为什么统一量子物理学和万有引力这么困难呢?

2022-12-02 15:20

2022-12-02 17:47
因为量子物理学能够解释粒子间的强相互作用力和弱相互作用力,但万有引力却是量子力学中未触及到的力,所以想要统一量子物理学和万有引力十分困难,只有在未来量子物理在引力中有突破时 才有可能统一
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让我们反过来说。为什么统一起来很容易呢?为什么要统一呢?为什么我们期望能够统一一切?那么,我们称之为科学的重叠和交叉支持的知识的辉煌(而且非常有用)的发展历程就是一个统一的过程。

人们发现生物学(部分)是依靠化学的。人们发现化学依赖于原子的性质,也就是物理学。在物理学中,我们认为是分开的东西,比如电和磁,后来被认为是相同的潜在现象,电磁的不同表现。

控制放射性衰变的弱核力被证明是统一电弱理论的一个方面,也包括电磁学。最后,量子场论的出现,一个量子力学的改进,把强大的核力(把核子结合在一起)带入一个单一的框架,由著名的复合群控制:

SU(3)×SU(2)×U(1)[1]。

因此,我们在这里看到了另一种统一的“力量”的进入,即使用数学作为科学项目的通用语。或者正如e·p·维格纳所说:数学语言恰当地表达物理定律的奇迹是一种奇妙的礼物,我们既不理解也不值得。我们很快会回到这个话题。

所以,比量子场论(QFT)和粒子(又名波量子)物理的标准模型(又名波量子)更早开始,更早结束,我们有了另一个伟大的成就,爱因斯坦的广义相对论(GR)。另一个理论,另一个数学基础。

现在有些人声称QFT和GR在某种程度上是不兼容的,这不是真的。事实上,QFT是一个完全的相对论理论。问题的症结在于QFT基于离散的现实,基本元素以量子的形式存在。GR是一个连续的——有人可能会说经典的——理论。至少可以说,现实的一部分是平滑的,而其他部分都是凹凸不平的,这似乎是不整洁的。

但为什么QFT和GR可以并且应该统一,或者被一些比这两者都更基础的更基础的——无疑仍然是数学理论——理论所取代?

一个答案是,过去可以指引未来。通过寻找一些较低层次的框架来寻求统一,在这个框架中,不同的人神奇地变得相似,这一直以来都是有效的,而且确实是卓有成效的。

如果没有科学奇才的出现创造一种新的理论或者算法,都是十分艰难的,历史上创造新的理论与技术,都是那些天才的科学家创造出来的
因为这两种学说有很大的区别。实现统一是几乎不可能的。
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