最后更新: 2025-11-11 16:25 查看: 21 次纠错评论(0) 课件开VIP

量子论与相对论两种法则

相对论和量子论是现代科技的两大基础支柱．相对论学说几乎由爱因斯坦 ＂孤军奋战＂而创立，而量子理论的创立是一大批伟大科学家的功劳，其中包括了爱因斯坦．在量子物理学的诞生过程中，爱因斯坦同样花费了不少心血，做出重大贡献。从量子理论创立初期的光电效应，到后来的＂爱因斯坦－玻尔世纪论战＂，无不体现出他超常的智慧与才华．爱因斯坦对量子物理学完备性所提出的种种质疑，大大加速了量子大厦的完备进程，同时，也体现出爱因斯坦独特的思维方式，因为量子理论与广义相对论对客观世界的描述及研究方法是天差地别的．

1．量子理论的特征
量子论是描述微观世界的科学体系，它成功地解释了微观世界的客观规律以及由大量微观粒子所组成的宏观体系的规律，是概率论描述．

量子论采用概率论描述微观粒子，即微观粒子在空间是以某一概率出现的，波函数模的平方 $|\psi(\boldsymbol{r}, t)|^2$ 代表粒子在某空间 $\boldsymbol{r}$ 和时间 $t$ 出现的概率；我们可以求得微观粒子在某时空出现的概率，但无法知道它究竟在哪里，也不知道它如何运动，因为它的运动没有轨道，这就是所谓的＂物质波＂；另外，量子体系波函数 $\psi(\boldsymbol{r}, t)$一般是连续、有限、归一的，满足叠加原理；波函数满足薛定谔方程，求解该偏微分方程是决定论的描述方法．

量子论的基础之一是微观粒子具有波粒二象性，由此可导出海森伯不确定性原理：两个不对易的可观测力学量不能同时具有确定值，不能具有共同本征态。如果两个力学量属于不同自由度，则彼此一定对易，可以同时被确定。

量子纠缠是一种量子关联，它涉及不同自由度的两个或多个彼此对易的可观测量的共同测量结果之间的关联．量子纠缠是根本的，是非局域关联，空间距离无关紧要，具有＂离奇的超距作用＂。

2．广义相对论的特征
广义相对论是一种引力理论，它是关于宇宙间引力本质的科学体系，成功地解释了宇宙学中的诸多问题，如时空弯曲、引力红移、引力波等，是决定论描述．

广义相对论认为空间和时间均是相对的，四维时空与物质分布密切关联，是连续光滑弯曲的，时空曲率与能量动量的对应关系由爱因斯坦场方程描述，这是一种决定论描述方法。

时空是基本的，不可能存在非局域关联，不存在＂超距作用＂．引力的传播速度即真空中的光速，是宇宙中的极限速度．

可以看出，量子论与相对论均非常成功，但相互之间是不相容的．一般而言，物理学家相信宇宙的规律是统一的，宇宙不可能拥有两种法则。那么如何解决这一冲突？解决此冲突时是否会诞生更高层次的物理规律和理论？等等，这些均是当今物理学领域的前沿课题。例如，从量子引力观点看，将引力量子化时，引力子是必定出现的，从而引力能量可以是一份一份的，由引力子作为载体将引力能量传递到无限远处。在量子物理学中，引力子被定义为一个自旋为 2 、质量为零的玻色子。不过，迄今人类尚未直接证实引力子的存在。将来，如果能直接探测到引力子，并掌握其各种物理属性，那么毫无疑问，未来物理学将会在此发生天翻地覆的变化，并在各种应用技术领域（如引力通信等）开辟崭新的局面．

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