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为什么说量子力学和相对论是矛盾的?

作者:淮南象牙塔
日期:2021-08-30 09:02:57
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严重冲突:

广义相对论和量子力学的最大冲突在于对四种基本作用力的描述上不能一致。量子力学认为力是由粒子的交换而来的,电磁力是由光子交换而来,弱力是由弱规范玻色子交换而来,强力是由胶子交换而来。而引力无法进行“量子化”。广义相对论认为引力就是空间弯曲而导致的。 但是却无法把其他三种力进行“几何化”。

广义相对论(General Relativity) 描写物质间引力相互作用的理论。

量子力学(Quantum Mechanics)是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。

扩展资料:

造成冲突的原因:

其根本在于两个理论的数学基础,物理意义和哲学思想都有着很大的分歧。

数学原因:广义相对论是无限可分的,是连续性的。量子论是不连续性的,有最小单位的。

物理原因:广义相对论是经典确定理论,由状态A可以推论出确定的,唯一的状态B。量子论是不确定性的,由状态A到状态B是不可预知的,是随机的过程。

哲学原因:广义相对论描述的世界是客观实在性的,宇宙与观测者严格区分开,在观测过程中观测者发现了世界。量子论描述的世界是主观能动性的,宇宙与观测者你中有我,我中有你,在观测过程中观测者改变和创造了世界。形象一点说,广义相对论描述的是一个美丽,庄严的“和谐”世界。量子论描述的是一个激情,奔放的“自由”世界。

参考资料来源:

百度百科--广义相对论

百度百科--量子力学



爱因斯坦最早注意到量子力学与相对论的不相容性。在1927年的第五届索尔维会议上,爱因斯坦对刚刚建立的量子力学理论表示了不满,他在反对意见中指出,如果量子力学是描述单次微观物理过程的理论,则量子力学将违反相对论。1935年,在论证量子力学不完备性的EPR文章中,爱因斯坦再一次揭示了量子力学的完备性同对论的定域性假设之间存在矛盾。在爱因斯坦看来,相对论无疑是正确的,而量子力学由于违反相对论必然是不正确的,或者至少是不完备的。1964年,在爱因斯坦的EPR论证的基础上,贝尔提出了著名的贝尔不等式,这一不等式进一步显示了相对论所要求的定域性与量子力学之间的深刻矛盾,并提供了利用实验来进行判决的可能性。根据贝尔的分析,如果量子力学是正确的,它必定是非定域的。利用贝尔不等式,人们进行了大量实验来检验量子力学的正确性,其中最有说服力的是阿斯派克特等人于1982年所做的实验,他们的实验结果证实了量子力学的预言,并显示了量子非定域性的客观存在。尽管量子非定域性的存在已经为实验所证实,然而,量子力学与相对论的不相容问题至今仍然没有得到满意的解决。根本原因在于,一方面,量子力学的理论基础仍没有坚实地建立起来,另一方面,量子力学所蕴含的非定域性又暗示了相对论的普适性将同样受到怀疑。
尺度
据说,只有当尺度小于普朗克尺度的时候,相对论和量子的效应才能够进行比较,那时候,或许相对论也会成为一种基于量子力学的科学。

相对论和量子论的最大的矛盾在于理论基础不同。广义相对论没有考虑不确定性原理,而量子论的理论基础却是不确定性原理。广义相对论的微观时空观是连续的,平滑的,但量子论因为理论基础是不确定性原理,所以微观时空观是不断起伏的,涨落的,又称为量子涨落。这两种微观时空观的不同决定了它们不相容。现在所有追求统一的理论几乎全是在追求解决两种时空观之间的不可调和的矛盾。超弦论就是其中之一,它是这样调和的。因为量子涨落只有在极小的尺度上才会出现,而超弦论解释物质的最基本组成(就是弦)远大于这个尺度,所以不会影响到物质,这样就可以认为空间是平滑的了,这样就调和了广义相对论和量子力学之间的矛盾。
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