首页 > 烧脑物数 > 正文

我们都知道,相对论和量子力学是现代物理学大厦的两大基石,一个统治着宏观世界,另一个统治着微观世界。

但是,直到目前,相对论和量子力学都没能很好地统一,不过两者也并非“格格不入”,没有那么夸张。相对论分为广义相对论和狭义相对论,之所以我们说“相对论和量子力学”没有统一,主要指的是“广义相对论与量子力学没有统一”,而狭义相对论与量子力学其实并没有什么矛盾。

下面来具体看一下量子力学的前世今生,看看它与相对论到底有什么不协调的地方。

爱因斯坦成功解释了光电效应,并因此获得了诺贝尔物理学奖。他认为光是一种粒子,并把导致光电效应的光子称为“光量子”。

什么是光电效应?简单讲,就是把一束光照射在金属上,会导致金属内部电子摆脱原子核束缚,从而形成电流。每个光量子的能量等于光频率与普朗克常数的乘积。

其实在爱因斯坦之前,量子的概念早就被提出过,但当时并没有引起足够重视,而爱因斯坦提出光电效应原理之后,普朗克的理论得以重启,从而开启了量子力学的大门。

之后,爱因斯坦等人不断推动着量子力学的发展。最著名的当属“EPR佯谬”,由三位科学家提出,分别是爱因斯坦,波多尔斯基,罗森,以他们三位名字的首字母命名。

该佯谬提出目的主要是为了质疑量子力学的不完备性,也是爱因斯坦与“哥本哈根学派”(波尔为首的几位科学家)争辩的核心。

爱因斯坦等科学家认为世界是可认知的,可描述的,也是确定的,他极其反对哥本哈根诠释中的概率描述和随机性。认为所谓的“概率和随机”只是人们还没有发现量子力学的某些“隐变量”,并不是真的随机。

大自然不可能有两套物理法则,但相对论和量子力学为何格格不入?

爱因斯坦认为世界一定可以用某种客观规律来准确描述,所以他会说“上帝不会掷骰子”。

爱因斯坦的这种“确定论”也得到了不少科学家的支持,比如说薛定谔和贝尔。

为了质疑并讽刺波尔为首的哥本哈根学派的疯狂理论,薛定谔提出了著名实验“薛定谔的猫”(之前讲过很多次,这里不再详述),并提出了薛定谔波动方程。

但颇有讽刺意味的是,这个方程不但没能成功干掉对手,反而“无心插柳”,让波函数坍缩成为量子力学的一个核心理论,也是量子力学的基石。

相似的还有贝尔不等式,原本是贝尔设计的一个实验,目的是为了证明量子力学隐藏的“隐变量”。简单讲,如果贝尔不等式成立,则爱因斯坦胜出,如果不成立,那么波尔就胜出。

但是在随后的几十年时间里,贝尔不等式被证明都不成立,这也是为什么波尔为首的哥本哈根学派被主流科学界认可。

不过,不管怎么说,爱因斯坦并没有像某些人所说的“反对量子力学”,他也是量子力学的鼻祖之一,他反对的只不过是哥本哈根学派的“不确定性”。

总的来说,以上量子力学的一些诡异现象通常都只是出现在微观世界,在宏观世界是不存在的。

但是我们也知道,宏观物质都是由微观粒子组成的,按道理讲,宏观和微观世界应该有一套统一的理论来诠释,而不是两套显得“格格不入”的理论来诠释。

问题的本质就在四大基本作用力上:强力,弱力,电磁力和引力。

宏观世界的运动由引力和电磁力来支配着,而微观世界由弱力和强力支配着。

那么,有没有统一的理论能很好地诠释四种基本作用力呢?这就是科学家追求的大统一理论,统一四种基本作用力,只要能够统一,意味着相对论和量子力学也能统一起来。

如今弱力和电磁力已经完成了统一,强力的统一也近在眼前,唯独引力被排除在外。

标准粒子模型很好地诠释了强力,弱力和电磁力,但唯独引力好像是个另类。科学家们假想中的“引力子”一直都没有被找到。

大自然不可能有两套物理法则,但相对论和量子力学为何格格不入?

目前来看,走在前沿的理论弦理论,被认为是最有可能的大统一理论,认为万事万物都由最基本的会振动的弦组成的,弦振动形式的不同构成了不同的基本粒子。不过弦理论缺乏实验证据的支撑,目前很难得到主流科学界的认可,科学是非常严谨的,必须有严格的具有说服力的证据才能得到广泛认可。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7076218889822093863

本站文章部分来自于互联网,已注明出处。 未注明原文出处皆为原创文章,转载同样请注明出处并添加链接。

猜你喜欢
发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

评论信息
picture loss