Question

相对论和量子力学之间的矛盾是什么？

Answer 1

“物理”，是人类研究宇宙中物质基本结构和物质运动规律的学科，简单来说，物理就是一门 探索 宇宙本质，挖掘宇宙起源奥秘的学问。地球上的每个人都想找到生命的意义，可是生命存在的“意义”没有标准答案，每个人都能找到属于自己的意义，而在物理学中，我们可以去 探索 宇宙存在的意义，以及宇宙演化的过程。

每当我们提到科学家，第一时间想到的肯定是物理学家的名字，比如说“牛顿”“爱因斯坦”“霍金”这些知名的科学家都是物理学家，同时物理学家的数学一般都不会太差，这些顶级物理学家都是超乎我们想象的“天才”。

物理学家的伟大在于他们的发现可能会改变整个世界，物理学一直在塑造着我们对这个宇宙的基本认知，比如说爱因斯坦的广义相对论直接改变了我们对时空的认知，哈勃证明了宇宙在膨胀，直接改变了人类对宇宙整体的认知，量子力学的诞生改变了我们对微观粒子的认知，甚至让我们对宇宙的本质产生了怀疑。

目前，人类物理学两大理论基础是“相对论”和“量子力学”，可以说人类对宇宙的全部认知都包括在这两个理论中了，可是这两个理论之间却存在着和比较大的“矛盾”，为什么量子力学和相对论无法相容呢？

相对论，是爱因斯坦提出的理论，可以分为“狭义相对论”和“广义相对论”，是一门研究“时空”和“引力”的理论，在最近一些年，物理学家认为人类现在的物理理论可以分为“经典理论”和“非经典理论”，所有的量子理论都属于“非经典理论”，如果从这个角度去思考的话，相对论也应该属于“经典”理论，这里的经典是指类似于经典力学这种建立于人类的认知和常识的理论。

爱因斯坦的相对论对人类世界影响深远，远远要比量子力学的影响大，狭义相对论的质能方程成为了人类核能的基础，不论是核电站还是原子弹都建立在质能方程这个理论基础之上。

在人类的传统认知中，质量和能量是八竿子打不着的两个观点，但是在相对论中指出，质量和能量其实是等价的，物质具备的能量会以质量的形式体现出来，因此所以的物质其实就具备着大量的能量，但是只有在十分极端的环境下，物质内具备的能量才能被释放出来。

在广义相对论中，重新定义了时空和引力，经典力学崛起于牛顿定义了引力这个概念，爱因斯坦第二次定义了引力，他认为引力并不是某种力，是“时空弯曲”，一个物体的质量会引起时空的弯曲，质量越大，物体的密度越高，让时空弯曲的程度就越高。不只是空间会弯曲，时间也会弯曲，因为时间的本质就是在描述物体运动快慢的物理量，当空间产生弯曲时，物体在这个弯曲空间移动的时间也会相对变慢。

相对论主要研究在高速运动和强引力场的情况下物质的规律，可以说相对论就是人类研究宇宙中宏观物体的理论基础。

相对论的提出，间接地促使了量子力学的诞生，爱因斯坦也为量子力学提供了许多帮助，他是量子力学重要的奠基人之一。

时至今日，量子力学仍然是最让人费解和疑惑的理论，因为量子力学中的一些现象完全颠覆了我们的认知，并且在经典力学中完全没有类似的现象，相对论只要你仔细思考一下就会会发现，爱因斯坦的理论还是很合理的，但是量子力学中的想象会让你怀疑这个世界的本质。

在薛定谔这个猫这个思想实验中，猫的生死由镭的衰变决定，但是镭的衰变时间是无法预估的，它可能已经衰变了，也可能永远不会衰变，只有你打开装着猫的盒子才能判断这个猫的生死，但是你打开盒子的动作会导致猫咪的死亡，所以在你没有观察这个猫的时候，猫的状态就和镭一样，处于“又生又死”两种状态的叠加态中。

后续的一系列研究指出，观察者的观察可能会影响宇宙中已经发生的客观现实，在我们观察不到的地方，所有的量子都是处于“波粒二象性”的叠加态中，只有在我们观察后才能确定这个量子的状态。

还有“量子纠缠”这样的神奇现象，我们暂时无法解释为什么量子纠缠后的两个量子可以在瞬间做出变化，即使这种变化不传递信息，它仍然是超远距离的“瞬间作用”。

量子力学主要是研究宇宙最基本单位的构成和变化，也就是各种基本粒子是怎么组成我们这个宇宙的。

很多人认为，量子力学和相对论的矛盾是因为“量子纠缠”这个现象无法解释，因为在相对论中是不允许超光速现象存在的。

其实相对论和量子力学最大的矛盾并不是量子纠缠，而是两个理论对于四大基本力的解释无法相容，同时在数学上也无法相容。量子力学目前已经统一了宇宙中的三种基本力：“电磁力”“弱力”“强力”，但是量子力学无法解释引力的是怎么存在的。

量子力学认为宇宙中的一切现象和力的传递都可以被视为基本粒子交换产生的，但是引力无法量子化，量子力学为了解释引力塑造出了“引力子”这个概念，但是始终没有找到真正的引力子，相对论对引力的描述才是最正确最合理的。同时在数学上，两者也无法相容，无法被归纳于一个标准模型下，可以说引力是量子力学解释整个宇宙的最后一块拼图，但是量子力学似乎对引力有些无能为力。

除此之外，两个理论的宇宙观也存在矛盾，从量子力学的角度去思考，这个宇宙是遵从“决定论”的，而在量子力学中，宇宙的本质是非决定论，一切都是不确定的。

量子力学和相对论是从不同尺度描述宇宙的两个理论，一个描述宏观，一个描述微观，存在无法相容的地方很正常。或许人类未来的理论，可以整合这两个理论，成为真正的“大一统理论”。