如何理解狹義相對論、廣義相對論和量子力學?

超光速AT


自文藝復興時期到十九世紀,屬於經典力學的時代。由此形成了機械的世界觀,即自然界是由物質構成的,而物質是由原子及其組合形成的,物質的性質也是由原子的性質決定的。

經典力學是一種忽略空間效應的一維理想的物理理論。在經典力學看來,空間只是承載物質及其運動的框架。

然而,當人類的認識超出與人的尺度相近的宏觀範圍時,科學家👩‍🔬們發現了許多新的現象,這些現象僅靠物質本身的性質是無法解釋的。

比如,物質的運動速度受到光速的限制🚫,無法超越光速。

比如,物質會使光子行進的路線發生改變。

比如,微觀粒子普遍存在波動性。

如果我們將上述現象,單純地歸結為物質的內在屬性,就會使物質顯得異常詭異。

反之,如果將這些現象歸結為物質外在物理背景的影響,即任何物質的行為都是二維的,是由物質與其物理背景的相互作用決定的,則不僅物質的行為是可以理解的,而且還使我們獲得了一個統一的有機世界觀。

狹義相對論、廣義相對論和量子力學分別是高速、宇觀和微觀三個領域關於空間效應的理論。

由於普朗克常數h的被發現,以及在任何物理現象中都留有該常數的身影,所以我們的宇宙是量子化的。確切地說,宇宙是由量子構成的。

於是,離散的量子構成物理背景即空間,而由高能量子組成的封閉體系構成物理對象即物質。

於是,當物質接近光速運動時,會引起空間量子大量的不對稱碰撞💥,產生光障現象。

於是,大物質會對外輻射☢️熱能,使量子空間形成熱的梯度分佈。當光子經過時,會因空間量子的不對稱碰撞而改變其原有的路徑。

於是,當物質的半徑遠小於空間量子的間距時,就會受到空間量子的不對稱碰撞,從而產生不規則的運動,表現為波動性。

由於狹義相對論、廣義相對論和量子力學都只是關於作為物理背景的空間效應的初級理論,尚停留在唯象的水平,所以這三個理論只建立了現象之間的外在聯繫,卻沒有提出產生這些現象的內在物理機制。

於是,上述三個理論無法在量子空間的基礎上統一起來,顯現為三個截然不同的理論。

狹義相對論否定了局部絕對空間,廣義相對論將物體的行為歸結為空間幾何的變化,而量子力學則認為世界是概率的。

總之,狹義相對論、廣義相對論和量子力學的認識意義,在於它們是關於空間效應的理論。然而,上述三個理論的侷限性則在於缺乏統一的物理機制,使人類的認識停留在唯象的層面上。


淡漠乾坤


要想通俗的理解狹義相對論、廣義相對論、和量子力學還是比較容易的,但要深層次的理解還是有一定的難度。

狹義相對論:狹義相對論中的“狹義”表示它只適用於慣性系,從這個理論出發愛因斯坦提出了狹義相對性原理和光速不變原理。按照狹義相對性原理我們知道,在同一個慣性系中存在統一的時間,而在不同的慣性系中可能就不同時了,這就是同時的相對性,因此在同一慣性系中,時間進程相同,在不同慣性系中時間進程不同。


光速不變原理指的是光相對於任何參考系速度都是不變的,舉個例子,如果你在一艘0.8C速度的宇宙飛船上發出一束光,那麼宇宙飛船發出來的光不會以1.8C的速度前進,它還是以C的速度前進。



另外狹義相對論還提出了牛頓經典力學中所沒有的效應如時間膨脹(在運動慣性系和靜止慣性系內時間進程不一樣,運動慣性系內時間進程較慢)、長度收縮(運動的物體比原來靜止的時候會變短)、質增(運動的物體重量會逐漸增加)、橫向多普勒效應、質能方程等,另外狹義相對論認為任何有靜止質量的物體都無法超過光速。

