网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

深层解读相对论与量子力学的“矛盾”,大统一理论何时出现?

0
分享至

在民间或者业务爱好者中间,有很多人热衷于拿相对论和量子力学做比较。我首先想说的是,其实相对论和量子力学属于完全不同类型的理论,从物理学范畴上分,相对论属于经典物理范畴,量子力学属于量子物理范畴。什么是经典物理学?经典物理学认为时空是连续的,一切事物的发展,一旦初始状态确定,原则上就可以从理论上预言它以后任何时刻的状态,即所谓的决定论。什么是量子物理学?量子物理学认为,时空是不连续的,是量子化的,物体的状态由波函数的概率描述,状态具有不确定性,也就是说即使物体初始状态知道了,从理论上根本就不能完全确定以后的状态,只能从概率上给出某些可能性,即所谓的非决定论。

然后再说说什么是相对论。相对论包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论在1905年建立完成,广义相对论在1915年建立完成。

麦克斯韦建立了麦克斯韦方程组,统一描述了一切电磁现象,这是一项伟大的成就 。学过电磁学的人都知道麦克斯韦方程组对一切惯性系都成立。这一点,比较爱思考的人便会发现,麦克斯韦方程组预言的电磁波对于一切惯性系来说,传播速度都是光速,然而这一点与伽利略变换有着不可调和的矛盾。伽利略变换认为,光速对于不同的参考系来说,必然是不同的。显然,这两者之间必然至少有一个是错误的。爱因斯坦经过思考,毅然放弃了伽利略变换,建立了狭义相对论。狭义相对论是种时空理论,其本质上颠覆牛顿时空观,牛顿时空观认为,时间和空间是完全独立的概念,时间和空间不互相影响,天生就是分开的,时间和空间分别都是绝对的,而狭义相对论认为时间和空间是一个整体,时空作为一个整体是绝对的,不能随便分解,如果需要分解,那么必须约定分解办法,最自然的分解办法就是基于某一个参考系进行分解,所以时空的分解是参考系依赖的,也就是说是相对于约定的那个参考系的,可见,时空作为一个整体是绝对的,然而分开的时间和空间是相对的,这便是狭义相对论的相对时空观(注意,作为一个整体,相对论认为时空是绝对的,与任何参考系无关,时间或者空间是相对的,业余人士往往在这点上有误解!)。

广义相对论是一种引力理论,牛顿万有引力定律也是引力理论中的一种。狭义相对论建立以后,爱因斯坦就着手把所有的力学理论都纳入相对论框架中(那时还没有成熟的量子理论,所以未考虑量子化问题),一切进展顺利,但是唯独牛顿的万有引力理论完全无法完成相对论改造。因此,爱因斯坦意识到,狭义相对论必然是不完善的,因为它无法将引力纳入它的框架中。经过一番非凡的研究之后,爱因斯坦毅然放弃了万有引力理论,建立了广义相对论用以代替万有引力理论(在此可以看到,广义相对论是一种引力理论)。广义相对论认为,引力并不存在,是物质引起了时空的弯曲(这里说的时空正是狭义相对论里说的那种时空,时空是一个整体,既不是时间,也不是空间,而是时空,这一点一定要清楚!),物质在弯曲的时空中运动,当我们在分开的时空观念(人们已经不自觉地以某个参考系比如地球进行了时空分解)中观察物体运动时,发觉物体表现出了受到引力的特征。总之一句话,物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动(这就是爱因斯坦场方程的通俗解释)。这就是广义相对论,将引力也纳入了相对论的框架中(广义相对论作为一种引力理论,就是认为根本没有引力,引力完全就是一种运动学效应)。

量子力学是基于量子理论的概念,研究粒子的相互作用,也就是力学问题。目前有量子电动力学和量子色动力学。量子电动力学是描述电磁相互作用的理论,后来统一了电磁相互作用和弱相互作用。量子色动力学是描述强相互作用的理论。两者目前已经相对成熟,预言实验结果的精确程度能够达到令人咋舌的地步!可以说是非常的成功。但是,量子力学中完全没有引力的影子,一切理论中都忽略引力相互作用。因此,量子力学缺失了引力理论。如何在量子框架下建立引力理论,成为了理论物理学家们的棘手问题。

