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量子物理學和廣義相對論

發布時間: 2021-03-23 04:30:30

❶ 量子力學與廣義相對論哪個說明了時空的本質

時空是平滑的還是厚實的?這個問題歷來已就是兩個物理流派之爭,但是時空的本質到底是什麼呢?我們知道,我們宇宙的四維結構,是三維加上時間,那麼時空最終在最微小的尺度上到底是平滑的,還是別的什麼?



所以從我們在地球上的有利位置來看,如果時空是完全平滑的,由氣體雲引起的背景光的間隙應該和氣體雲就在我們旁邊一樣窄。但是,如果時空是泡沫狀的,那麼在數十億光年范圍內傳播的光就會擴散開來,改變縫隙的寬度。

但是天文學家沒有發現任何泡沫的跡象,不過這並不意味著它不存在。這只是意味著,如果時空是泡沫的,我們需要超過180億光年才能用我們目前的技術看到它。但研究結果排除了一些量子引力模型。如果未來的實驗確實發現了泡沫的跡象呢?這將是我們進入量子引力世界的第一個窗口,這是物理學家自20世紀50年代以來一直在尋找的東西,它將顛覆我們的物理學!

❷ 廣義相對論和量子力學的矛盾在哪

廣義相對論和量子理論在各自的領域內都經受了無數的實驗檢驗,迄今為止,還沒有任何確切的實驗觀測與這兩者之一矛盾。有段時候,人們甚至認為生在這么一個理論超前於實驗的時代對於理論物理學家來說是一種不幸。

如今理論物理學依然充滿了挑戰,但是與 Newton 和 Einstein 時代理論與實驗的 「親密接觸」 相比,今天理論物理的挑戰和發展更多地是來自於理論自身的要求,來自於物理學追求統一,追求完美的不懈努力。

量子引力理論就是一個很好的例子。雖然量子引力理論的主要進展大都是在最近這十幾年取得的,但是引力量子化的想法早在 1930 年就已經由 L. Rosenfeld 提出了。

從某種意義上講,在今天大多數的研究中量子理論與其說是一種具體的理論,不如說是一種理論框架,一種對具體的理論 ,比如描述某種相互作用的場論,進行量子化的理論框架。

廣義相對論作為一種描述引力相互作用的場論,在量子理論發展早期是除電磁場理論外唯一的基本相互作用場論。把它納入量子理論的框架因此就成為繼量子電動力學後一種很自然的想法。

但是引力量子化的道路卻遠比電磁場量子化來得艱辛。在經歷了幾代物理學家的努力卻未獲得實質性的進展後人們有理由重新審視追尋量子引力的理由。

(2)量子物理學和廣義相對論擴展閱讀:

量子力學(Quantum Mechanics)是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支,主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論它與相對論一起構成現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一,而且在化學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。

在量子力學中,一個物理體系的狀態由波函數表示,波函數的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態。對應於代表該量的算符對其波函數的作用;波函數的模平方代表作為其變數的物理量出現的幾率密度。

量子力學是在舊量子論的基礎上發展起來的。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。

量子力學是描寫原子和亞原子尺度的物理學理論 。該理論形成於20世紀初期,徹底改變了人們對物質組成成分的認識。微觀世界裡,粒子不是檯球,而是嗡嗡跳躍的概率雲,它們不只存在一個位置,也不會從點A通過一條單一路徑到達點B 。

根據量子理論,粒子的行為常常像波,用於描述粒子行為的「波函數」預測一個粒子可能的特性,諸如它的位置和速度,而非確定的特性。物理學中有些怪異的概念,諸如糾纏和不確定性原理,就源於量子力學 。

廣義相對論:是一種關於萬有引力本質的理論。愛因斯坦曾經一度試圖把萬有引力定律納入相對論的框架,幾經失敗後,他終於認識到,狹義相對論容納不了萬有引力定律。

於是,他將狹義相對性原理推廣到廣義相對性,又利用在局部慣性系中萬有引力與慣性力等效的原理,建立了用彎曲時空的黎曼幾何描述引力的廣義相對論理論。

狹義相對論與廣義相對論:狹義相對論只適用於慣性系,它的時空背景是平直的四維時空,而廣義相對論則適用於包括非慣性系在內的一切參考系,它的時空背景是彎曲的黎曼時空。

等效原理:分為弱等效原理和強等效原理,弱等效原理認為慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的。強等效原理認為,則將「動力學效應」提升到「任何物理效應」。要強調,等效原理僅對局部慣性系成立,對非局部慣性系等效原理不一定成立。

廣義相對性原理:物理定律的形式在一切參考系都是不變的。該定理是狹義相對性原理的推廣。在狹義相對論中,如果我們嘗試去定義慣性系,會出現死循環:一般地,不受外力的物體,在其保持靜止或勻速直線運動狀態不變的坐標系是慣性系。

當物體保持靜止或勻速直線運動狀態不變時,物體不受外力。很明顯,邏輯出現了難以消除的死循環。這說明對於慣性系,人們無法給出嚴格定義,這不能不說是狹義相對論的嚴重缺憾。為了解決這個問題,愛因斯坦直接將慣性系的概念從相對論中剔除,用「任何參考系」代替了原來狹義相對性原理中「慣性系」。

❸ 量子理論與廣義相對論有什麼區別

相對論是關於時空和引力的基本理論,主要由愛因斯坦創立,分為狹義相對論(特殊相對論)和廣義相對論(一般相對論)。相對論的基本假設是光速不變原理,相對性原理和等效原理。相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱。奠定了經典物理學基礎的經典力學,不適用於高速運動的物體和微觀條件下的物體。相對論解決了高速運動問題;量子力學解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」,「四維時空」「彎曲空間」等全新的概念。

