為什麼量子力學和相對論有沖突？超弦理論或将統一實體學

牛頓力學在過去兩百年内穩穩地統治着實體學。這種情況直到20世紀才被打破，牛頓力學遲遲解決不了

黑體輻射

和

光速不變

這兩朵實體學天空中的烏雲，這兩大問題的解決也分别催生了量子力學和相對論。

相對論和量子力學都可以說是人類智慧的結晶，它們都經過了最嚴格的實驗驗證，都是目前最成功的理論。 但是量子力學和相對論卻有着難以調和的沖突，愛因斯坦晚年為了解決這個沖突曾一度緻力于勾畫大統一理論，然而事違人願，愛因斯坦直到去世都沒有解決這個問題。

大家知道，牛頓力學在宏觀低速的世界裡很适用。但是在宏觀高速領域就需要相對論來解釋了，在微觀高速領域就需要相對論量子力學來解釋了。

其實量子力學和相對論的沖突重要展現在《廣義相對論》中的引力上。我們知道相對論分成《狹義相對論》和《廣義相對論》，前者發表于1905年，并沖破了牛頓絕對時空觀的桎梏，是對時空觀的全新诠釋，但卻隻适用于慣性系。而《廣義相對論》是對狹義相對論的推廣，進而更好的闡釋了引力的本質隻是時空彎曲的表象，并适用于非慣性系，且具有協變性。

量子力學和相對論的沖突不在狹義相對論的時空觀上，而是展現在廣義相對論上。 我們知道，大自然中有四種基本互相作用力，分别是強互相作用力，弱互相作用力，電磁作用力，還有引力。而前三種力都是屬于量子力學研究的範疇，隻有引力是廣義相對論研究的範疇。相對論中的引力必然屬于經典世界。而其他三種力都屬于超乎常理的微觀世界，用相對論解釋前三種力顯然是不行了。同樣地，用量子力學解釋引力也顯然是行不通的。而且在微觀領域，粒子的運動極其詭異，它們既是波粒二象性的，又遵守态疊加原理，甚至還有魔鬼般的超距作用——量子糾纏。而電子繞原子核運動并沒有固定軌道，它們會随機出現在原子核外的某一空間點上，而我們隻能用電子雲這樣的機率方式來量化電子的運動軌道，那麼廣義相對論的引力方程顯然是不能解釋這種現象的。

近一百年來，實體學家們都嘗試着統一相對論和量子力學，企圖找到大統一理論來調和雙方。但是很遺憾，但目前為止，大統一理論并未建立起來。但被衆多科學家給予衆望的大統一理論便是超弦理論。超弦理論認為量子力學和相對論都不是終極理論，因為物質的本質并不是實在的，微觀粒子隻是非物質狀态的一種弦的振動。弦的不同形式振動會産生各種最基本的物質粒子。這樣以來，大自然中的四種基本互相作用就可以被統一起來了。

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原文釋出時間為：2017.12.25

本文作者：科學認識論

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