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相对论对话录36

已有 3002 次阅读 2016-10-1 18:13 |系统分类:科普集锦

1.相对论究竟解决了什么问题?


答:大致上是3个问题。(1)电磁场论与伽利略相对性的冲突。狭义相对论的思路是把相对性原理扩展到电磁学,把实验支持的、保证电磁场方程在惯性系中形式不变的真空光速不变原理与相对性原理结合,得出洛伦兹变换来革新牛顿力学与绝对时空观。(2)牛顿万有引力定律与狭义相对论的冲突。广义相对论的思路是通过等效原理把惯性力与引力局部等效,采用弯曲时空描述惯性-引力场,使得狭义相对论在局部惯性系中得到贯彻,通过广义协变性建立相对论引力理论。(3)引力与牛顿惯性系的冲突。等效原理改变了牛顿力学,电磁场论,狭义相对论,量子力学与量子场论的整体牛顿惯性系概念,引力与惯性力不可区分,但出现了其他力的弯曲时空描述的统一场论困难,广义相对论与其他物理理论的结合在概念与数学上也出现困难。


2. 量子力学引起了哪些让相对论难堪的问题?


答:大致上是2个大难题。(1)量子力学与量子场论中的非定域性,与相对论的光锥里面的类时类光因果律似乎矛盾,非定域性不是来自经典量子力学的牛顿时空框架。贝尔不等式随着各种量子纠缠实验的证伪而使得量子非定域性问题尖锐化,有些学者有了动摇相对论的念头。但这个问题不如主流派想象的那么严重,简单地说,量子非定域性与广义相对论中引力能量的非定域性一样根源于包含超距感应的马赫原理。我们眼球的聚焦成像是一个光锥类时区域发生的近距作用,但视像中不同空间点的信息可能因为不同位置的物体原像处在类空区域而具有非定域性。量子波函数可以看成是粒子通过光的康普顿散射形成的信息结构,与眼球成像的局域机制与类空信息关联是类似的。(2)量子引力的不可重整化,也就是我们无法把广义相对论量子化,得到一个无穷大结果可以消除的新的量子场论。其实,如果我们回归洛伦兹的思路重新在牛顿整体惯性系框架中表达广义相对论,并区分纯引力与惯性力,那么广义相对论的哲学理解与数学表达,特别是引力量子化的方案就有新思路。因为量子场论需要整体惯性系,广义相对论在整体惯性系中表达才不会出现惯性系局部化引起的概念冲突与数学困难。尽管在非量子物理中,洛伦兹电子论与狭义相对论数学表示与经验预测等价,只是时空观哲学解释不同。但是,洛伦兹电子论推广到量子场论,在涉及量子以太风与非定域现象时,与狭义相对论框架中的量子电动力学有着实验预测的差别。因此,按照洛伦兹哲学重新表达的广义相对论,在量子化的时候,与广义相对论量子化的各种量子引力理论不仅应该有数学结构的差别,而且有实验预测与哲学解释的差别。

  我相信,最主要的是,与宏观加速运动有关的惯性力其实是不能也不需要量子化的,我们在洛伦兹框架中搞量子引力,只需要考虑原来牛顿设想的纯引力的相对论项。但是,的确还有一个惯性力量子化的可能性与难题,那就是原子内部微观粒子的量子加速运动的惯性力究竟是如何描述的?



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