四維空間中的量子力學是不是不成立的?

舞夜心動--靈魂的主宰者

題主你好。我們生活在三維空間,並不生活在四維空間,所以四維空間下的一切理論都沒有理由成立,除非有實驗能證明存在高維空間。

我們生活在三維空間,但同時生活在四維時空。四維時空不等於四維空間,雖然它們的維數一樣,但是卻有一些內稟性質的差異,導致四維時空存在著四維空間不具有的性質。它們的物理性質差異十分巨大的,簡單說幾個不同的地方:平直四維空間沒有相對論協變,沒有洛倫茲收縮;而平直四維時空存在相對論協變和洛倫茲收縮。

量子力學在低能低速極限下,是十分完美的理論;但是一旦考慮相對論性量子力學,一切都變得不完美!負概率、負能量態紛紛出現,更嚴重的是連因果律都能被破壞掉。一個相對論性的理論居然否定了相對論的基本結論,這是不可容忍的!所以,相對論性量子力學,無論是多少維,都註定是不自洽的!這一點也在早期弦理論裡面有所體現。早期弦理論也就是南部陽一郎等人建立的玻色弦理論,其量子化結果也是存在快子(破壞了因果律)。而在四維時空下,一個可能的解決途徑叫:場論化模型。把原本描述點粒子的波函數看成是場的表徵,場決定了粒子的一切性質。這種方法可以通過引入反粒子嚴格消除負能態問題和快子問題,同時用散射振幅來解釋原來的概率——負概率可以嚴格消除。量子場論在這幾個方面十分成功,因此相對論性量子力學便成為了歷史。作為一個不合格的理論,相對論性量子力學只出現於量子力學教材裡。現如今的場論書籍也不再提“相對論性量子力學”這個名詞。

其實這裡面引申出來的話題有很多:比如說平直時空過渡為彎曲時空,量子理論又是什麼樣的;再比如說,高維空間如果是存在的,那麼又該如何改寫我們現有的理論。這些問題其實都屬於物理學探索的問題。前面一個問題是量子引力,後一個問題是高維時空理論——可能也是量子引力。


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