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量子物理和相對論的本質區別是什麼?

2019年05月17日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 3 ℃ 次

【暮氣清明的回答(2票)】:

請問兩者有何共同點

【Again的回答(29票)】:

樓上竟然能扯那麼長。。。。

其實這問題就像在問:蘋果和香蕉有什麼區別? 特麼除了都是水果外就不搭界了好麼

補充下:

額。。原來的樓上到樓下去了

評論裡說這個答案太不嚴肅了,嗯。。仔細想想,確實有不少人把相對論與量子力學相提並論。原因在於兩門學科發端時間太近了:1900、1905。當然這不是巧合,而是建立在傳統電磁學臻於完善的基礎上的。

麥克斯維之後,人們對電、磁、光的理解完全串成串了。 接下來的幾年,人們用傳統的電磁學理論去解釋各種問題,比如天為什麼是藍的(瑞利散射),雲為什麼是白的(米氏散射),等等。很快困惑人的事情就出現了。

第一個:真空中的電磁波波速究竟定義在哪個參考系裡?你看,這是人們發現的頭一個不需要介質就可傳播的波,以往我們說波速(比如聲速),都指的是波相對於介質(比如空氣)的速度。現在沒有介質了,真空中所有的慣性系都平權了,那麼,似乎任意慣性系下光速都該是那麼大?站定的,跑動的,看到的光速都一樣?

第二個:瑞利,金斯把電磁學拿來算黑體(不反射光的物體)在某溫度下的輻射譜,算完發現輻射譜在紫外端發散。啥意思呢?就是你燒一塊鐵(忽略鐵的反光),按照傳統電磁學,燒完後鐵該是幽藍幽藍的(更冷的色譜人眼看不到),而且發光的功率是無窮大。這還不是最駭人的。最駭人的是,只要不是絕對零度(所有物體都不是),物體發光的功率就是無窮大的,也就是說,這本該是閃瞎狗眼的世界。

由第一個困惑,人們發展出了相對論(1905年愛因斯坦論文的名字就是《論動體的電動力學》),由第二個,人們發展出量子力學(量子論其實是最早的正規化手段)。所以說兩者不搭界有點過了,兩者都源起於傳統電磁理論的軟肋。但它們並不是電磁理論的延伸,而是全新的兩門學問,只是恰巧光同時觸碰到了兩個領域(高速與量子性),給咱開了兩扇窗。它們的區別甚於關聯,所以題主與其問區別,不如問關聯來得好。

最後的最後,有答案提到一個是代數的,一個是幾何的 @Poleiman 。如果你是物理系的,不妨看下這篇文章:A geometric approach to quantum mechanics ,量子力學也可以幾何語言描述。

【孤單、狂歡的回答(2票)】:

請自行百度」宇宙的琴弦-格林」。

想了想還是來更新一下。

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格林作為一個理論物理學家,不僅書出了兩本兒,視頻出了也不少。非物理專業的人看他的科普讀物更多是一種樂趣,他的書邏輯清晰,書中將一些經典概念做了很多比喻,簡單明瞭。

缺點就是,他的書中省去了很多數學公式的運算,都收在每一章的最後註釋裡頭。畢竟出書的目的是科普,而不是物理專著,物理相關的專業來看未免顯得有些空泛。

但是格林的目的本身是為了科普大眾的宇宙觀,能激發讀者的興趣的話,那麼本身的目的也就達到了。

以上。歡迎指正。

【理投博爾德的回答(4票)】:

一個使用代數,一個使用幾何;一個物理規律在彎曲時空中方向移動不變,一個在閔氏時空中相位移動不變;一個相互作用定域,一個非定域;廣義相對論中客體運動的作用量必須等於零,而量子力學允許作用量有漲落,以普朗克常數為度量。引力場不可重整化。

【OverlyAttached的回答(56票)】:

簡單來說,「相對論」與「量子物理」最本質的區別在於,兩者所描述和解釋的物理現象(的尺度)不同。

對於愛因斯坦的「相對論」而言,無論是「狹義」還是「廣義」,都只能描述「亞原子粒子」(subatomic particle)級別以上的物理現象。「狹義」主要解釋物體在勻速運動時,為了維持光速這個不變的常量,空間和時間所要做出的變換;而「廣義」則是利用「狹義」的理論基礎,把「時空」(space-time,時間和空間因物體的運動而融合成的單體四維結構)幾何化,使其具有實物一般的屬性和曲率,從而在根本上解析了引力隔空運作的方式,補救牛頓經典力學的不足。

需要注意的是,「相對論」中絕大部分的方程,在「亞原子粒子」的尺度上無法立足。量子層級上的所有物理現象也幾乎都不能用經典力學和「相對論」來解釋。比如「真空漲落」(fluctuattion,粒子在真空中不停地誕生,隨後又相互湮滅)、「量子遷躍」(quantum leap,粒子軌道的突變)和「量子糾纏」(entanglement,相距極遠且沒有物理聯繫的兩個粒子可以相互作出基於量子態的反應)等等量子物理上特有的現象。