先看现有的引力理论-广义相对论。显然,广义相对论不是量子化的理论,不是理论物理学家们所追求的完美引力理论。这一点,在黑洞和宇宙学问题上表现得尤为明显。广义相对论认为,黑洞形成后物质会继续塌缩,直到收缩为一个奇点,在这个点上时空弯曲无穷大,一切物理理论包括相对论都不再适用。广义相对论还认为,宇宙应该开始于一个奇点,继而不断膨胀成我们今现在的宇宙,同样,在在奇点上相对论也失效。霍金进一步以定理强力地证明了,只要广义相对论正确,那么宇宙中必然会存在奇点。这就是说,从相对论出发,最终却推导出了奇点,而且在奇点上相对论失效,因此可以肯定地说,广义相对论作为一种引力理论,在微观尺度上是错误的(注意,这不能否定其在宏观尺度上的成功)。

因此,寻找一个量子化的引力理论(量子引力理论)是不可避免的事情。在这点上有两种思路,第一种思路:既然广义相对论在宏观尺度上是如此成功,那么是否可以将广义相对论量子化,让它在微观尺度上也正确?这一思路的佼佼者便是著名的圈量子引力理论。第二种思路:既然量子场论(量子力学的场论描述)如此成功,能不能在统一场论框架下寻找一种引力理论?这种引力理论天生就是量子化的。这种思路的佼佼者便是著名的超弦理论(更准确地说是M理论)。然而遗憾的是,无论是圈量子引力还是超弦理论目前都存在巨大困难,离完美的量子引力理论还有距离。因此,可以说,到现在,还没有成熟的量子引力理论。这也是目前理论物理学家的主要目标之一。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
詹姆斯休战!布朗首秀22分76人大胜尼克斯 胡克波尔蒂重伤报销

