广义相对论与量子力学为什么不能够相容?它们是在哪个方面不能够相容?

镜像宇宙

狭义相对论能跟量子力学很好的相容,它们结合成为了量子场论。广义相对论和量子力学不相容,那么不相容的地方逻辑上自然就是广义相对论和狭义相对论有区别的地方,这个区别可以用四个字概括:时空背景。狭义相对论和量子场论用的是闵可夫斯基时空,符合洛伦兹变换,属于“平直时空”。而广义相对论用的是黎曼时空,属于“弯曲时空”,这种时空只在局域上(local)符合洛伦兹变换,在整体上并不符合洛伦兹变换。

目前发现宇宙中有四种基本的相互作用,量子场论非常成功地描述了电磁相互作用,强相互作用,弱相互作用,剩下的引力相互作用是靠广义相对论描述的。而在广义相对论中,引力正是来自于时空的弯曲(即爱因斯坦方程)。所以量子场论如果想把引力统一进来,结束三缺一的状态,那就必须要求广义相对论和量子场论统一在一起,这样两个时空背景就必须取一个。

主流方向是以量子场论为出发点,对引力场进行量子化,也就是说把平直时空看成基本的,把弯曲时空不当成基本的,而是看做引力子聚集产生的效果,但这就遇到了一个问题:因为引力相比于其它三种相互作用最弱,可以和电磁相互作用一样采用微扰论方法处理,但是微扰论方法在计算费曼图的时候需要“重整化”去消除无穷大散射振幅,而引力子可以和任何有能量的粒子耦合,包括它自己,所以引力的量子场论根本无法重整化。

超弦理论是目前主要的解决方案,通过把无限小的点粒子替换成有限大小的“弦”,从而避免了无穷大散射振幅,并且引力子能自然地以闭弦的状态出现。当然超弦理论离实验验证相去甚远,更倾向于数学而不是物理学这边。剩下的就是一些非主流方向,就是把弯曲时空作为出发点,在这个基础上建立量子场论。但这些方案不够基础,问题多多,还无法和主流方向竞争。


九维空间

很高兴回答你的问题。

物理学的两大支柱相对论与量子力学在各自的领域范围大放异彩,但当把它们推到一起的时候就会出现不可忽略的矛盾。两大理论不相容,正说明会有一个统一论来结合这两大理论。


量子力学的主要应用范围就是微观粒子层次,把量子力学拿到宏观来说就出现了薛定谔的猫。而相对论主要方向是大宏观范围,航空航天,星辰大海。而日常生活中牛顿的经典力学就足以满足我们。

自然界有四大基本作用力,电磁力、强力和弱力量子力学都从本质上解释。力的产生就是粒子的交换,而量子力学试图解释引力的时候提出了引力子,但是这条路就走不通了。而广义相对论从时空的弯曲入手从本质上解释了引力,这也是量子力学和广义相对论不相容的地方。


(图片来源网络,侵删)


非专业简单回答,祝好。


黑洞家的铲屎官

这问题要是能答出,我就可大一统理论了!开启了人类的划时代!不过可以“摸一把”。

广义相对论是时空几何理论。它给出的引力是来自时空拓扑扭曲,不是物质质量直接给出。而牛顿引力是直接来自物质质量产生的惯性,是质量直接引起的。广义相对论用张量描述时空曲率。引力来自黎曼时空,不同曲面间的曲率差。实际上,广义相对论引力可以表示为一个“时空环量”,即引力子是一个环量。所谓时空扭曲就是形成了一个“和乐群”,即纤维丛。

