什么可以解决相对论和量子力学之间的矛盾

2021-01-14 14:24:21 字数 5097 阅读 3778

1楼:木沉

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。

量子力学和相对论存在怎样的矛盾?支持哪个?

2楼:匿名用户

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相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。

量子力学与相对论的矛盾

3楼:吴越之梦

嗯,质能方程确实是遵守的,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。

有什么不明白的还可以接着问,这是最通俗的解释,如果需要更加专业的解释可以继续问我。

4楼:匿名用户

你真的那么快就断定量子力学与相对论矛盾啦?或许这只不过是表观上的不统一~我认为终有一天这两个理论会统一起来的

5楼:甘駿暉

相对论性的量子力学早在1928年就由dirac构造出来了.

所以你的问题是不存在的.

p.s.

现存的问题是引力理论无法重整化, 所以不是自洽的场论. 所以量子力学跟相对论的关系不是你想像中这麼简单的.

6楼:匿名用户

质能方程遵守的,量子力学与广义相对论主要是在非定域与定域问题上的矛盾

广义相对论和量子力学的矛盾在哪

7楼:demon陌

广义相对论和量子理论在各自的领域内都经受了无数的实验检验,迄今为止,还没有任何确切的实验观测与这两者之一矛盾。有段时候,人们甚至认为生在这么一个理论超前于实验的时代对于理论物理学家来说是一种不幸。

如今理论物理学依然充满了挑战,但是与 newton 和 einstein 时**论与实验的 “亲密接触” 相比,今天理论物理的挑战和发展更多地是来自于理论自身的要求,来自于物理学追求统一,追求完美的不懈努力。

量子引力理论就是一个很好的例子。虽然量子引力理论的主要进展大都是在最近这十几年取得的,但是引力量子化的想法早在 1930 年就已经由 l. rosenfeld 提出了。

从某种意义上讲,在今天大多数的研究中量子理论与其说是一种具体的理论,不如说是一种理论框架,一种对具体的理论 ,比如描述某种相互作用的场论,进行量子化的理论框架。

广义相对论作为一种描述引力相互作用的场论,在量子理论发展早期是除电磁场理论外唯一的基本相互作用场论。把它纳入量子理论的框架因此就成为继量子电动力学后一种很自然的想法。

但是引力量子化的道路却远比电磁场量子化来得艰辛。在经历了几代物理学家的努力却未获得实质性的进展后人们有理由重新审视追寻量子引力的理由。

扩展资料:

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。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

在量子力学中,一个物理体系的状态由波函数表示,波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。对应于代表该量的算符对其波函数的作用;波函数的模平方代表作为其变量的物理量出现的几率密度。

量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。

量子力学是描写原子和亚原子尺度的物理学理论 。该理论形成于20世纪初期,彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点a通过一条单一路径到达点b 。

根据量子理论,粒子的行为常常像波,用于描述粒子行为的“波函数”**一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性。物理学中有些怪异的概念,诸如纠缠和不确定性原理,就源于量子力学 。

广义相对论:是一种关于万有引力本质的理论。爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架,几经失败后,他终于认识到,狭义相对论容纳不了万有引力定律。

于是,他将狭义相对性原理推广到广义相对性,又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理,建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。

狭义相对论与广义相对论:狭义相对论只适用于惯性系,它的时空背景是平直的四维时空,而广义相对论则适用于包括非惯性系在内的一切参考系,它的时空背景是弯曲的黎曼时空。

等效原理:分为弱等效原理和强等效原理,弱等效原理认为惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。强等效原理认为,则将“动力学效应”提升到“任何物理效应”。

要强调,等效原理仅对局部惯性系成立,对非局部惯性系等效原理不一定成立。

广义相对性原理:物理定律的形式在一切参考系都是不变的。该定理是狭义相对性原理的推广。

在狭义相对论中,如果我们尝试去定义惯性系,会出现死循环:一般地,不受外力的物体,在其保持静止或匀速直线运动状态不变的坐标系是惯性系。

当物体保持静止或匀速直线运动状态不变时,物体不受外力。很明显,逻辑出现了难以消除的死循环。这说明对于惯性系,人们无法给出严格定义,这不能不说是狭义相对论的严重缺憾。

