牛顿力学和量子力学相互矛盾么?

科学的范式

很多人总是会天然地认为新理论的出现，会颠覆原来的理论。具体来说，就有很多人会认为爱因斯坦的理论打败（否定）了牛顿的理论。

如果真的是这样，那么现在初高中生，甚至是包括大学本科生都在学习牛顿力学就说不过去了。哪有明明知道是错误的理论还教，这学校也太不负责任了吧。因此，绝不是谁的理论否定的谁这么简单。

其实只要是主流科学理论，它们比拼的并不是“对和错”，而是“谁更具有普适性”，“误差更小”。

就拿牛顿理论来说，这个理论是300年前，牛顿提出来的，这个理论的提出，标志着近代科学的发展。科学家开始可以仅仅依靠笔和纸就做出许多精准的预言，比如：牛顿的小迷弟哈雷，就用牛顿的理论预言了哈雷彗星的周期。

后来，数学家们也仅仅依靠纸和笔就成功的预言了海王星的存在以及位置，然后天文学家用望远镜一观测，结果真的是理论和观测高度吻合。

甚至到现在，很多科学家都在利用牛顿力学来解决航天的问题，很多探测器经过几年的飞行到达预定地点时，误差也仅仅是几秒钟而已。

你可以这样认为，否定牛顿力学，某种程度上就要否定人类自己的观测结果，毕竟两者是高度吻合。

但由于科学的发展和人类观测技术是息息相关的。在牛顿的时代，人类的观测技术比较简陋，只能看到宏观低速下的物理学现象。因此，牛顿是在这个基础上提出了牛顿力学。这个理论很好地解释了宏观低速下的物理学世界。

量子力学、相对论与牛顿力学

随着观测技术的发展，当科学家可以看到更大的尺度，或者更小的尺度时，就会用已有的理论去适配。比如，在引力特别大（离太阳比较的地方）或者速度特别快（接近于光速）时，科学家就发现，牛顿力学不好用了，误差变得特别大。

同样的，当科学家可以观测到很小的尺度时，比如：小于原子的尺度，这时候的一些物理现象也没有办法用牛顿力学来解释了。

这时候，我们就需要新理论，现在我们知道在小尺度上是量子力学弥补了这个尺度上的问题，相对论能解释大尺度上的物理现象。

但是，我们也发现，在更大的尺度上和更小的尺度上，量子力学和相对论也出现了没办法解释的问题，这得等到未来观测技术发展，让我们可以轻易地得到这些尺度下的物理学现象，科学家就有可能再提出新理论来补充。

但无论如何，纵观整个科学理论的发展，你会发现，量子力学、相对论和牛顿力学，也就是新的理论和旧的理论之间的关系并不是谁对谁错。而应该是，新理论要兼容旧理论。

量子力学和相对论之所以能够被科学家们所接受，首先是它们能够解释得了宏观低速下的世界（也就是牛顿力学之前描述的世界），并且准确度不能低于牛顿力学。

实际上，也确实如此，同样是运动学和引力的相关问题，相对论的描述得到的结果精度要比牛顿力学更高，但是在宏观世界下，这个精度也仅仅在小数点后15位左右才能体现出来。而量子力学也同样适用于宏观低速的世界，精准度也要高于牛顿力学，同样的这个差距也仅仅是在小数点后十几位才体现得出来。

因此，从这个角度上看，牛顿力学，量子力学，相对论其实都是坚实科学理论，后两者在宏观低速下的世界中兼容了牛顿力学。

除此之外，量子力学和狭义相对论还是实现了“联姻”，也就是量子场论。

至于量子力学和广义相对论，科学家目前还没有找到如何将两者统一起来的方法，但这并不意味着不可以实现统一，实际上，科学家依然在试图寻找统一两者的办法，或许在未来就可以做到。

所以，从这些角度上看，我们就会发现，各个理论之间的关系是可以相互兼容和统一的，而不是割裂的，相互否定的。

量子力学的观念

那量子力学和经典物理有没有什么不同呢？

实际上，也确实有，这个不同来自于世界观的不同，或者我们说是观念的不同，这起于普朗克提出“量子”概念时带来的变化。

在经典物理学的世界观下，这个世界的变化是连续的，意思是你从1楼坐电梯到5楼，整个过程是均匀的上去，这中间不存在最小的变化单位。

但在量子力学的世界观下，这个世界的变化是非连续的。意思是说，存在最小的变化单位，你每一次变化都是这个最小单位的整数倍。

因此，在量子力学当中有个普朗克时间和普朗克距离的概念，这就是时间变化的最小单位和距离变化的最小单位。

也就是说，如果你坐电梯上楼，你上升的变化至少是普朗克长度的整数倍，不可能出现小于普朗克长度的变化，所以，你不是连续上升的，而是以普朗克长度的整数倍在提升高度。

因此，量子力学和牛顿力学最大的区别就在于观念上，量子力学认为变化是不连续的，而牛顿力学认为变化是连续的。