相对论与量子力学何时统一?人们期待更高级的大自然法则!

发布者:水军一号 2023-6-23 21:00

相对论和量子力学,是现代物理学大厦的两大基石,一个统治了宏观世界,而另一个统治着微观世界。

但是所谓的微观与宏观,也只是人类进行的分类而已,本身来讲微观与宏观并不存在明显的界限,这意味着相对论和量子力学不应该存在不协调的地方,两大理论应该最终走向统一,被更高级的大自然法则统一。

但是,一百多年过去了,科学家至今没能统一相对论和量子力学。话说过来,两大理论到底有什么不协调的地方呢?

总体来讲,相对论虽然颠覆了我们的传统时空观,但它仍旧是经典理论,与牛顿经典力学同属经典力学,而量子力学完全不同,它属于量子科学。那么经典理论与量子理论到底有什么区别呢?

之所以说相对论属于经典物理范畴,主要是因为所有经典物理都认为万事万物遵循因果律,万物可以用一定的规律来描述,同时万事万物的未来是可预测的,而过去也是可推断的。

最直观的例子就是天气预报,我们可以根据大气云层的速度,方向等因素,判断未来几天的天气走向,这也说明了未来是可预测的,可描述的,万物之间都有一定的因果关系。

但是到了量子世界,一切都被颠覆了,我们熟悉的因果律都不复存在,那里的一切都只能用概率去描述,一切都是不确定的,微观粒子可能出现在任何地方,甚至同时出现在两个不同的地点,结果我们只能用波函数来描述微观粒子的状态。

同时,经典物理认为,我们所在的时空是连续的,比如说,从一个地方到另一个地方,你肯定是在时空中平滑地移动,不可能跳跃过去。

而量子力学认为时空是不连续的,存在最小的时间和空间单位,这就是普朗克时间和普朗克空间。

两大理论对于引力本质的诠释也存在不同,或者说诠释的角度也不一样。广义相对论从宏观上诠释了引力的本质,认为引力的本质是时空弯曲,也就是说,引力其实是不存在的,它只是时空弯曲的表象而已。

而量子理论试图从微观领域诠释引力的本质,于是引入了引力子的概念,试图完善粒子标准模型,最终统一四大自然作用力。

引力子被认为是引力的传播子,引力依靠引力子来传播,就像电磁力依靠光子来传播一样。不过引力子只是一个假想概念,直到目前科学家都没有找到引力子存在的证据。

可以看出,相对论与量子力学的确是两个完全不同的理论,但正如科学家所说,我们的世界不可能有两套大自然法则,这意味着相对论和量子力学最终一定会走向统一,被更高级的大自然法则取代。

而黑洞这种诡异天体的出现,也再次印证了这一点。

黑洞,大家都听说过,堪称自然界最诡异的天体。黑洞,其实就是体积无限小的奇点,是没有大小的。而通常我们所说的黑洞大小,指的是黑洞事件视界的范围,这个范围是以奇点为圆心,史瓦西半径为半径组成的球体。任何物体一旦越过事件视界就会有去无回,彻底被黑洞吞噬。

科学家们发现,无论是相对论,还是量子力学,一旦遇到了黑洞奇点,都全部失效了。

虽然广义相对论在宏观世界很完美地诠释引力的本质,但在微观世界却无能为力,尤其是面对黑洞奇点,更是一点也找不到头绪。一个体积无限小,温度无限高的奇点让广义相对论束手无策,无法解释奇点为何能够存在。

量子力学也遭遇到了同样的尴尬,在量子世界,存在最小的空间单位,普朗克长度,也有温度上限,普朗克温度,但长度和温度的限制,在黑洞的奇点面前都不适用了,奇点就好像不属于我们世界,完全是另一个世界的产物。

但是,事实摆在那里,黑洞就是我们宇宙的产物,这意味着一定有某种大自然法则来诠释诡异的黑洞和奇点。

所以,科学家在相对论和量子力学的基础上,渴望寻找更加普适的大自然法则。首先,科学家们希望把广义相对论进行量子化,期待广义相对论在微观世界也同样能够成功。

于是,科学家们接连提出了更前沿的理论,比如说量子场论,圈引力理论,还有更加深奥的弦理论等。

所有这些理论几乎都是围绕着引力为核心提出来的,因为科学家们知道,在微观世界解读引力的本质非常重要,很可能直接通向黑洞甚至世界的本质。因为不管黑洞有多诡异,它都是在引力的作用下坍缩形成的!

有科学家怀疑引力可以通向其他维度,泄露到更高的维度,这也造成了引力如此微弱,同时也意味着人类可以通过引力与高维度建立联系,著名科幻电影《星际穿越》就有类似的故事情节。但这种观点目前还没有得到证实。

在统一相对论和量子力学的道路上,科学家们一直在努力着,我们坚信人类一定能发现更高级的物理定律,发现解释万物的大统一理论。

大家都在看

  • 探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知

    探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知 本文由AI创作 抬头仰望深夜星空,漫天星辰静谧闪烁,浩瀚苍穹无边无际。渺小的我们望着这片深邃夜空,总会心生疑惑:宇宙从何处诞生,到底有多大?星河之中是否存在其他生命?无数神秘谜题,深深吸引人类不断探索追 ... 宇宙探索05-10

  • 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量

    宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量一个令整个物理学界困惑的发现1998年,两个独立研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现了一个令所有人震惊的事实:宇宙的膨胀速度不仅没有因为引力而减缓,反而在 ... 宇宙探索05-10

  • 科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙!

    科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙! 科学家意外发现"太空捷径"。星辰视频。往返火星仅需五个月,科学家意外发现"太空捷径"或颠覆传统认知。一项发表于《宇航学报》的研究揭示,通过分析近地小行星2001CA21的早期轨道数据,科学家意外找 ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇

    宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇 星系演化:宇宙岛的百亿年传奇当你在晴朗的夜晚仰望星空,用望远镜指向仙女座方向,你会看到一团模糊的光斑——那是距离我们254万光年的仙女座星系(M31)。它和我们的银河系一样,是一个由数千亿颗恒星组成的巨大&# ... 宇宙探索05-09

  • 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕

    宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕它的名字是一个美丽的历史误会。18世纪的威廉·赫歇尔用望远镜观察时,觉得这些天体圆润而朦胧,酷似他刚发现的天王星(当时称为"行星")。于是他将其命名为" ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器

    宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器当你在地球上用粒子加速器把质子加速到接近光速,需要建造长达几十公里的巨型装置。而在宇宙中,天然的"粒子加速器"遍布各处——从脉冲星的磁层到星系中心的 ... 宇宙探索05-07

  • 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移

    宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移2008年,一组天文学家在分析WMAP卫星的宇宙微波背景辐射(CMB)数据时,发现了一个令人不安的现象:成群的星系团似乎正在以惊人的速度——每秒约1000公里——朝宇宙中同一个 ... 宇宙探索05-07

  • 人类为什么要探索宇宙?

    人类为什么要探索宇宙? 你有没有想过一个细思极恐的问题:我们用詹姆斯・韦伯望远镜能看到 135 亿光年外的星系,能拍到黑洞的照片,能把探测器送到火星和冥王星。但我们,永远也飞不出太阳系。这不是科幻小说里的悲观预言,而是基于现有物 ... 宇宙探索05-04

  • 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程

    探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30

  • 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索

    4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25