相对论与量子力学的不协调问题

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1、相对论与量子力学的不协调问题在“前沿科学”杂志创刊一周年座谈会上，国家外国专家局原局长马俊如发言：“当前科技界存在的最主要问题是对自己发展科学的自信心不够。他说，缺乏自信心表现在多方面。在基础研究方面，表现为独立思考提出来的研究命题很少，大多数或者主要的都是跟着国际风向走。同时，不敢挑战权威，迎合国际观点，做一些验证性的工作。”阿兰德基在《起源》中说：“科学是唯一的自动纠错的人类系统，不过，科学也是只有通过证明自己错误才得以进步的过程。”物理学最基本的目的是寻求自然界物质运动的统一规律，然而现代物理学拥有一个支离破碎的物

2、理理念世界:超宏观的有天文学的"黑洞"，"宇宙大爆炸"；微观的有微观粒子的波粒二象性；介于其间的有狭义和广义相对论。量子力学的不确定原理，使真空中充满虚实粒子对，它们具有无限大的能量，按照相对论就应该有无限大的质量，进而产生无限大的引力，宇宙就会坍塌成一个点，但实际宇宙并未坍塌。我们的科学被划分成了一个个相对孤立的体系，并不断地进行继续的分化，看起来科学之树越来越枝繁叶茂，但同时也越来越繁琐，越来越孤立。实验和理论的对立统一作为科学发展的内在动力是根本的，也是显而易见的。但是，世纪之交的物理学革命表明，各理论体系之间的对

3、立统一也是科学发展的一种不可忽视的内在动力，它有时也会导致新概念或新理论的提出。客观世界是统一的，作为反映客观世界运动规律的理论必然具有某种内在的联系。这是从表面上的对立入手，追求本质上统一的理论的客观基础。作为演绎前提的基本概念和基本假设变得愈来愈抽象，愈来愈远离感觉经验。仅仅通过实验，用构造性的努力去发现真实定律是相当困难的，甚至是不可能的。着眼于各理论体系之间的对立统一，往往能创出新路。由于种种条件的限制，有关实验在一定的历史时期内不可能实现或一时难以完成。如果要等实验与现有科学理论发生尖锐矛盾时再立足于实验事实进

4、行研究，势必大大延缓科学发展的进程。在这种情况下，从旧有理论体系之间的矛盾入手，往往能取得突破。实验由于设备复杂、要求精度很高等原因，其他人往往难以重复，这样便难于及时得到科学界的公认和受到应有的重视。科学家(包括实验者本人)对新实验的认识有一个曲折的过程，特别是那些触及传统观念的实验，其深刻意义往往需要很久才能被揭示出来。在现代物理学把各个学科的观察分别描述成各种互相独立的力作用系统，而忽略了其中的内在联系。中科院原院长、理论物理学家周光召2005年在中科院理论物理所的一次演讲中所说：“像相对论、量子力学或是量子场论这

5、些最基本的理论，到现在为止，仍有迹象表明都不是最终的理论。无论是基本粒子，还是天体物理，都在不断提供很多新的现象，对这些现象，现有的理论完全无法解释。”我国一位著名理论物理学家曾表示：“从五十年代开始广义相对论引力论工作者用不同的条件和数学方法发表了数以百计篇的场方程准确解的论文。但是，作者们自己也不得不承认这些解的绝大多数和物理现象没有关系。”我国著名科学家周光召先生在《21世纪一百个科学难题》一书的序言中明确指出：“科学问题的产生和出现往往是科学真理产生的标志，往往也是一个全新科学体系诞生的前提条件。”如果说目前尚有

6、100道物理难题困扰着人类；然而比起其他99道物理难题来，量子力学同相对论的协调问题乃是所有问题的根本。此问题实乃20世纪人类留给21世纪物理学的第一朵“乌云”。一位学者说：现在的物理学家应该是这样的一些人，星期一、三、五研究量子理论，星期二、四、六研究引力相对论，星期日就去向上帝祈祷。让别人，最好是他自己能把量子理论与相对论结合在一起。【1】爱因斯坦于1946年就指出：“迄今为止想把量子论和相对论融合起来的一切努力都遇到了抵制”。【2】30余年后惠勒再次指出：“我们常说，物理学中最大的问题是协调量子论和相对论。我现在更

7、显明地说：量子论和相对论根本不能协调”。【3】霍夫曼则说：“虽然在我们寻求知识当中，这两个理论一起作出了最深刻的进展，然而它们必将彼此为敌，要等到一个更加有力的理论把这两个理论都征服了，它们的根本分歧才会得到解决。新理论会消除我们现在煞费苦心获得的关于空间、时间、物质和辐射及因果性等的幻想。”【4】也有人说：量子理论同相对论之间，有着深刻的，尖锐的，灾难性的矛盾。妥善解决量子理论同相对论之间的问题，应该是蕴含了一场科学的革命。李政道提出，在21世纪会出现四个重大的研究领域：目前在原来的物理学框架上，理论发展已经很困难，应

8、该有一个大的突破。应该着眼于微观的基本粒子和宏观的真空态统一起来研究，这比20世纪初的理论革命会有更加大的突破。本世纪20年代量子力学建立以后，狭义和广义相对论与量子理论相结合，一直是理论物理学发展的坚实基础。半个世纪以来，这种结合不断发展和深化，也不断接受科学实验的检验。一方面，实验事实充分证明相对论和量子力学在其