相对论和量子力学是现代物理学大厦的两大基石,它们分别统治着宏观和微观世界。但是当科学家试图统一两种理论时,发现两者之间存在着矛盾,它们不能融合在一起,就好像我们的世界有两套理论一样,一个统治着宏观世界,一个统治着微观世界。
但我们所在的宏观世界本身就是由微观世界的基本粒子构成的,而且微观与宏观也不会有明确的分界线,这意味着微观世界和宏观世界应该是统一的,应该有同一套理论来诠释。
最大的问题就在这里,不管科学家如何努力,都很难把相对论(广义相对论)和量子力学融合在一起。
从宏观上来讲,广义相对论很好地描述了引力的本质,认为引力其实是不存在的,只是时空弯曲的表象。也就是说,时空弯曲才是引力的本质。
而任何有质量的物体都可以对时空结构造成影响,大质量天体影响更为明显。就好像一张蹦床,你站在蹦床上,蹦床就会凹陷,如果这时你在蹦床上放一个圆球,圆球就会沿着凹陷的蹦床朝中心滚去。
当然,这只是一种形象通俗的比喻,实际上时空弯曲并不是这样的,而是朝着物体质心(质量的中心)弯曲。
同时,广义相对论强调时空结构是平滑的,连续的。
但是一旦我们来到了微观世界,一切就大不一样,必须用另一套法则来诠释,量子力学。
量子世界,并不是一个平滑的世界,也不是连续的,那里的一切都是不确定的,一切看起来都非常混乱,是一个杂乱无章无法准确描述的世界。
同时,在量子世界,空间和时间扭曲,没有我们熟知的方向,也没有上下左右,甚至连时间的概念都不存在了。你永远无法确定你到底是在这里,还是在那里,你甚至可以同时出现在两个不同的地方。
还有更疯狂的,量子世界似乎没有因果关系。用宏观世界打个比方,就好像你决定明天去北京,但实际上你前天就已经到北京了。在量子世界,时间也是混乱的。
量子力学的核心是不确定性,那里的一切都是不确定的。而一旦我们对量子世界进行了观测,观测的对象就确定下来了。也就是说,在没有观测前,量子世界是不确定的,观测行为导致了量子世界从不确定过渡到确定。
还是拿宏观世界打比方。 你妈妈在厨房做饭,你在卧室里玩电脑打游戏,这两个事件都是确定的。
但按照量子力学的不确定性诠释,你有可能不在卧室里打游戏,有可能在其他任何地方,比如说月球上。而当你妈妈想亲眼看一下(观测)你到底在不在卧室里时,你的状态就确定了,只能在一个地方,当然会是在卧室。但纯理论上分析,你真的有可能在月球上,只是这种可能性非常非常小,可以认为概率等于零。
是不是有点懵逼?
别紧张,懵逼的不只有你自己。物理学大佬也说过:世界上没有一个人真正懂得量子力学。
爱因斯坦的整个后半生都在为统一广义相对和量子力学努力着,只他半生的努力也没能完成统一。
但无论如何,量子力学早已深入到我们日常生活中,我们平时经常使用的电子产品,比如手机,里面的芯片就含有量子力学科技。
广义相对论和量子力学之间的矛盾还没有解决,这意味着肯定还有更深层的理论等待科学家发现,而量子引力理论,还有弦理论(超弦理论)都是最近几十年提出的前沿理论,试图统一广义相对论和量子力学。可惜的是,弦理论更多的还是停留在数学模式和推测中,很难用实验加以验证!
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