为了解决这个问题,爱因斯坦直接将惯性系的概念从相对论中剔除,用“任何参考系”代替了原来狭义相对性原理中“惯性系”。

8楼:残疾人阿君

量子力学是研究微观世界的粒子运动规律,而广义相对论是研究宏观世界的物质运动规律,量子力学从微观粒子的运动对宏观世界产生的变化和广义相对论有冲突不兼容…到底是广义相对论是对的,还是量子力学是对的.目前还不确定…相信随着研究的发展会找出两者的统一答案…

9楼:小阿君

广义相对论是研究我们宏观世界的物质运动规律,量子力学是研究微观世界的粒子运动规律,而我们的宏观世界和微观世界是紧密相连的,所以它两的研究得出来的结果不兼容,目前不知道它两哪一个是真正宇宙真相,

10楼:匿名用户

如果说广义相对论是现代物理学的两大支柱之一,那么量子理论作为我们借此了解基本粒子以及凝聚态物理的基础理论就是现代物理的另一支柱。然而,如何将量子理论中的概念应用到广义相对论的框架中仍然是一个未能解决的问题。弯曲时空中的量子场论作为现代物理中粒子物理学的基础,通常意义上的量子场论是建立在平直的闵可夫斯基时空中的,这对于处在像地球这样的弱引力场中的微观粒子的描述而言是一个非常好的近似。

而在某些情形中,引力场的强度足以影响到其中的量子化的物质但不足以要求引力场本身也被量子化,为此物理学家发展了弯曲时空中的量子场论。这些理论借助于经典的广义相对论来描述弯曲的背景时空,并定义了广义化的弯曲时空中的量子场理论。通过这种理论,可以证明黑洞也在通过黑体辐射释放出粒子,这即是霍金辐射,并有可能通过这种机制导致黑洞最终蒸发。

如前文所述,霍金辐射在黑洞热力学的研究中起到了关键作用。量子引力物质的量子化描述和时空的几何化描述之间彼此不具有相容性,以及广义相对论中时空曲率无限大(意味着其结构成为微观尺度)的奇点的出现,这些都要求着一个完整的量子引力理论的建立。这个理论需要能够对黑洞内部以及极早期宇宙的情形做出充分的描述,而其中的引力和相关的时空几何需要用量子化的语言来叙述。

尽管物理学家为此做出了很多努力,并有多个有潜质的候选理论已经发展起来,至今人类还没能得到一个称得上完整并自洽的量子引力理论。量子场论作为粒子物理的基础已经能够描述除引力外的其余三种基本相互作用,但试图将引力概括到量子场论的框架中的尝试却遇到了严重的问题。在低能区域这种尝试取得了成功,其结果是一个可被接受的引力的有效(量子)场理论,但在高能区域得到的模型是发散的(不可重整化)。

试图克服这些限制的尝试性理论之一是弦论,在这种量子理论中研究的最基本单位不再是点状粒子,而是一维的弦。弦论有可能成为能够描述所有粒子和包括引力在内的基本相互作用的大统一理论,其代价是导致了在三维空间的基础上生成六维的额外维度等反常特性。在所谓第二次超弦理论革新中,人们猜测超弦理论,以及广义相对论与超对称的统一即所谓超引力,能够构成一个猜想的十一维模型的一部分,这种模型叫做m理论,它被认为能够建立一个具有唯一性定义且自洽的量子引力理论。

另外一种尝试来自于量子理论中的正则量子化方法。应用广义相对论的初值形式(参见上文演化方程一节),其结果是惠勒-得卫特方程(其作用类似于薛定谔方程)。虽然这个方程在一般情形下定义并不完备,但在所谓阿西特卡变量的引入下,从这个方程能够得到一个很有前途的模型:

圈量子引力。在这个理论中空间是一种被称作自旋网络的网状结构,并在离散的时间中演化。取决于广义相对论和量子理论中的哪些性质可以被接受保留,并在什么能量量级上需要引入变化,对量子引力的尝试理论还有很多,例如动力三角剖分、因果组合、扭量理论以及基于路径积分的量子宇宙学模型。

所有这些尝试性候选理论都仍有形式上和概念上的主要问题需要解决,而且它们都在面临一个共同的问题,即至今还没有办法从实验上验证量子引力理论的预言,进而无法通过多个理论之间某些预言的不同来判别其正确性。在这个意义上,量子引力的实验观测还需要寄希望于未来的宇宙学观测以及相关的粒子物理实验逐渐成为可能。

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