廣義相對論:廣義相對論是一種關於萬有引力本質的理論,它可以使用於包括非慣性系內的一切參考系。廣義相對論有兩個基本原理,一個是等效原理(慣性力與引力場的動力學效應是局部不可分辯的),另一個是廣義相對性原理(所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式)。廣義相對論描述物質間引力的相互作用,它把引力場解釋為時空彎曲。它直接推導了一些大質量的恆星會終結為一個黑洞,在黑洞這個區域連光都無法逃逸。廣義相對論表明,光線在引力場中會發生偏折從而形成引力透鏡現象,這樣可以使我們觀察到遙遠處天體的多個成像。廣義相對論還預言了引力波(類似於水中泛起的漣漪)的存在,目前已經被證實。



量子力學:在微觀系統中,有很多現象都是經典理論無法解釋的,因此量子力學發展起來。量子力學研究的是微觀世界粒子的運動規律,它主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構性質等的理論。


在量子力學中,一個物理體系(也可以一個原子、一個電子)的狀態可由一個狀態波函數表示出來,這個波函數的任意疊加仍可表示這種體系的可能狀態,在微觀系統中有很多都是靜。(量子力學雖然學過,但只是大概清楚它講的是什麼)

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星空最前線


首先,時空非連續的,至少在我們這個維度的宇宙是非連續的。到了極限小的尺度上,時間和空間,都是粒子性的,並且以波的形式震盪。這是因為,物質的本體是連續的,在這一時空的投影是非連續的。這個維度相當於高維度的偏導數。時空在微觀上不連續,但是在宏觀上看起來似乎是連續的,那是由於尺度不同造成的。時間與空間的本質並無不同。是一種空,這種空可以照見物質在這一維度的投影。所以E=M*C²實際上是物質本體在三維空間上的能量投影。在不同維度上,是有著不同能量的。我們的三維空間實際上是在四維空間或者更高維度上收斂的,收斂為高維球體。這個空間曲率是和C²有關的。超過光速會從這個維度上逃逸,逃逸後的時間方向就不是一致的了,所以會導致在我們所在的時空,超光速無意義。高維度引力將我們釘在這一時空的表面上。時空自旋,造成了我們看似不能逆轉的運動。電子在同一軌道上的電子對自旋相反,其實是因為一切都是空,這一對電子能量最低的配對是角動量相反。無窮大和無窮小實際上是由於觀察的角度不同造成的。所以,量子力學和相對論的關係,表面上看是矛盾的,實際上是統一的。


沒有雨的秋天


你說的問題可能就是想了解這三個近代物理成果主要說的是什麼,有什麼意義。簡單說一下:

1.狹義相對論:以往我們都有一個認知,有些物理量是相對的,可變的,如速度,距離,但有些是不變的,如時間,長度,質量。無論他靜止還是運動,他的長度,質量都是不變的,對於任何狀態來說時間都是一樣的。但狹義相對論告訴我們,不同的參考系下時間,長度,質量是不同的。

2.廣義相對論:牛頓說兩個有質量物體之間有吸引力,叫萬有引力,但是什麼沒說,廣義相對論解釋了引力是空間扭曲造成的現象。

3.量子力學:研究微觀世界的學科。量子直白的意思就是一份一份不連續。當人類研究到微觀世界時發現和以往認知的宏觀世界不同,很多現象已經違反了常識,比如微觀的疊加態,微觀世界研究最開始顛覆性的觀念是普朗克的量子化學說,由此引出的微觀世界的研究理論歸納為量子理論範疇。


Muandkamu


在狹義相對論使用在交通工具上觀察是一條垂直線,在地面觀察是一條斜線,這種曲解客觀事實真相的理論來推導出來方程式。我在看狹義相對論,從火車窗口鬆手落下石頭是垂直線,與客觀受力原理不合,開頭不對,怎麼思維下去,狹義相對論,我學習的是PDF板,下面是第七頁的一部分課文,課文中在 車窗口鬆手丟下石頭是直線落下,我們知道人或物在勻速行駛的火車中,已經獲得與火車同步的慣性力,在窗口鬆手落下的石頭,應該是受慣性力與地心引力的共同作用下,是一種合力的作用,無法垂直成直線落下,直線落下與客觀事實不符。課文:設一列火車正在勻速地 行駛,我站在車廂窗口鬆手丟下(不是用力投擲)一塊石頭到路基上。那麼,如 果不計空氣阻力的影響,我看見石頭是沿直線落下的。從人行道上觀察這一舉動 的行人則看到石頭是沿拋物線落到地面上的。現在我問,石頭所經過的各個“位 置”是“的確”在一條直線上,還是在一條拋物線上的呢,還有,所謂“在空間 中”的運動在這裡是什麼意思呢?根據前一節的論述,就可以作出十分明白的答 案。首先,我們要完全避開“空間”這一模糊的字眼,我們必須老實承認,對於 “空間”一同,我們無法構成絲毫概念;因此我們代之以“相對於在實際上可看 作剛性的一個參考物體的運動”。關於相對於參考物體(火車車廂或鐵路路基) 的位置,在前節中已作了詳細的規定。如果我們引人“座標系”這個有利於數學 描述的觀念來代替“參考物體”,我們就可以說,石塊相對於與車廂牢固地連接 在一起的座標系走過了一條直線,但相對於與地面(路基)牢固地連接在一起的 座標系,則石塊走過了一條拋物線藉助於這一實例可以清楚地知道不會有獨立存 在的軌線(字面意義是“路程——曲線”);而只有相對於特定的參考物體的軌線。

