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量子物理和相对论的本质区别是什么?

科普小知识2022-10-27 11:26:48
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简而言之,“相对论”和“量子物理学”之间最本质的区别在于两者所描述和解释的物理现象是不同的。

就爱因斯坦的“相对论”而言,“狭义”和“广义”都只能描述“亚原子粒子”水平以上的物理现象。“狭义”主要解释当一个物体以恒定速度运动时,为保持光速不变而进行的时空转换。“广义”是用“狭义”的理论基础来几何化“时空”(时空,由于物体的运动而由时间和空间融合形成的单一四维结构),使其具有物体的一般性质和曲率,从而从根本上分析重力从远处运行的方式,弥补牛顿经典力学的不足。

应该注意的是,“相对论”中的大多数方程不能站在“亚原子粒子”的尺度上。在量子水平上?2000年??几乎所有的物理现象都不能用经典力学和“相对论”来解释。例如,“真空涨落”(粒子不断在真空中诞生,然后相互湮灭)、“量子跳跃”(粒子轨道的突变)和“量子纠缠”(两个相距甚远、没有物理联系的粒子可以基于量子态相互反应)等。是量子物理学中的独特现象。

为了从微观角度理解宇宙,“量子物理学”与“相对论”几乎同时开始。卡西米尔曾经试验过将两块普通金属板贴在一张纸的厚度上,然后放在真空中。几年后,两块金属板被真空完全“吸”在一起,这实际上是真空中基本粒子的推力造成的。类似的奇怪现象在经典物理学中不存在,也不能用“相对论”来描述。

此外,“量子物理学”还包括现代物理学的另一个分支:“粒子物理学”(或“高能物理学”,粒子物理学)。粒子活动的研究需要相当复杂的设备和巨大的能量,例如欧洲粒子物理研究所在日内瓦建立的大型强子对撞机。原因很简单:对于量子水平上的所有物体,人类不能用肉眼或借助任何显微镜设备来观察它们。它们的性质和效果只能通过打破常规的特殊实验方法和思维方式(经典力学和“相对论”)来探索。

值得一提的是,爱因斯坦直到去世才完全理解“量子物理学”。他与量子力学的创始人尼尔·玻尔争论。爱因斯坦说过,“上帝不会掷骰子”。但是波尔说,“不要告诉上帝该做什么!”这两个对话显示的是“相对论”和“量子物理学”之间的本质区别,也就是说,它们不能解释对方研究的大多数物理现象。

爱因斯坦认为宇宙中绝大多数事件和物理现象都可以用定律和公式(经典力学和相对论)来描述和预测,而玻尔则从量子物理学的角度出发,认为一切事物在量子层面上都是“不确定的”。只有当人们开始测量的时候,物质的性质才会被确定。这是爱因斯坦所不能接受的,也反映了相对论和量子物理学之间的明显区别。

综上所述,相对论解释了人们无法从宏观层面观察到的“时空转换”现象,使我们对时空的本质有了更深刻的理解。但是“量子物理学”描绘了人们在微观层面上无法感知的量子和亚原子层面上的基本物理现象,并将它们与我们的现实生活联系起来。“相对论”和“量子物理学”相辅相成,从宏观和微观两个层面共同描述了整个宇宙中绝大多数的运动模式和自然规律,但各有利弊。

这里补充一些题外话,物理学发展的最终目标是把所有现存的物理理论统一成一套描述整个宇宙中所有物理现象的物理理论。可以想象,最终,“相对论”和“量子物理学”都将失去它们现有的功能并继续存在。