量子力学是描述微观世界的理论。它在平坦时空,而不是黎曼“弯曲”时空上描述物质的相互作。好在电磁场、电磁力也是一个二阶张量场。因此,引力和电磁力有统一的可能。

这种统一一定是在抽象的数学理论上的统一。即群论或拓扑理论上的统一。正如物质信息编码在一个有限循环码集上。生物DNA就是生物碱基组成的循环群生成的拓扑。规范场理论正是62种粒子组成的群对整个物质系统进行编码。弦理论在理论统一道路上,依然走的就是抽象数学理论的统一之路。只不过其信码群是由一组振动的环量生成的。但是为了把广义相对论的黎曼弯曲时空统一进来,不得不无限地增加维度,造成理论上的极不和谐,甚至“丑陋”。其实,弦理论的基元由环量代表,看来是正确的,但不应该用振动形式生成这个基元环量,而且也不能定义什么最小粒子,这个环量只是说明物质“悖论存在形式”而已。基元环量应由自旋环量来代表,然后,形成自旋环量上的拓扑,由这个拓扑群表达出整个理论上的时空拓扑性质。在定义整个拓扑群的运算时,要由拓扑群上的子群生成,而且是运动子群,物质运动引起物质间的力和相互作用。运动子群就是运动强度子群,即自旋物理量的“和乐群”,或纤维丛。在应用数学上,表示为斯托克斯形式,或泊松括号,或对易子形式。

一家之言,不对之处请谅解。


谭宏21

头条里怎么会有傻子问这么高深的问题。

相对论来自爱因斯坦,他不认同量子理论,但他却因为量子理论获得诺贝尔奖。

他对量子理论的最著名反驳言论是:上帝不抛塞子。

相对论和量子力学的区别主要是奇点,量子理论没有奇点说,而相对论则有奇点说,宇宙所有的规律会做奇点处坍塌。都不适应。

但是社会科学的发展又发现量子力学越来越适合研究宇宙科学。

相对论和量子理论不是对错关系,而是互补关系。这是霍金说的


Hess1163173093

相对论和量子力学揭示的是宏观和微观两个不同领域的规律,相对论无法解释微观粒子,同样量子力学也无法解释宏观宇宙,之所以出现这样局面是因为两者都没有解开宇宙本源规律,它们只是在人类现有认知水平上的经验性规律,比如质能方程只是个经验公式,表达物质“湮灭”后会释放多大能量,这里的湮灭是人类目前认知的湮灭,就像古人认为碳燃烧就是湮灭过程一个道理,其实不然,只是超出我们现在认知而已。有质量物质为何会造成空间扭曲?其机理是什么都是未知数。量子力学更不用说了,至今还有科学家不认可这个理论呢。总之一句话我们离真正的真理还有很远距离,所以才有真理是相对的说法,严格来说都不是真理,充其量是经验总结性规律。


漏风云客

广相认为世界是连续的,而量子力学认为是离散的,广相认为世界是决定的,而量子力学认为世界是概率性的,在关于世界的最底层方面,两者水火不容。关于世界最底层最基础方面的内容有决定性离散性局域性之类听了就觉得很奇怪的东西,我们日常生活中很少听见,最常听见的就是两者关于引力的认识,广相认为引力不存在,只是空间的弯曲,而量子力学认为引力是存在的,有引力子和引力场。


水滴的三体

在质量上看,小的小到无界地分,大的大到惊人,什么黑洞呀。我相信马克思的量变质变定律。所以,以质量范围确定其物理规则,牛顿定律有其相对应的质量范围,爱因斯坦的相对论也应有其相对应的质量范围,不能也不可能相对应的质量是无限小的东西。量子力学,也应是目前认识的质量划分上最小“量”级的东西相对应的物理规则了。

质量极大的物质,一般质量的物质的物理规则对其也是不符合的。什么样的量级就有什么样的规则,物质世界就是这个理,就是这样子。

科学只能解释宇宙的运动,不能解释宇宙的起源,和最终归宿状态。


观彩云

简单来说,这些理论都是针对特定现象,条件、环境下归纳总结的,明显带有局限特色的理论!只适用于特定现象与相对应条件下的其它理论很正常!

唯一可以通用的理论只要《大统一理论……》,也就是所有现象中都包含的因素“力”的理论类!


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