歷史的車輪滾滾向前,公元日曆時間不理會相對論的速度會使時間變慢的觀點,快邁進2019年。人類在漫長的生存過程中,在生產實踐,科學實踐,社會實踐中,創造了時間列車,我知道有農曆日曆 ,公元日曆,這裡主要講人類創造公元日曆已經2018年,伴隨歷史的滾滾車輪前進著,直到相對論發生,提出速度越快時間變慢的觀點,我是從頭條問答中得知。速度越快時間變慢是否對公元日曆這列伴著歷史的列車產生影響呢?2018年前公元日曆創立的時候,應該是在馬車的時代,現代有自行車速度,汽車速度,航空母艦速度,高速火車速度,飛機速度,導彈速度,火箭速度,人造衛星速度,都沒有拖住公元日曆時間伴著歷史的車輪,邁進2019年。


KongZWang


當然是有衝突的,而且至少現在這兩者是難以調和的。不論狹義相對論還是廣義相對論,都和量子力學有衝突,主要體現在兩方面:1 決定論 2 定域性。廣義相對論和牛頓力學一樣,只要給定宇宙任意時刻所有物質的態,則宇宙此後的演化就決定下來了;而量子力學的幾率假說則不是決定論的。2 相對論裡規定了了一個速度上限光速,信息傳播速度不能超過光速,而量子力學的波函數理論上是彌散到全宇宙的,宇宙中任意兩點在某一給定時刻都會有關聯。而Bell不等式被證否表明(一般認為,也有爭議),決定論和定域性是不可能同時都對的。 另外,廣義相對論是處理引力的理論,而引力在量子力學和量子場論的框架下一般認為是不能量子化的,雖然有圈量子化等一些學派,但是現在看上去比較有希望量子化引力的只有超弦-M理論,而該理論現在離能提出被檢驗的實驗的階段還早得很。 量子力學和量子場論都是建立在歐幾里德空間或閔可夫斯基時空下的,時空不僅是連續的還是平直的,至於為什麼不是彎曲時空,這正是引力量子化的困難。不確定性與時空的不連續性毫無關係。


張敬虔


這哪是這裡幾句話就可以說清楚的。人類理論的基礎。現在仍未能搞懂呢。


貓先生內涵科普


量子與連續性是這個世界的兩個方面,也可以是同時存在……首先是二種方法都有點停遲不前!原因呢?有二:1.都有缺憾2.世界不是一二個方程式就能說明白的3.我們把上帝看得也忒簡單了!4.我們應該把世界看大點,別老拿手上掂量……到是應該掂量掂量自己!?5.我們的認識可以一直在路上……假如把一切都搞定了,後來的人幹什麼呢?


夾竹桃神


狹義相對論主要是等效性原理和光速不變定律吧,但是有很多侷限性,於是又有了廣義相對論,廣義相對論把引力解釋成了時空的扭曲。量子力學,解釋的是微觀世界,認為能量是一份一份的,並且有很多不確定性。愛因斯坦討厭這種不確定性,他認為上帝是不會投骰子的。


別回頭除非是個美女


狹義論,在慣性系下,沒超越牛氏定律。

廣義論,建立在宇內是"真空"狀態下,想統一場論。

廣義論否決了"以太"。

量子問題,離開"以太"不存在。

就這麼簡單。


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