廣義相對論與量子力學為什麼不能夠相容?它們是在哪個方面不能夠相容?

鏡像宇宙

狹義相對論能跟量子力學很好的相容,它們結合成為了量子場論。廣義相對論和量子力學不相容,那麼不相容的地方邏輯上自然就是廣義相對論和狹義相對論有區別的地方,這個區別可以用四個字概括:時空背景。狹義相對論和量子場論用的是閔可夫斯基時空,符合洛倫茲變換,屬於“平直時空”。而廣義相對論用的是黎曼時空,屬於“彎曲時空”,這種時空只在局域上(local)符合洛倫茲變換,在整體上並不符合洛倫茲變換。

目前發現宇宙中有四種基本的相互作用,量子場論非常成功地描述了電磁相互作用,強相互作用,弱相互作用,剩下的引力相互作用是靠廣義相對論描述的。而在廣義相對論中,引力正是來自於時空的彎曲(即愛因斯坦方程)。所以量子場論如果想把引力統一進來,結束三缺一的狀態,那就必須要求廣義相對論和量子場論統一在一起,這樣兩個時空背景就必須取一個。

主流方向是以量子場論為出發點,對引力場進行量子化,也就是說把平直時空看成基本的,把彎曲時空不當成基本的,而是看做引力子聚集產生的效果,但這就遇到了一個問題:因為引力相比於其它三種相互作用最弱,可以和電磁相互作用一樣採用微擾論方法處理,但是微擾論方法在計算費曼圖的時候需要“重整化”去消除無窮大散射振幅,而引力子可以和任何有能量的粒子耦合,包括它自己,所以引力的量子場論根本無法重整化。

超弦理論是目前主要的解決方案,通過把無限小的點粒子替換成有限大小的“弦”,從而避免了無窮大散射振幅,並且引力子能自然地以閉弦的狀態出現。當然超弦理論離實驗驗證相去甚遠,更傾向於數學而不是物理學這邊。剩下的就是一些非主流方向,就是把彎曲時空作為出發點,在這個基礎上建立量子場論。但這些方案不夠基礎,問題多多,還無法和主流方向競爭。


九維空間

很高興回答你的問題。

物理學的兩大支柱相對論與量子力學在各自的領域範圍大放異彩,但當把它們推到一起的時候就會出現不可忽略的矛盾。兩大理論不相容,正說明會有一個統一論來結合這兩大理論。


量子力學的主要應用範圍就是微觀粒子層次,把量子力學拿到宏觀來說就出現了薛定諤的貓。而相對論主要方向是大宏觀範圍,航空航天,星辰大海。而日常生活中牛頓的經典力學就足以滿足我們。

自然界有四大基本作用力,電磁力、強力和弱力量子力學都從本質上解釋。力的產生就是粒子的交換,而量子力學試圖解釋引力的時候提出了引力子,但是這條路就走不通了。而廣義相對論從時空的彎曲入手從本質上解釋了引力,這也是量子力學和廣義相對論不相容的地方。


(圖片來源網絡,侵刪)


非專業簡單回答,祝好。


黑洞家的鏟屎官

這問題要是能答出,我就可大一統理論了!開啟了人類的劃時代!不過可以“摸一把”。

廣義相對論是時空幾何理論。它給出的引力是來自時空拓撲扭曲,不是物質質量直接給出。而牛頓引力是直接來自物質質量產生的慣性,是質量直接引起的。廣義相對論用張量描述時空曲率。引力來自黎曼時空,不同曲面間的曲率差。實際上,廣義相對論引力可以表示為一個“時空環量”,即引力子是一個環量。所謂時空扭曲就是形成了一個“和樂群”,即纖維叢。