詹姆斯休战!布朗首秀22分76人大胜尼克斯 胡克波尔蒂重伤报销

醉卧浮生
2026-10-06 09:28:50
调整!今晚中国男足直播表:CCTV5,CCTV5+不播,CCTV16节目单

调整!今晚中国男足直播表:CCTV5,CCTV5+不播,CCTV16节目单

阿嵀体育评论
2026-10-06 16:03:09
缅北电诈头目29岁明珍珍死刑前画面曝光:毫无悔意,面带笑容讲着“卧虎山庄”惨案细节

缅北电诈头目29岁明珍珍死刑前画面曝光:毫无悔意,面带笑容讲着“卧虎山庄”惨案细节

笔尖下的人生
2026-10-06 16:48:02
山西鹳雀楼超一半游客来自陕西,签名墙整面黢黑,换板速度赶不上签字速度,景区:已定制陕西专属签名墙

山西鹳雀楼超一半游客来自陕西,签名墙整面黢黑,换板速度赶不上签字速度,景区:已定制陕西专属签名墙

极目新闻
2026-10-06 16:10:12
逼迫空姐下跪事件继续升级!网友点名道姓:这个欧某某,恐要喝西北风了,涉事某泰集团不会给他好果子吃

逼迫空姐下跪事件继续升级!网友点名道姓:这个欧某某,恐要喝西北风了,涉事某泰集团不会给他好果子吃

火山詩话
2026-10-06 10:10:29
董事长已报警,东航空姐下跪事件再度升温!欧某某到底是谁

董事长已报警,东航空姐下跪事件再度升温!欧某某到底是谁

平老师666
2026-10-06 13:44:07
台湾媒体人谢寒冰点评蔡康永事件:他挺台独很多人都知道,但大陆愿意让它去

台湾媒体人谢寒冰点评蔡康永事件:他挺台独很多人都知道,但大陆愿意让它去

小徐讲八卦
2026-10-06 09:16:10
特朗普竞选集会现场签行政令:拿上来 我就在这里签

特朗普竞选集会现场签行政令:拿上来 我就在这里签

环球网资讯
2026-10-06 18:26:55
不可思议啊!网传江苏夫妻教数学物理五年收入340万,还清房贷车贷,目标300万躺平

不可思议啊!网传江苏夫妻教数学物理五年收入340万,还清房贷车贷,目标300万躺平

火山詩话
2026-10-06 07:37:59
武汉33岁宝妈曾负债百万,如今开社区团购店年销售额250万元,本人:不好吃全部退;顾客:品质信得过,从没踩雷

武汉33岁宝妈曾负债百万,如今开社区团购店年销售额250万元,本人:不好吃全部退;顾客:品质信得过,从没踩雷

大风新闻
2026-10-06 14:44:09
“闪屏重打”遭网友抨击,高芙向中国小将致歉:我不是小偷

“闪屏重打”遭网友抨击,高芙向中国小将致歉:我不是小偷

扬子晚报
2026-10-06 13:22:02
2026年养老金迎好消息,从1月重算补发,工龄40年能够补发多少?

2026年养老金迎好消息,从1月重算补发,工龄40年能够补发多少?

虎哥闲聊
2026-09-15 20:43:45
余承东回应苹果入局折叠屏:欢迎同行加入竞争,iPhone Duo发布后华为Pura X Max销量大增76%

余承东回应苹果入局折叠屏:欢迎同行加入竞争,iPhone Duo发布后华为Pura X Max销量大增76%

IT之家
2026-10-06 12:49:05
10月,财政部部长发布养老金消息,2026年养老金调整确定了吗?

10月,财政部部长发布养老金消息,2026年养老金调整确定了吗?

白昼说故事
2026-10-06 09:35:55
击球打中观众头部致其受伤,梅德韦杰夫:想当面道歉,我不想打中任何人,希望他平安无事;将遭200积分及20万美元奖金全部扣除历史性重罚

击球打中观众头部致其受伤,梅德韦杰夫:想当面道歉,我不想打中任何人,希望他平安无事;将遭200积分及20万美元奖金全部扣除历史性重罚

大风新闻
2026-10-06 12:40:12
U18亚洲杯:中国女篮惜败日本无缘直通四强 全队狂送21失误

U18亚洲杯:中国女篮惜败日本无缘直通四强 全队狂送21失误

醉卧浮生
2026-10-06 18:19:26
多个中亚国家加强与俄罗斯接壤边境检疫,应对疑似肺鼠疫风险

多个中亚国家加强与俄罗斯接壤边境检疫,应对疑似肺鼠疫风险

桂系007
2026-10-05 22:19:08
贵州女子五天爬完五岳,当事人:耗时最长的是华山,步数最多的是衡山,全程花费不超过四千元,但不建议盲目跟风

贵州女子五天爬完五岳,当事人:耗时最长的是华山,步数最多的是衡山,全程花费不超过四千元,但不建议盲目跟风

大风新闻
2026-10-06 17:00:15
电诈园区又杀回来了?几十天重建3大园区,幕后大佬竟是妙瓦底王

电诈园区又杀回来了?几十天重建3大园区,幕后大佬竟是妙瓦底王

蹲坑看世界
2026-10-06 12:59:35
残雪再次领跑,2026诺贝尔文学奖还有哪些可能

残雪再次领跑,2026诺贝尔文学奖还有哪些可能

界面新闻
2026-10-06 11:06:26
2026-10-06 19:28:49
宇宙时空 incentive-icons
宇宙时空
热衷于宇宙和时空探索
15064文章数 97358关注度
往期回顾 全部

头条要闻

美国名校"七人轮奸案"被告:当时醉了 无法同意性行为

头条要闻

美国名校"七人轮奸案"被告:当时醉了 无法同意性行为

体育要闻

30天30队·雄鹿:没有扬尼斯,重新试错吧

娱乐要闻

身家千万独居的王曼昱,私底下有多壕

财经要闻

杨植麟断腕:Kimi的至暗时刻与远征

科技要闻

物理学奖揭晓!一位天体物理科学家独享

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

教育
艺术
房产
公开课
军事航空

教育要闻

做一个真正“懂业务”的新校长

艺术要闻

米芾晚年的登峰造极之作,赵孟頫含泪写了800遍,乾隆:这是天下最美的字!

房产要闻

保利大爆发,冲到榜一!海南楼市前三季度,热销榜出炉!

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

也门政府军称收复红海港口城市穆哈

无障碍浏览 进入关怀版