理论教育 量子力学和狭义相对论之间的矛盾及解析

量子力学和狭义相对论之间的矛盾及解析

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,科学家应用来解释微观世界的物理理论主要是量子力学和狭义相对论。首先,我们知道狭义相对论有两大假设,其中第一个假设就是“相对性原理”,这个假设认为每一个惯性系统都是相等的。通过这个系统,人们就可以知道哪些惯性系统是动的、哪些惯性系统是静止的,这就违背了相对论里的“相对性原理”。因此,在目前解释微观世界的两大支柱理论之间,存在着一个极大的矛盾。截至目前,这个矛盾仍没有得到解决。

量子力学和狭义相对论之间的矛盾及解析

除了上述科学家所表达的对于量子物理的困惑,我们今天所了解的关于微观世界运动规则还有一些更深层次的难题。目前,科学家应用来解释微观世界的物理理论主要是量子力学和狭义相对论(STR)。但如果我们仔细地研究这两个理论的物理基础,就会发现它们是互相矛盾的。首先,我们知道狭义相对论有两大假设,其中第一个假设就是“相对性原理”,这个假设认为每一个惯性系统都是相等的。宇宙中没有一个特殊的参考体系来让我们知道什么是一个静止的惯性系统,什么是一个以恒定速度移动的惯性系统。如果这个假设是对的,那么宇宙里的真空就必须是空无一物;否则的话,它就会有一个静止的参照系统。通过这个系统,人们就可以知道哪些惯性系统是动的、哪些惯性系统是静止的,这就违背了相对论里的“相对性原理”。

但是在量子理论里面,真空不可能是空的。粒子不可能从空无一物的真空中突然地被创造出来。这样一来,电动力学里面的所有计算,包括粒子的产生和湮灭都是没有意义的。根据狄拉克的电子理论,真空中充满着负能量的电子,这样才可以解释反粒子的出现。具有反粒子的不仅仅是电子,还有其他所有的费米子。根据狄拉克的电子理论的引申,真空中应该充满了无数的负能量的费米子。

近代,有些粒子物理学家认为粒子的产生是由虚拟粒子变成实体粒子的过程。不过即使在这样的理论里,人们还得解释,真空中何以能充满了各色各样的虚拟粒子呢?(www.daowen.com)

事实上,量子电动力学已经清楚地表明,真空中每一种的震荡波都有一种零点能量(zero point energy),这个能量被认为是真空物理性质的一部分。如果真空只是一个空虚的空间,那是无法解释这种零点能量的存在的。

因此,在目前解释微观世界的两大支柱理论之间,存在着一个极大的矛盾。截至目前,这个矛盾仍没有得到解决。

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