❶ 量子力学与广义相对论哪个说明了时空的本质
时空是平滑的还是厚实的?这个问题历来已就是两个物理流派之争,但是时空的本质到底是什么呢?我们知道,我们宇宙的四维结构,是三维加上时间,那么时空最终在最微小的尺度上到底是平滑的,还是别的什么?
所以从我们在地球上的有利位置来看,如果时空是完全平滑的,由气体云引起的背景光的间隙应该和气体云就在我们旁边一样窄。但是,如果时空是泡沫状的,那么在数十亿光年范围内传播的光就会扩散开来,改变缝隙的宽度。
但是天文学家没有发现任何泡沫的迹象,不过这并不意味着它不存在。这只是意味着,如果时空是泡沫的,我们需要超过180亿光年才能用我们目前的技术看到它。但研究结果排除了一些量子引力模型。如果未来的实验确实发现了泡沫的迹象呢?这将是我们进入量子引力世界的第一个窗口,这是物理学家自20世纪50年代以来一直在寻找的东西,它将颠覆我们的物理学!
❷ 广义相对论和量子力学的矛盾在哪
广义相对论和量子理论在各自的领域内都经受了无数的实验检验,迄今为止,还没有任何确切的实验观测与这两者之一矛盾。有段时候,人们甚至认为生在这么一个理论超前于实验的时代对于理论物理学家来说是一种不幸。
如今理论物理学依然充满了挑战,但是与 Newton 和 Einstein 时代理论与实验的 “亲密接触” 相比,今天理论物理的挑战和发展更多地是来自于理论自身的要求,来自于物理学追求统一,追求完美的不懈努力。
量子引力理论就是一个很好的例子。虽然量子引力理论的主要进展大都是在最近这十几年取得的,但是引力量子化的想法早在 1930 年就已经由 L. Rosenfeld 提出了。
从某种意义上讲,在今天大多数的研究中量子理论与其说是一种具体的理论,不如说是一种理论框架,一种对具体的理论 ,比如描述某种相互作用的场论,进行量子化的理论框架。
广义相对论作为一种描述引力相互作用的场论,在量子理论发展早期是除电磁场理论外唯一的基本相互作用场论。把它纳入量子理论的框架因此就成为继量子电动力学后一种很自然的想法。
但是引力量子化的道路却远比电磁场量子化来得艰辛。在经历了几代物理学家的努力却未获得实质性的进展后人们有理由重新审视追寻量子引力的理由。
(2)量子物理学和广义相对论扩展阅读:
量子力学(Quantum Mechanics)是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。
在量子力学中,一个物理体系的状态由波函数表示,波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。对应于代表该量的算符对其波函数的作用;波函数的模平方代表作为其变量的物理量出现的几率密度。
量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
量子力学是描写原子和亚原子尺度的物理学理论 。该理论形成于20世纪初期,彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点A通过一条单一路径到达点B 。
根据量子理论,粒子的行为常常像波,用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性。物理学中有些怪异的概念,诸如纠缠和不确定性原理,就源于量子力学 。
广义相对论:是一种关于万有引力本质的理论。爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架,几经失败后,他终于认识到,狭义相对论容纳不了万有引力定律。
于是,他将狭义相对性原理推广到广义相对性,又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理,建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。
狭义相对论与广义相对论:狭义相对论只适用于惯性系,它的时空背景是平直的四维时空,而广义相对论则适用于包括非惯性系在内的一切参考系,它的时空背景是弯曲的黎曼时空。
等效原理:分为弱等效原理和强等效原理,弱等效原理认为惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。强等效原理认为,则将“动力学效应”提升到“任何物理效应”。要强调,等效原理仅对局部惯性系成立,对非局部惯性系等效原理不一定成立。
广义相对性原理:物理定律的形式在一切参考系都是不变的。该定理是狭义相对性原理的推广。在狭义相对论中,如果我们尝试去定义惯性系,会出现死循环:一般地,不受外力的物体,在其保持静止或匀速直线运动状态不变的坐标系是惯性系。
当物体保持静止或匀速直线运动状态不变时,物体不受外力。很明显,逻辑出现了难以消除的死循环。这说明对于惯性系,人们无法给出严格定义,这不能不说是狭义相对论的严重缺憾。为了解决这个问题,爱因斯坦直接将惯性系的概念从相对论中剔除,用“任何参考系”代替了原来狭义相对性原理中“惯性系”。
❸ 量子理论与广义相对论有什么区别
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理,相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”,“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。
狭义相对论
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狭义相对论,是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间,时间是独立于空间的单独一维(因而也是绝对的)。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立,而是一个统一的四维时空整体,并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中,整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的,这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设,结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。
广义相对论
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广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”,即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10
❹ 广义相对论与量子力学的终极矛盾是什么
史瓦西半径是根据广义相对论的史瓦西解得到的一个半径公式,用于计算光速不能逃逸的临界半径,科学家称这个临界半径包裹的球形区域为黑洞。
验证量子引力理论需要超高能量的强子对撞机
量子引力理论前路漫漫,期待科学界出现下一个爱因斯坦能取得理论突破!