狹義相對論
主條目:狹義相對論
狹義相對論,是只限於討論慣性系情況的相對論。牛頓時空觀認為空間是平直的、各向同性的和各點同性的的三維空間,時間是獨立於空間的單獨一維(因而也是絕對的)。狹義相對論認為空間和時間並不相互獨立,而是一個統一的四維時空整體,並不存在絕對的空間和時間。在狹義相對論中,整個時空仍然是平直的、各向同性的和各點同性的,這是一種對應於「全局慣性系」的理想狀況。狹義相對論將真空中光速為常數作為基本假設,結合狹義相對性原理和上述時空的性質可以推出洛侖茲變換。

廣義相對論
主條目:廣義相對論
廣義相對論是愛因斯坦(Albert Einstein)在1915年發表的理論。愛因斯坦提出「等效原理」,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上(目前實驗證實,在10

❹ 廣義相對論與量子力學的終極矛盾是什麼

史瓦西半徑是根據廣義相對論的史瓦西解得到的一個半徑公式,用於計算光速不能逃逸的臨界半徑,科學家稱這個臨界半徑包裹的球形區域為黑洞。

驗證量子引力理論需要超高能量的強子對撞機

量子引力理論前路漫漫,期待科學界出現下一個愛因斯坦能取得理論突破!

❺ 量子力學和廣義相對論哪個更難

這個要看你個人某些方面能力,看懂相對論不注重於數學好,而注重於想像力,分散思維,逆向思維,只要你想像力好,能夠打破常規從而解放自已的思想!讓自己自由思考,想學懂相對論不是問題,最重要的是要多想,領悟!而量子力學我也看過,只不過量子力學很多東西只有公式沒有實際的物理意義,計算量大,就算看懂後,也沒相對論好用,很多東西說不出因果,當然也有好處就是又從另一方面認知世界。無論看什麼最重要的是多思考從而領悟,靈感才會來拜訪!!!!

❻ 量子力學和廣義相對論的矛盾在哪裡兩者為何無法統一

廣義相對論和量子力學的矛盾就起源於微觀世界和宏觀世界的沖突。在人類沒有發現真正能統一四大力,將一切理論結合在一起的“統一力場”之前,量子力學和廣義相對論的矛盾會一直存在下去。

二十世紀,是一個物理學家“井噴”的時代;可以說,在過去的一百年裡,無數的新穎物理理論出現,無數被前人深信不疑的舊觀念被逐漸的 打破;甚至,決定了物理學界數百年發展的牛頓經典力學,也“盪然無存”。

統一理論是什麼?它是把自然界種種科學理論串聯到一起,並且結合“四大基本力”,宏觀和微觀們的一個學說。在它出現之前,量子力學和廣義相對論的矛盾會持續存在著。

❼ 廣義相對論與量子力學為什麼不能統一

首要原因是因為兩者的理論基礎不同,量子力學的基礎是不確定性原理,而廣義相對論沒有考慮不確定性原理。另外廣義相對論的微觀時空觀是連續的,平滑的;但量子論因為理論基礎是不確定性原理,所以它的微觀時空觀是不斷起伏的,漲落的,稱為量子漲落。這兩種微觀時空觀的不相同決定了它們不相容。
現在唯一能調和廣義相對論和量子理論的矛盾的,只有弦理論能做到,這個理論也是現在最有可能稱為大一統理論的終極理論,而弦理論現在的最新成果是M理論,它包含了5種超弦理論。希望能幫到你!

❽ 量子物理和廣義相對論兩大理論為什麼會有沖突

廣義相對論和量子力學的最大沖突在於對四種基本作用力的描述上不能一致.
量子力學認為力是由粒子的交換而來的,電磁力是由光子交換而來,弱力是由弱規范玻色子交換而來,強力是由膠子交換而來.而引力無法進行「量子化」.
廣義相對論認為引力就是空間彎曲而導致的.但是卻無法把其他三種力進行「幾何化」.
為什麼會造成這種原因呢?其根本在於兩個理論的數學基礎,物理意義和哲學思想都有著很大的分歧.
數學原因:廣義相對論是無限可分的,是連續性的.量子論是不連續性的,有最小單位的.
物理原因:廣義相對論是經典確定理論,由狀態A可以推論出確定的,唯一的狀態B.量子論是不確定性的,由狀態A到狀態B是不可預知的,是隨機的過程.
哲學原因:廣義相對論描述的世界是客觀實在性的,宇宙與觀測者嚴格區分開,在觀測過程中觀測者發現了世界.量子論描述的世界是主觀能動性的,宇宙與觀測者你中有我,我中有你,在觀測過程中觀測者改變和創造了世界.
形象一點說,廣義相對論描述的是一個美麗,庄嚴的「和諧」世界.量子論描述的是一個激情,奔放的「自由」世界.

❾ 量子力學和廣義相對論如何統一

這大概是EPR佯謬的東西吧。愛因斯坦想要客觀性和定域性,然而有貝爾不等式在手我們可以很明確地告訴你,不行,你必須舍棄一個。

舍棄哪一個呢?對於量子糾纏效應,我們更希望舍棄定域性,即有超光速的信號傳播(顯然違背相對論)

當然,也有玻姆等人提出了隱變數(存在但又無法觀測),倒不是說違反了相對論,而是直接否定了物理學的哲學基礎之一——奧卡姆剃刀原理。你就可以回想起休謨的懷疑論......也就是我們什麼都不知道,我們只是在瞎編。

綜上目前還沒有統一的希望,大一統指的更多是四大基本作用力的統一。而且愛因斯坦也沒有用相對論打下萬有引力這一塊,現在主要還是看超弦吧。