量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

現代科學最大的兩大支柱,一個是愛因斯坦的相對論,還有一個就是量子力學。相對論的提出,改變了人類對於宇宙和自然的認識,讓我們從另一個角度認識我們的宇宙,其中提到的全新的時空觀念,重新整理了科學界對於宇宙的認識。而量子力學的提出,更是讓整個科學界產生了革命性的變革,加快了人類社會的進步,很多科學理論在量子力學之下,非常容易地就被驗證。

相對論和量子力學的誕生

在1905年,愛因斯坦提出了狹義相對論,將時間和空間統一在了一起,改變了當時的絕對時空觀念,認為所有的時空的可以是相對的時空,根據不同的參考系,時間和空間的狀態可能個不相同。而且還確定了光速不變原理。而只有在1915年提出的廣義相對論中,以全新的方式解釋了引力的來源,認為引力是因為時空彎曲造成的。相對論的提出,還有個更加深遠的意義,那就是間接地讓量子力學得以誕生。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

量子力學的出現對光是粒子還是波的實驗中引發的,這就是著名的光的干涉實驗。當時的科學家們發現,一個光子能夠同時穿過兩個孔,並且呈現出兩種不同的狀態時,科學家們集體失聲,甚至懷疑科學的正確性。隨後普朗克、波爾等科學家,提出了量子力學的概念。量子力學的出現,為人類對微觀世界的認識提供了方法,並且能夠解釋非常多的現象和預言一些新的、無法直接想象的現象,可以說量子力學是現代物理的一項神器。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

不過,這兩個改變世界的物理學理論,卻有一個極大的矛盾,時空到底是不是連續的。

在廣義相對論中,時間和空間是相互統一的,每個有質量的物體都會造成時空的扭曲,正是因為時空彎曲造成了引力的產生,所以相對論認為,時空是連續而光滑的。但是在量子力學當中,所以宏觀的物質都會被分解成為一個個微觀的量子,包括能量和引力等都可以量子化,所以量子力學的時空觀認為,時空也是一份一份的,而不是完全連續的。也可以說成量子力學的時空觀是間斷、起伏、不斷漲落的。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

造成這個巨大的矛盾的原因,主要是相對論描述的是宏觀的世界,而量子力學描述的是微觀世界,在這兩個不同的世界中,物質所表現出來的性質是不同的。在宏觀世界裡,一切事物都有因果關係,任何事都是確定的。不過在微觀世界當中,卻完全失去了我們正常的因果關係,任何事物都是不確定的狀態。

那麼這兩種時空觀到底誰才是正確的呢?

其實可以說這兩種時空觀都是正確的,也可以說都不正確,因為到現在為止,它們都不能完美地解釋這個世界。宇宙是一個整體,微觀世界和宏觀世界都是宇宙中的一部分,所以微觀世界和宏觀世界應該是相互統一,相互聯絡的關係,而不是像我們現在這樣,微觀世界和宏觀世界完全獨立,相互隔離,表現出兩種不同的特性。所以既然相對論和量子力學都能非常好地解釋宇宙當中的現象,那麼它們之中必然有一個東西,可以將它們聯絡在一起。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

愛因斯坦在量子力學被提出來以後,就一直在研究量子力學,並且試圖找到一個大一統理論,能夠將宏觀世界和微觀世界統一起來,可惜用了幾十年的時間,他都沒有找到這樣一個理論。所以到了晚年,愛因斯坦很遺憾地說:我用了比相對論幾倍的時間來研究量子力學,科學我還是沒弄明白。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

不過,現在有一種理論似乎能夠將這他們統一起來,那就是非常科幻的超弦理論。超弦理論認為,宇宙中不存在粒子,宇宙中的所有物質和能量都是一種根據不同頻率的振動而產生的弦。宇宙中所發生的所有相互作用,物質和能量都可以用弦的分裂和結合來解釋。

量子力學和相對論最大的矛盾:時空是不是連續的?誰才是正確的?

超弦理論如果被證明是正確的,那麼我們對宇宙的認識又會發生翻天覆地的改變,因為它將我們的宇宙分成了十一個維度,這就會讓我們的宇宙變得更加複雜。不過目前人類對宇宙的認識還非常有限,要證明這個理論,還有很長的路要走。但是如果真的有一個理論能夠將整個宇宙觀統一起來,那麼人類文明的發展將取得無法想象的進步,也許到了那時,我們現在認為不可能發生的事,都會成為現實,比如穿越時空。

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