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为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-10-11 08:40:10

为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

让我们把事情反过来看。为什么要把它们统一起来那么容易呢?为什么要统一呢?为什么我们期望能够统一一切?

我们称之为科学的辉煌的(而且极其有用的)交叉支撑的知识大厦的发展历程是一个统一的过程。

人们发现生物学(在一定程度上)依赖于化学。化学被发现依赖于原子的性质,即物理学。在物理学中,我们认为是独立的事物,比如电和磁,后来被认为是同一基本现象——电磁的不同表现。

为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

支配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,一种完善的量子力学,把强大的核力(把核子结合在一起)带入了一个单一的框架。

所以这里我们看到了另一种统一的“力量”的进入,数学作为科学项目的通用语。

为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

用数学语言恰当地表达物理定律的奇迹是一份美妙的礼物,我们既不理解也不值得拥有。

我们很快会回到这个问题上。

所以,比量子场论(QFT)和粒子标准模型(又名波量子)物理学更早开始,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。

为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

现在有些人声称QFT和GR是不相容的,这不是真的。事实上,QFT是一个完全相对论的理论。症结在于QFT是建立在现实是离散的基础上的,基本元素是作为量子存在的。GR是一个连续的-有些人可能会说经典-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。

但是为什么QFT和GR可以而且应该被统一,或者被一些更基础的——毫无疑问仍然是数学的——理论取代呢?

一个答案是,过去是未来的某种指南。通过寻找某种较低层次的框架来寻求统一,在这种框架中,不同的事物神奇地变得相似,这种方法一直以来都很有效,而且确实卓有成效。

为什么统一量子物理学和相对论如此困难?

然而,这只是把问题降低了一个层次。为什么这种方法会奏效?Max Tegmark给出的一个答案是,这是因为现实本身就是一个数学对象;不仅仅是数学模型,而是数学的固有组成部分。他的假设是数学,而不是物理科学的女仆,是宇宙的结构(或多元宇宙,如果你是泰格马克)。

这些观点无疑是边缘的。但是想想,如果我们真的能够推动OP提到的统一,也许我们就更接近泰格马克的观点了。也许现实的基本组成部分不是夸克或弦,而是方程。

也许柏拉图终究是对的……

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