量子力學是描述微觀世界的理論。它在平坦時空,而不是黎曼“彎曲”時空上描述物質的相互作。好在電磁場、電磁力也是一個二階張量場。因此,引力和電磁力有統一的可能。

這種統一一定是在抽象的數學理論上的統一。即群論或拓撲理論上的統一。正如物質信息編碼在一個有限循環碼集上。生物DNA就是生物鹼基組成的循環群生成的拓撲。規範場理論正是62種粒子組成的群對整個物質系統進行編碼。弦理論在理論統一道路上,依然走的就是抽象數學理論的統一之路。只不過其信碼群是由一組振動的環量生成的。但是為了把廣義相對論的黎曼彎曲時空統一進來,不得不無限地增加維度,造成理論上的極不和諧,甚至“醜陋”。其實,弦理論的基元由環量代表,看來是正確的,但不應該用振動形式生成這個基元環量,而且也不能定義什麼最小粒子,這個環量只是說明物質“悖論存在形式”而已。基元環量應由自旋環量來代表,然後,形成自旋環量上的拓撲,由這個拓撲群表達出整個理論上的時空拓撲性質。在定義整個拓撲群的運算時,要由拓撲群上的子群生成,而且是運動子群,物質運動引起物質間的力和相互作用。運動子群就是運動強度子群,即自旋物理量的“和樂群”,或纖維叢。在應用數學上,表示為斯托克斯形式,或泊松括號,或對易子形式。

一家之言,不對之處請諒解。


譚宏21

頭條裡怎麼會有傻子問這麼高深的問題。

相對論來自愛因斯坦,他不認同量子理論,但他卻因為量子理論獲得諾貝爾獎。

他對量子理論的最著名反駁言論是:上帝不拋塞子。

相對論和量子力學的區別主要是奇點,量子理論沒有奇點說,而相對論則有奇點說,宇宙所有的規律會做奇點處坍塌。都不適應。

但是社會科學的發展又發現量子力學越來越適合研究宇宙科學。

相對論和量子理論不是對錯關係,而是互補關係。這是霍金說的


Hess1163173093

相對論和量子力學揭示的是宏觀和微觀兩個不同領域的規律,相對論無法解釋微觀粒子,同樣量子力學也無法解釋宏觀宇宙,之所以出現這樣局面是因為兩者都沒有解開宇宙本源規律,它們只是在人類現有認知水平上的經驗性規律,比如質能方程只是個經驗公式,表達物質“湮滅”後會釋放多大能量,這裡的湮滅是人類目前認知的湮滅,就像古人認為碳燃燒就是湮滅過程一個道理,其實不然,只是超出我們現在認知而已。有質量物質為何會造成空間扭曲?其機理是什麼都是未知數。量子力學更不用說了,至今還有科學家不認可這個理論呢。總之一句話我們離真正的真理還有很遠距離,所以才有真理是相對的說法,嚴格來說都不是真理,充其量是經驗總結性規律。


漏風雲客

廣相認為世界是連續的,而量子力學認為是離散的,廣相認為世界是決定的,而量子力學認為世界是概率性的,在關於世界的最底層方面,兩者水火不容。關於世界最底層最基礎方面的內容有決定性離散性局域性之類聽了就覺得很奇怪的東西,我們日常生活中很少聽見,最常聽見的就是兩者關於引力的認識,廣相認為引力不存在,只是空間的彎曲,而量子力學認為引力是存在的,有引力子和引力場。


水滴的三體

在質量上看,小的小到無界地分,大的大到驚人,什麼黑洞呀。我相信馬克思的量變質變定律。所以,以質量範圍確定其物理規則,牛頓定律有其相對應的質量範圍,愛因斯坦的相對論也應有其相對應的質量範圍,不能也不可能相對應的質量是無限小的東西。量子力學,也應是目前認識的質量劃分上最小“量”級的東西相對應的物理規則了。

質量極大的物質,一般質量的物質的物理規則對其也是不符合的。什麼樣的量級就有什麼樣的規則,物質世界就是這個理,就是這樣子。

科學只能解釋宇宙的運動,不能解釋宇宙的起源,和最終歸宿狀態。


觀彩雲

簡單來說,這些理論都是針對特定現象,條件、環境下歸納總結的,明顯帶有侷限特色的理論!只適用於特定現象與相對應條件下的其它理論很正常!

唯一可以通用的理論只要《大統一理論……》,也就是所有現象中都包含的因素“力”的理論類!


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