「量子物理」的起步與「相對論」差不多在同一時期,目的就是為了從微觀上瞭解宇宙。卡西米爾曾實驗將兩塊普通金屬板貼到比一張紙的厚度還近,之後放置在真空裡,數年以後,兩塊金屬板被真空完全「吸」在了一起,這實際上是由於真空中的基本粒子的推力所致。類似的奇異現象,在經典物理學中根本不存在,也更無法用「相對論」來描述。

另外,「量子物理」也包含現代物理學上的另一個分支:「粒子物理」(或稱「高能物理」,particle physics)。研究粒子的活動,需要依靠相當精密的設備和巨大的能量,比如「歐核組織」(CERN)在日內瓦建立的「大型強子對撞機」等。原因很簡單:對於量子層級上的一切物體,人類是無法用肉眼或借助任何顯微設備觀測到的,它們的性質和影響只能通過特殊的試驗方法和打破常規(經典力學和「相對論」的理論)的思維方式來探究。

值得一提的是,愛因斯坦直到去世也沒有能完全搞懂「量子物理」。他曾與量子力學的奠基人尼爾·波爾爭論。愛因斯坦說:「上帝不擲骰子」。而波爾卻說:「別告訴上帝該怎麼做!」 這兩句對話所展現的正是「相對論」與「量子物理」最本質上的不同,即它們都無法解釋對方所研究的絕大部分物理現象。

愛因斯坦認為宇宙中的絕大部分事件和物理現象都可以用定律和公式來描述和預測(經典力學和相對論),而波爾站在量子物理的角度,認為在量子層級上,一切事物都「不確定」,只有在人們開始測量的那一瞬間,物質的性質才會確定下來,而這是愛因斯坦無法接受的,體現了相對論和量子物理的明顯差別。

綜上,「相對論」詮釋了宏觀上人們無法觀察到的「時空變換」現象,讓我們對空間和時間的本質有了更加深刻的理解;而「量子物理」則描繪了微觀上人們無法感知的量子,以及亞原子層級上的基礎物理現象,並將它們與我們的現實生活聯繫在了一起。「相對論」和「量子物理」互補,共同在宏觀和微觀上描述了整個宇宙中的絕大部分運動方式和自然法則,但各有千秋。

這裡再補充一些題外話,物理學發展的終極目標,是要最終以一套單一的物理理論來統一現有的全部物理理論,用以描述整個宇宙中的一切物理現象。不妨想像,到最後,「相對論」和「量子物理」都將失去它們現有的作用和繼續存在下去意義。

【牛哥的辦公室的回答(1票)】:

少林和武當有啥區別?

除了都有武功,區別大了啊

【碎墨音的回答(1票)】:

量子物理研究的是微觀的物理,高速低速都適用,而相對論描述高速運動,微觀宏觀都適用。

【ALEX的回答(1票)】:

相對論分為廣義相對論和狹義相對論狹義相對論和廣義相對的區別是,前者討論的是勻速直線運動的參照系(慣性參照系)之間的物理定律,後者則推廣到具有加速度的參照系中(非慣性系),並在等效原理的假設下,廣泛應用於引力場中。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。它發展了牛頓力學,推動物理學發展到一個新的高度。主要適用於研究高速運動的物體

量子力學是描寫微觀物質的一個物理學理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎所進行的。

量子力學是非常小的領域——亞原子粒子中的主要物理學理論。該理論形成於20世紀早期,徹底改變了科學家對物質組成成分的觀點。在量子世界,粒子並非是檯球,而是嗡嗡跳躍的概率雲,它們並不只存在一個位置,也不會從點A通過一條單一路徑到達點B。根據量子理論,粒子的行為常常像波,用於描述粒子行為的「波函數」預測一個粒子可能的特性,諸如它的位置和速度,而非實際的特性。物理學中有些怪異的想法,諸如糾纏和不確定性原理,就源於量子力學。主要適用於對微觀粒子的研究 (資料來自百度百科)

所以認為他們最主要的區別在於其研究的範圍以及其能量觀點。

【ProustMarcel的回答(0票)】:

量子力學是嚴密的整套理論,甚至連邏輯都不與經典理論一樣。而相對論更像是對經典理論的修正。

【qinyusen的回答(0票)】:

個人觀點,分歧點還是在於:上帝是不是投色子?

推薦題主看一本書叫做量子物理史話,可能能領悟更多。

【21歲的少俠的回答(0票)】:

本質上的區別……這個世界到底是隨機的還是必然的?

標籤:-物理學 -理論物理 -量子物理 -相對論


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