愛因斯坦的終極夢(mèng)想是什么

搭橋量子世界與相對(duì)論

愛因斯坦余生花費(fèi)了大量心血，企圖找到方法可以將廣義相對(duì)論與量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，可最終還是失敗了。不但他失敗了，之后數(shù)十年所有前赴后繼的科學(xué)家都未能成功。廣義相對(duì)論與量子力學(xué)都是20世紀(jì)初的兩大重要物理學(xué)理論，有關(guān)如何統(tǒng)一這兩大理論的基本問(wèn)題一直是科學(xué)界感興趣的一個(gè)話題。科學(xué)家首先面臨的是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題：廣義相對(duì)論運(yùn)用的是一套微分方程，它們描述的是數(shù)學(xué)家所稱的平滑可微分的空間。用外行的話來(lái)說(shuō)就是，這意味著廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)是平滑的，沒(méi)有任何尖銳的邊角。相反，量子力學(xué)描述的是一個(gè)量化的世界，例如在這個(gè)世界中，物質(zhì)是以離散塊狀出現(xiàn)的，這意味著這兒有一個(gè)物體，但那兒沒(méi)有，到處都是尖銳的邊角。

液態(tài)水的模擬解釋

為了闡明這些不同的數(shù)學(xué)公式，人們需要用不同尋常的思維深入思考一下日常熟悉的一種物質(zhì)：液態(tài)水。即使不了解它，人們也已經(jīng)對(duì)水持有兩種不同的觀點(diǎn)，可以解釋微分方程與離散數(shù)學(xué)之間的矛盾。打個(gè)比方，回想一下用手在水里劃過(guò)時(shí)的感受，那時(shí)候你覺(jué)得水是一種連續(xù)的物質(zhì)，你手邊的水與周圍的水沒(méi)什么兩樣。有可能存在的區(qū)別是水溫的高低，或者水流的速度，但是水的本質(zhì)是一樣的。即使水流不斷涌到你手邊，感覺(jué)也幾乎一樣，兩波間隔一毫米或者半毫米的水流之間，除了水還是水。事實(shí)上，在水流流動(dòng)與動(dòng)蕩的數(shù)學(xué)中，假定的情況是水流中沒(méi)有更微小不可分的水。這種數(shù)學(xué)描述的情況就是微分方程，也就是說(shuō)假定物質(zhì)之間不存在最小距離。

然而，人們都知道事實(shí)并非如此，水是由水分子組成。一旦聚焦到小于三埃的距離時(shí)，一切都變了。因此，一旦你深入探測(cè)更微小的距離時(shí)，水就不再是一個(gè)可感知的概念。在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上，你開始探測(cè)原子中的真空區(qū)，在這個(gè)真空區(qū)中電子會(huì)繞著微小而密集的核子旋轉(zhuǎn)。事實(shí)上，量子力學(xué)就是建立在這樣一個(gè)理念上，即存在最小的物體以及離散的距離和能量。這也是受熱氣體會(huì)發(fā)出某種特定波長(zhǎng)光的原理：電子在特定能量下做繞行軌道運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有哪個(gè)軌道在規(guī)定數(shù)之間。一個(gè)正確的水的量子理論必須考慮這樣一個(gè)事實(shí)：水中存在單個(gè)分子，“水”概念中存在最小距離的確有其特定意義。因此，從核心上來(lái)說(shuō)，廣義相對(duì)論的微分方程與量子力學(xué)的離散數(shù)學(xué)這兩種理論的數(shù)學(xué)從根本上來(lái)說(shuō)就存在矛盾。

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