是什麼?
    相對論和量子力學相互矛盾這件事其實是還沒有定論,或者說,如果從純粹理論的角度上看,目前它們是有一部分融合了,有一部分科學家還在試圖用各種辦法把它們融合到一起,因此,現在就下定論說,兩者是相互矛盾的說法是不太合適的。那具體是咋回事呢?我們要先從兩個理論描述了什麼來進行入手。
  • 廣義相對論與量子力學的終極矛盾——黑洞奇點
    在尺度上它屬於微觀,然而它卻讓不確定性失效了……因此如果按照量子力學,奇點是不可能存在的,也就是量子力學不允許奇點存在,就像不允許絕對零度存在一樣。然而按照廣義相對論,奇點必然存在!那我們究竟信誰的???
  • 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
  • 量子力學和廣義相對論相互矛盾,它們能調和統一嗎?
    例如,粒子可以是波,量子力學的不確定性原理告訴我們,我們無法真正判斷粒子在哪裡,或者它移動的速度有多快。這讓我們深感不安,因為我們無法真正判斷粒子在哪裡或正在做什麼。但愛因斯坦沒有,對於一位致力於定義宇宙工作方式的物理學家,他用廣義相對論做到了這一點。現在不必深感不安。
  • 為什麼量子力學和相對論有矛盾?超弦理論或將統一物理學
    牛頓力學在過去兩百年內穩穩地統治著物理學。這種情況直到20世紀才被打破,牛頓力學遲遲解決不了黑體輻射和光速不變這兩朵物理學天空中的烏雲,這兩大問題的解決也分別催生了量子力學和相對論。相對論和量子力學都可以說是人類智慧的結晶,它們都經過了最嚴格的實驗驗證,都是當前最成功的理論。 但是量子力學和相對論卻有著難以調和的矛盾,愛因斯坦晚年為了解決這個矛盾曾一度致力於勾畫大統一理論,然而事違人願,愛因斯坦直到去世都沒有解決這個問題。大家知道,牛頓力學在宏觀低速的世界裡很適用。
  • 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?
  • 統一與自洽,無勞無功?廣義相對論與量子力學的未來在哪?
    提問:廣義相對論與量子力學是否需要統一呢?回答:廣義相對論與量子力學兩者皆是描述自然的。我們希望有一種對於自然的描述,它是能夠自圓其說的。這就是統一的含義:一個能自洽的理論。從實際的角度來看,這樣的統一或許是沒必要的。量子場論只在彎曲的空間背景才能被較好的運用。
  • 如果牛頓還活著,他能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    如果牛頓能夠穿越到今天,以他的興趣愛好及性格特點,他也許仍然會選擇做一名物理學家,不過他在莘莘物理學家中很可能不再出人頭地。最偉大並不意味著他是萬能的,牛頓也有沒有成功解決的問題。愛因斯坦是能夠和牛頓齊名的偉大物理學家,晚年的愛因斯坦致力於統一幾種相互作用,但是沒有完成。在他之後,幾位物理學家完成了部分統一。
  • 【科技日報】引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學---中國科學院
    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?1月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。
  • 在未來,廣義相對論和量子力學有可能統一嗎?科學家是這樣看的
    廣義相對論和量子力學不可調和我們要想真正理解黑洞、時間的起源和空間的本質,需要在某種程度上結合廣義相對論和量子力學的理論,但是,這兩個理論在本質上似乎是不可調和的。科學家們始終相信,在未來的某一天,現代物理學的兩大支柱——廣義相對論和量子力學一定會交融到一起。目前,廣義相對論和量子力學都分別取得了偉大的成就,但是它們看起來卻不可調和。
  • 當代理論物理學最艱巨的任務——將廣義相對論與量子力學完全統一
    在物理學上,有一個怪象。當人們探究宏觀世界的奧秘時,只要使用廣義相對論就足夠了;而當人們探究微觀世界的奧秘時,只需要量子力學就可以了。這兩個理論在各自的領域就如同兩把萬能鑰匙,無論多麼複雜的鎖都能打開。
  • 弦理論真的能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    在愛因斯坦撰寫的《相對論的意義》(The Meaning of Relativity)重印版本的前言中,弦理論物理學家布賴恩格林寫道,超弦理論成功地結合了廣義相對論和量子力學。除此之外,它也有能力平等的包含電磁力、弱相互作用力和強相互作用力。
  • 為什麼廣義相對論與量子力學無法統一?愛因斯坦自己也無法做到
    如果你用一個量子粒子做相同的實驗,你會發現這個傳統的軌道不是唯一的可能結果,是小於100%的一種可能。很奇怪,有一種限定的可能那就是量子粒子將會穿過桌子到另一邊,穿過屏障就像沒有任何障礙物。(圖源:維基共享用戶MICHAELMAGGS和RICHARD BARTZ) 如果我們生活在一個完全古典的、非量子宇宙中,理解事物將會很容易。
  • 這個新方程可以統一廣義相對論與量子力學
    R(Rosen)和P(Podolsky)則是另外兩位物理學家的首寫字母,他們與愛因斯坦在1935年共同發表了兩篇非常有意思的論文。這個公式迷人之處在於,它連接了愛因斯坦的廣義相對論和量子力學。我們知道,量子力學和廣義相對論在各自領域出色的描述著我們生活的世界,它們也預言過許多聽起來有違常識的概念。
  • 將量子力學和相對論結合會發生什麼?黑洞中兩種理論巨大的矛盾!
    在牛頓建立的經典物理學大廈遭受到打擊之後,拔地而起兩座目前最讓人著迷的兩座新大廈,一個是廣義相對論,另一個是量子力學。這兩個領域基本瓜分了它們現世之後的物理學諾貝爾獎,它們一個用來研究超越一般大小的巨大天體,一個被用來十分微小的粒子。
  • 量子力學和廣義相對論的時空背景有何不同?
    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。廣義相對論廣義相對論,沿用了愛因斯坦大學時的數學老師閔可夫斯基(Hermann Minkowski)將空間、時間統一為四維流形的方法。同樣,空間、時間是作為一種獨立的背景框架加入到理論中的。
  • 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?
    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。
  • 在JT引力中成功實現:統一量子力學和廣義相對論!
    科學家們一直試圖想出一個方程式來統一宇宙微觀和宏觀的定律:即統一量子力學和廣義相對論!現在我們又向前邁進了一步,新研究證明了這種統一在JT引力中能成功實現。在一維域的簡化玩具模型中,揭示了全息原理,即信息是如何存儲在另一個維度的邊界上。宇宙是如何開始的?研究最小事物的量子力學與廣義相對論研究的宏觀宇宙有什麼關係?
  • 在JT引力中成功實現:統一量子力學和廣義相對論!
    文章來自:博科園官網科學家們一直試圖想出一個方程式來統一宇宙微觀和宏觀的定律:即統一量子力學和廣義相對論!現在我們又向前邁進了一步,新研究證明了這種統一在JT引力中能成功實現。在一維域的簡化玩具模型中,揭示了全息原理,即信息是如何存儲在另一個維度的邊界上。宇宙是如何開始的?
  • 量子糾纏和相對論真的是矛盾的嗎?
    愛因斯坦創立的相對論認為物體的運動速度不可能超過光速,光速是宇宙中一切運動的最高速度。但是,量子力學中的粒子糾纏現象具有超光速特點,似乎和相對論是矛盾的。科學史上最不可思議的就是量子力學理論預測的「量子糾纏」。量子糾纏是從量子力學的方程式中得出來的,然後經過試驗證實。