再談相對論與量子力學不相容

廣義相對論是愛因斯坦非凡的科學生涯中最璀燦的一項成就，它告訴我們空間本身具備延展性，在物質與能量的影響下會發生彎曲和伸展。這一理論顛覆了人類關於宇宙的傳統認識，用黑洞和蟲洞等概念豐富了人類的想像空間。

相對論與量子力學

愛因斯坦與波爾

然而，廣義相對論與量子力學存在矛盾，一百年來始終無法用某個理論統一解釋。目前，許多科學家都致力於這一領域的研究，其中最為人所熟知的是弦理論和環形量子引力說，然而，二者目前均無法進行科學試驗以檢驗對錯。

二者能否融合？

單獨來看，這兩個理論都能理解，但是當你想把這兩個理論統一起來時，將會出現不可調和的矛盾，這也意味著你一開始就錯了。

例如，如果把一個電子看成是一個沒有大小的經典的物體，當你計算要多少的能量才能將兩個電子融合在一起時，你會發現需要無窮的能量。無窮對於數學家來說是一件頭疼的事，這將比宇宙中所有恆星釋放的能量的總和還多。

無窮的能量對於電子這樣小的尺度來說是讓人難以置信的。因此，實際計算得出的無窮大的結果表明在一定的適用範圍外，我們不得不尋找一些新的物理定律。

在現代，科學家們也在試圖解決困惑愛因斯坦的難題。原因很簡單：科學的目的就是解釋所有的現象，從最小的可能存在的物體到最大尺度的宇宙。

在我們所知的自然界的四大基本力（強核力、弱核力、電磁力以及引力）中，我們已經可以為其中三個——強核力、弱核力、電磁力設定量子力學理論。

由大型強子對撞機中的緊湊μ子線圈得到的希格斯玻色子產生時的景象。

廣義相對論無疑是一大進步，但是只要我們仍然無法設定量子引力理論，那麼我們就沒法用統一的理論來適用於一切。雖然在科學界，對該問題正確的研究方向依舊沒有形成共識，但也有一些存在局限性的成功的想法，如弦理論。

關於弦理論

在這些理念中，最有名的就是描述微觀世界引力的弦理論。弦理論的一個基本觀點是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點狀粒子，而是很小很小的線狀的「弦」(包括像義大利面狀有端點的「開弦」和像呼啦圈狀的「閉弦」)。

弦理論中的弦尺度非常小，弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。打個音樂的比方，電子就像A調升半音，而質子就像D調降半音。

同樣，一根小提琴弦會有許多陪音，單根弦的振動就會產生不同粒子。弦理論的合理性在於，它描述一次振動就是一個引力子，儘管它從未被科學家發現，但仍被認為是產生引力的粒子。

事實上，弦理論並不為廣大科學界所接受，有的圈子甚至壓根不承認它是一個科學理論。其原因在於，任何理論之所以被稱為科學理論，就必須通過實驗來檢驗其對錯。

然而，弦理論涉及的尺度之小令其無法獲得實驗證明。不過，一旦未來科學設備，如新一代的高速粒子加速器得以研發，或許能對弦理論進行試驗並驗證對錯。

另一種解釋量子引力的理念被稱為「環形量子引力」，該理論能將時空本身進行量子化，換句話說，這個模型認為存在最小空間以及最短時間。

這一前衛理論認為，光速可能在不同波長上擁有不同數值。要證實這一理論，就需要光穿行漫長距離以便觀測。為了實現這個目標，科學家計劃利用可在穿過數十億光年後仍能被觀測到的伽瑪射線爆進行研究。

目前的情況看起來簡單，即科學家關於量子引力還未形成一個可靠可信的理論，解決過程卻非常艱難。量子的微觀世界與引力的宏觀世界還是相互矛盾，無法用某個理論來統一解釋。不過，現代科學家都在致力解決這個迄今為止最為困難的問題，或許有一天愛因斯坦未完成的夢想會被實現

後記：正是因為存在爭議才是科學進步的源動力，也正是因為爭議驅使著後來者不斷的探索。