相对论与量子力学因为引力而无法相融,难道爱因斯坦真的错了?
大家好,欢迎收看量子科普第135期,今天和大家聊一聊相对论与量子力学相对论与量子力学并称为现代物理学的两大支柱,相对论是20世纪初著名物理学家爱因斯坦创立的,相对论是对于经典力学在宏观高速世界及其他领域的发展与补充,所以相对论与经典力学一样,都是用来解释宏观世界的,量子力学同样创立于20世纪初,很巧合的是:作为相对论创立者的爱因斯坦也是量子力学的奠基人之一,量子力学是用来解释原子及亚原子领域的,我们也可以将其概括为微观世界,相对论解释宏观世界,量子力学解释微观世界,所以我们称两者是现代物理学的两大支柱,但是随着后来科学的不断发展,物理学家们渐渐发展了一个很尴尬的问题:作为两大支柱的相对论与量子力学在某些问题上竟然无法相融,甚至相互矛盾、尖锐对立。
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相对论与量子力学的尖锐对立主要来源于引力的问题,引力这个名词对于大家来说并不陌生,指的是具有质量的物体加速靠近的趋势,引力是自然界中最普遍的力,在牛顿发现引力的时代,牛顿不相信万物之间的引力是一种超距作用,于是牛顿在引力系统中加入了“以太”这种介质,将以太视为引力传播的介质,不过后来以太的观点被爱因斯坦所推翻。
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爱因斯坦创建的相对论认为:引力的产生并不是因为超距作用,也不是因为虚无缥缈的以太,而是由于物体的质量导致了空间与时间的弯曲,即弯曲时空,正是这种时空弯曲的现象导致了万有引力的产生,爱因斯坦使用三维的观点创造性的解释了万有引力,而且弯曲时空很好的解释了水星近日点运动中一直无法解释的43秒的问题,这在当时引起了不小的轰动。
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量子力学则认为万有引力的传播是因为“引力子”的交换,引力子与光子概念的相似,光子是电磁波能量的传递者,而引力子是引力能量的传播者,如果将万有引力量子化,那么万有引力由引力能量构成,引力能量是一段、一段传播的,引力子则是搭载引力能量的最小单位。为何相对论与量子力学会对于引力问题产生如此大的分歧呢?
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主要原因还是在两门物理学分支建立的基础是不一样的,相对论是对于经典力学的发展与补充,但本质上还是“经典的”,创立基础还是源于绝对论,即时空是连续不断的,万物都是由规律支配的,而量子力学创立的基础是微观粒子的不确定性、将万物都量子化,即万物并非是连续不断的,万物都是由一段、一段的最小单位构成的,这个最小单位就是量子,不单单物质、能量可以量子化,时间、空间、自旋等物理量都是可以量子化,于是诞生了最小的能量单位、最小的长度单位、最小的时间单位等等。【相对论与量子力学因为引力而无法相融,难道爱因斯坦真的错了?】
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量子力学认为:能量、空间、时间全部都是由一段、一段的量子构成,那么万有引力肯定也不会例外,于是量子力学预言了引力子存在的可能性,于是相对论与量子力学就产生了激烈的矛盾,但两者究竟孰对孰错呢?笔者相信科学随着不断进步,终究会给我们一个答案。
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