❺ 量子力学和广义相对论哪个更难
这个要看你个人某些方面能力,看懂相对论不注重于数学好,而注重于想象力,分散思维,逆向思维,只要你想象力好,能够打破常规从而解放自已的思想!让自己自由思考,想学懂相对论不是问题,最重要的是要多想,领悟!而量子力学我也看过,只不过量子力学很多东西只有公式没有实际的物理意义,计算量大,就算看懂后,也没相对论好用,很多东西说不出因果,当然也有好处就是又从另一方面认知世界。无论看什么最重要的是多思考从而领悟,灵感才会来拜访!!!!
❻ 量子力学和广义相对论的矛盾在哪里两者为何无法统一
广义相对论和量子力学的矛盾就起源于微观世界和宏观世界的冲突。在人类没有发现真正能统一四大力,将一切理论结合在一起的“统一力场”之前,量子力学和广义相对论的矛盾会一直存在下去。
二十世纪,是一个物理学家“井喷”的时代;可以说,在过去的一百年里,无数的新颖物理理论出现,无数被前人深信不疑的旧观念被逐渐的 打破;甚至,决定了物理学界数百年发展的牛顿经典力学,也“荡然无存”。
统一理论是什么?它是把自然界种种科学理论串联到一起,并且结合“四大基本力”,宏观和微观们的一个学说。在它出现之前,量子力学和广义相对论的矛盾会持续存在着。
❼ 广义相对论与量子力学为什么不能统一
首要原因是因为两者的理论基础不同,量子力学的基础是不确定性原理,而广义相对论没有考虑不确定性原理。另外广义相对论的微观时空观是连续的,平滑的;但量子论因为理论基础是不确定性原理,所以它的微观时空观是不断起伏的,涨落的,称为量子涨落。这两种微观时空观的不相同决定了它们不相容。
现在唯一能调和广义相对论和量子理论的矛盾的,只有弦理论能做到,这个理论也是现在最有可能称为大一统理论的终极理论,而弦理论现在的最新成果是M理论,它包含了5种超弦理论。希望能帮到你!
❽ 量子物理和广义相对论两大理论为什么会有冲突
广义相对论和量子力学的最大冲突在于对四种基本作用力的描述上不能一致.
量子力学认为力是由粒子的交换而来的,电磁力是由光子交换而来,弱力是由弱规范玻色子交换而来,强力是由胶子交换而来.而引力无法进行“量子化”.
广义相对论认为引力就是空间弯曲而导致的.但是却无法把其他三种力进行“几何化”.
为什么会造成这种原因呢?其根本在于两个理论的数学基础,物理意义和哲学思想都有着很大的分歧.
数学原因:广义相对论是无限可分的,是连续性的.量子论是不连续性的,有最小单位的.
物理原因:广义相对论是经典确定理论,由状态A可以推论出确定的,唯一的状态B.量子论是不确定性的,由状态A到状态B是不可预知的,是随机的过程.
哲学原因:广义相对论描述的世界是客观实在性的,宇宙与观测者严格区分开,在观测过程中观测者发现了世界.量子论描述的世界是主观能动性的,宇宙与观测者你中有我,我中有你,在观测过程中观测者改变和创造了世界.
形象一点说,广义相对论描述的是一个美丽,庄严的“和谐”世界.量子论描述的是一个激情,奔放的“自由”世界.
❾ 量子力学和广义相对论如何统一
这大概是EPR佯谬的东西吧。爱因斯坦想要客观性和定域性,然而有贝尔不等式在手我们可以很明确地告诉你,不行,你必须舍弃一个。
舍弃哪一个呢?对于量子纠缠效应,我们更希望舍弃定域性,即有超光速的信号传播(显然违背相对论)。
当然,也有玻姆等人提出了隐变量(存在但又无法观测),倒不是说违反了相对论,而是直接否定了物理学的哲学基础之一——奥卡姆剃刀原理。你就可以回想起休谟的怀疑论......也就是我们什么都不知道,我们只是在瞎编。
综上目前还没有统一的希望,大一统指的更多是四大基本作用力的统一。而且爱因斯坦也没有用相对论打下万有引力这一块,现在主要还是看超弦吧。