罗杰·彭罗斯 - 量子理论是什么意思？

量子理论与相对论的共舞：彭罗斯的愿景。 量子理论长期以来一直以其解释最微小粒子行为的能力而令人眼花缭乱，但它与支配整个星系和时空结构的广义相对论的广泛而全面的定律发生了著名的冲突。这个谜题的核心是一个深刻的问题：量子理论到底意味着什么，它的规则能否与相对论的规则共存？ 量子世界坚持认为，由于叠加原理，粒子可以同时存在于多个状态中。但这一原理会导致一些奇怪的情况——想想薛定谔的猫，既活又死，或者一个物体同时存在于两个地方——这些事情在我们的日常现实中从未出现过。当广义相对论描述的引力进入混合体时，问题变得更加复杂。相对论认为引力不是一种力，而是由质量和能量塑造的时空本身的曲率。那么，当一个量子物体足够重，以至于其自身的重力不容忽视时，会发生什么？ 想象一下在桌面上进行的量子实验，但现在重力的微妙牵引力是显著的。量子规则让你将重力视为另一种力，但爱因斯坦的激进观点——重力与加速度无法区分——需要更深入的考虑。不同参考系之间的转换意味着，如果有两个不同的引力场叠加，波函数（量子理论的数学核心）的变化是不可忽视的。这导致了“两个不同的真空”的奇怪概念——这是量子场理论中的一个概念，它暗示了不可能的叠加，并表明当前的框架是不完整的。 这种真空困境意味着量子叠加不能永远持续下去。有一个可计算的时间限制，在此之后，系统必须“选择”一个单一的现实。这表明需要新的规则——当涉及到引力时，量子理论本身并不能成为整个故事。 大多数物理学家会争辩说，量子力学更为基本，重力应该适应其框架，也许通过发明量子重力理论。但是，有一个令人信服的案例将量子理论和广义相对论视为平等的，每个案例都有强大的基本原理，无法忽视或简单地从属于另一个。毕竟，广义相对论预测了牛顿物理学永远无法预测的黑洞和其他宇宙现象。 前进的道路可能是平等的结合——一个新的、更深刻的理论，从量子力学和广义相对论中汲取最好的东西，并在必要时进行修改。甚至还有一个挑衅性的建议，即在宇宙的最早时刻，经典物理可能已经足够了，量子引力仅在最极端的环境中发挥作用，例如黑洞奇点。 对这种和谐统一的探索仍在继续，这一理论将最终揭示量子理论在宇宙宏大织锦中的意义。在此之前，极小与极大之间的舞蹈仍然是科学上最大的冒险之一。