相对论与量子力学之间的矛盾.doc

相对论的研究对象和适用范围是那些大尺度,高速度的宏观物体.爱因斯坦的相对论分为两个阶段,第一个阶段叫狭义相对论,他研究的是物体在惯性系中(也就是我们初中,高中物理中的理想状态)的高速运动状态,第二个阶段叫广义相对论,主要是研究物体在非惯性系(也就是万有引力场)中的运动状态.相对论的推导过程相当复杂,是个超级的数学推导过程,需要相当高的数学工具才可以理解,所以在研究广义相对论的时候爱因斯坦本人也遇到了困难,找了他一个朋友,当时的一位数学家帮他的忙才得到的结论,据说到目前为止全世界能真正理解相对论的原由的人也不到100人,既然楼主说了不要太复杂,要通俗的可以直接理解的话来解释的话,就不谈由来,只谈结果,相对论的几个重要的结论.第一个是光速不变,我们初中，高中所学的物理学都是牛顿的经典力学,牛顿的经典力在我们日常生活当中的低速,小尺度的环境里是适用的,我们的观念里的速度是叠加的,比如当我们骑自行车前进的过程中向前开了一枪,那么这个子弹的速度是自行车的速度和子弹本身的速度相加,而光则不然,光速恒定不变,你骑自行车打手电筒和站在地上打手电桶,光的速度不发生变化,即便是你以很快的速度向着光射出的放行追逐,光速依然不变.第二,时间的膨胀,对于运动的物体,物体运动的速度越快,时间就走的越慢.第三尺度的缩短,一个刚性杆在运动的时候长度是缩短的,速度越块长度越短.第四光速是所有有质量的物体的极限,也就是说无论你怎么折腾,有质量的物体永远不可能超过光速,只能无限的接近.第五,在万有引力场附近的空间是弯曲的,第七E=MC2.就是著名的爱因斯坦质能方程.能量等于质量乘以光速的平方.也就是广意的质能守恒,爱因斯坦说,质量(也就是有型物质)和能量其实本身就是同一种物质,他们在一定条件下可以相互转化,而物质具有的能量可以被看作是他的质量,运动的物体的质量要大过它静止的时候的质量,这是因为物体由于运动而具有了动能,而这些动能可以通过上面的质能方程换算成物体的质量,只不过一般的情况下我们宏观世界运动的物体速度都太慢了,这个质量增加太不明显,所以你感觉不到质量的变化而已 尽而推导下去,会发现当物体的速度很大了的时候质量的增加就会越来越大,当快接近光速的时候质量几乎是无限大,想要让无限大的质量继续加速你需要的推动力就是无限大,所以才有了第五个结论的光速是物体的速度极限.应该把这个推导过程给你写上的,这个公式我会,打了这么多字太累了就不说这个了.上面这六点就是用最通俗直接的语言来说相对论的结论.看起来似乎很荒谬?别怀疑,用霍金的话说,从我们一出生开始,一直到高中,大学,无论是我们的生活经验也好,还是课本上的教材也好都给了我们一个假象,因为我们处于一种低速的状态下,所以很多东西都被忽略了.上面说的光速不变,时间膨胀,空间尺度的压缩,等等都是事实.只是因为我们的速度太低了,感觉不到而已.再和你说说经典力学和相对论的关系吧!因为我们最开始学的先是经典力学,后来才知道的相对论,所以通常在一些应用情况下叫相对论效应,再说其本质,相对论才是真正描述这个世界规律的真理,而经典力学只是相对论的近似而已,在一般的低速情况下还适用,举了例子,一个1kg的物体 假如你推了他一把 他以1m/s的速度前进 那么他所具有的动能 mv2/2 =0.5焦耳 他具有了0.5焦耳的动能 这个时候由于他的运动而具有的能量 使得他质量增加了 质量增加了多少呢 把能量0.5焦耳代入爱因斯坦质能方程中去E=m*C2 0.5=m*C2 我用计算机算了一下质量增加m=0.0000000000000000055kg,这个质量非常小,小到平时我们根本感觉不到,按照经典力学的理解 物体运动不运动质量都一样,而由于运动而多出来的这0.0000000000000000055kg根本不考虑,如果加上这点点质量就叫考虑相对论效应了.再说量子力学吧!量子力学是一们真正研究原子内部规律的学科,研究的对象是微观尺度的问题,是一门很难学的学科，也是一门超级枯燥的学科,一方面由于我们从一出生开始对于宏观世界规律的惯性，导致了我们经常不觉就把我门从宏观世界总结的规律和经验代入到了微观世界中去，另一方面学习量子力学需要相当好的高等数学基础,他的最基本理论叫测不准原理,也就是说在微观世界的测不准,拿电子来做例子,他在高速围绕原子核旋转的时候,无论你用什么方法都不可能既同时得到他在某一时刻所在的位置,和他这一时刻的速度的.这个世界上的所有物质其实都是有波和粒两个性质的,只不过宏观物体的波性质很弱,粒子性很强,而微观物体特别是电子,波动性非常大,在很多的情况下,他是被当作有波来看待的,波特有的性质就是衍射,所以不能确定它的具体位置,用宏观世界的经验和相对论都描述不了这原子内部的规律,所以才有的量子力学这个学科.相对论是描述超大尺度空间的规律,而量子力学是描述原子内部超级小空间的规律,而两种理论格格不入.所以到目前为止理论物理学领域的最大一个攻关就是找一种理论能把这两种规律统一起来,霍金管这种尚未诞生的理论叫量子引力论.在量子力学中，物质都有波粒二象性的属性。有一个利用“电子物质波干涉”形成干涉条纹的实验证明了这一点。在用量子力学对实验进行解释时，说电子以波的形式传播，在到达接收屏的时候，瞬间塌缩为一个粒子。不论波的范围有多远，哪怕有几光年。这就引发出了一个矛盾，就是看上去好像波的坍塌速度超过了光速，相对论否定任何物质的运动速度能超过光速。但是事实上，近代物理观点认为，这两种现象并不存在矛盾。因为电子波的塌缩过程并不存在物质运动。你要知道，相速度是可以大于光速的，德布罗意波（也就是物质波）的相速度就大于光速。在一个电光源的映照下，一个哪怕运动很慢的物体，只要投影范围比较广，影子的速度就可以超过光速，甚至可以远超光速。但是，影子和光斑的“运动”不传递信息和能量。所以信息的极限速度还是光速。这上面的说明是旧时认为的矛盾之一，但其实是佯谬（伪装的矛盾）。第二，相对论时空学中用世界线描述事件与时空。比如一个粒子做匀速直线运动，它的世界线就是一条直线（空间线与时间线的合成），但是，这就假定了粒子具有确定的轨迹，这就是说粒子可以有确定的存在位置和速度，这也与量子力学格格不入，因为根据量子力学的测不准原理，位置与动量不可能同时准确的测定，这也是一个矛盾。但如果把相对论当成近似理论倒也可以解决这个矛盾，但这就需要修改相对论。类似的还有由量子力学推导出的平行宇宙论（但这个在我看来漏洞很多，所以不加赘述）。 现在，我总结一下相对论和量子力学的四大分歧： 1.偶然的作用。 相对论认为：偶然不存在，一切现象都是决定性的。这从上面粒子轨迹的例子就可以看出。量子力学认为偶然无处不在。根据现在所有的信息也不能推倒出绝对的未来（注意这个未来并不单纯指人类的行为未来） 2.时空的结构。相对论认为时空是活跃的，可弯曲的，程度由物质的分布决定。但量子力学认为时空是静止和平坦的，不受物质的影