kfk量子力学,广义相对论与量子力学为什么不能统一?

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广义相对论与量子力学为什么不能统一?

目前尚未找到一种完整且满足所有条件的理论能够将这两个理论统一起来,这就是著名的理论物理难题之一:量子引力问题。

存在量子引力问题的主要原因是广义相对论和量子力学的基本原理和数学形式在某些方面存在不兼容性。

一方面,广义相对论描述了引力的几何性质,通过爱因斯坦场方程将引力与时空的弯曲联系起来。这是一个经典理论,它是基于连续流体介质的描述,而量子力学则是描述微观粒子行为的量子理论。因此,在广义相对论中,时空是连续且平滑的,而在量子力学中,存在离散的能级和不确定性原理。

另一方面,量子力学使用波函数来描述粒子的状态和运动,而广义相对论中的时空结构则是连续的。而量子力学中的量子场论使用的是平坦的闵可夫斯基时空结构,而广义相对论中的时空则可以是弯曲和动态的。因此,在融合量子力学和广义相对论时,需要在数学形式和基本原理上解决这两个理论之间的矛盾。

广义相对论和量子力学不能统一的主要原因如下:

两者在解释自然现象时所用的理论基础不同。广义相对论基于广义相对论原理,而量子力学基于不确定性原理。这使得它们的微观时空观也不同,广义相对论的微观时空观是连续平滑的,而量子力学的微观时空观则是不断起伏、涨落的,被称为量子涨落。

另一个问题是量子场的量子化。当涉及到基本粒子的高能现象时,量子力学需要与狭义相对论相结合,这种统一的结果被称为量子场论。然而,当系统是相对论系统时,这种量子化方法可能不再适用。

虽然广义相对论和量子力学在许多不同的应用领域都取得了成功,但在试图统一这两种理论的过程中,仍然存在许多挑战。

minkowski定理?

Minkowski 此后仍继续研究n元二次型的理论。他透过三个不变量刻画了有理系数二次型有理系数线性变换下的等价性,完成了实系数正定二次型的约化理论(1905),现称“Minkowski约化理论”。当Minkowski用几何方法研究n元二次型的约化问题时,获得了十分精彩而清晰的结果。他把用这种方法建立起来的关于数的理论为“数的几何”, 其中包括著名的闵克夫斯基原理。由这里又引导出他在“凸体几何”方面的研究,这项研究的副产品就是著名的Minkowski不等式:{Σ(ak + bk)r}1/r ≦ {Σakr}1/r + {Σbkr}1/r。

数学物理研究

Minkowski早年就对数学物理有兴趣,在Bonn大学任职时,他就曾协助物理学家赫兹(Hertz)研究电磁波的理论。1905年以后,他几乎把所有的精力都放在电动力学上。1907年,Minkowski体悟到可以用非欧空间的想法来理解洛仑兹(Lorentz)和Einstein 的工作,他认为过去一直被认定是独立的时间和空间的概念可以被结合在一个四维的时空结讲中:ds2 = -c2dt2 + dx2 + dy2 + dz2 这种结构后来被称为"Minkowski's World"。据此,同一现象的不同描述能用简单的数学方式表出。这些工作为广义相对论提供了骨架。诺贝尔物理奖得主马克斯·玻恩 (M. Born) 曾说,他在Minkowski的数学工作找到了“相对论的整个武器库”。Minkowski 在这方面的著述主要有1907年的 Raum und Zeit 和1909年的 Zwei Abhandlungen uer die Grundgleichungen der Elektrodynamik。

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