相对论前夜:牛顿和麦克斯韦的战争

作者: 长尾君

来源: 长尾科技

发布日期: 2020-04-23 11:35:59

牛顿和麦克斯韦的理论在各自领域都获得了巨大的成功,是经典物理学的两座丰碑。但是,如果你试图把它们融合在一起,用统一的目光看待它们,立马就会出现不可调和的矛盾。为了解决这些矛盾,爱因斯坦进行了艰苦卓绝的探索,并最终创立了狭义相对论。这种处境,很像现在的广义相对论和量子力学。广义相对论和量子力学的不兼容是当今物理学一等一的大事,这种情况跟百年前牛顿力学与麦克斯韦电磁学的不兼容很相似。

牛顿和麦克斯韦的理论在各自领域都获得了巨大的成功,是经典物理学的两座丰碑。但是,如果你试图把它们融合在一起,用统一的目光看待它们,立马就会出现不可调和的矛盾。为了解决这些矛盾,爱因斯坦进行了艰苦卓绝的探索,并最终创立了狭义相对论。这种处境,很像现在的广义相对论和量子力学。

当我们使用广义相对论处理引力,处理恒星和宇宙的演化时非常好用(可以忽略量子效应),当我们使用量子力学处理电磁力、强力、弱力时也非常好用(引力太弱,可以忽略)。但是,当我们碰到那些又重又小的东西,无法忽略引力和量子效应中的任何一个的时候(比如黑洞和宇宙初期的奇点),就必须结合广义相对论和量子力学,这一结合就出大问题了。

广义相对论和量子力学的不兼容是当今物理学一等一的大事,这种情况跟百年前牛顿力学与麦克斯韦电磁学的不兼容很相似。两种理论能够在各自领域工作良好,就证明它们至少包含了某种正确性,而一结合就出问题,说明我们还是忽略了某些关键的东西。

那么,牛顿力学和麦克斯韦电磁学之间的矛盾是什么?为什么它们无法兼容?有什么关键的东西被忽略了,爱因斯坦又是如何发现的?

为什么是年轻的爱因斯坦先发现了这个,而那些大物理学家们却老是差那么一点?类似的,广义相对论和量子力学之间的矛盾又是什么?它们之间被忽略的关键东西又是啥?爱因斯坦统一牛顿力学和麦克斯韦电磁学的工作对我们统一广义相对论和量子力学又有什么启发?学习历史是为了更好地把握未来,科学也一样。在下面的文章里,我会把尽力历史说清楚,现在和未来的问题,就交给你来慢慢琢磨了。

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