包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论、广义相对论和量子力学分别是高速宇宙学和微观中关于空间效应的理论。宏观相对论包括狭义相对论和广义相对论。我们对它并不陌生。自从爱因斯坦创立狭义相对论以来,人们就一直在谈论时间旅行。广义相对论也认为宇宙应该从一个奇点开始,然后扩展到我们现在的宇宙。类似地,相对论在奇点失效。

是量子力学否定了广义相对论,还是广义相对论否定了量子力学?

不管是量子力学,还是广义相对论,或者是经典的牛顿力学,谁也没有否定谁,只是适用范围不同罢了。不然的话,我们就不会同时学这三个理论体系了。在中学物理中,我们接触的都是牛顿力学,这与生活息息相关。不管是建造高楼大厦,还是造一座大桥,甚至是发射火箭等等,我们都会用到牛顿力学。现代文明就是以此为基础而建立的,既然如此,牛顿力学是非常成功的。

在牛顿力学之后,爱因斯坦创立了相对论,但这个理论并没有否定牛顿力学,只是适用范围比牛顿力学更广。牛顿力学存在局限性,对于高速运动以及强引力场不适用。而相对论不但可以描述牛顿力学所能描述的物理现象,并且也能描述牛顿力学无能为力的高速运动以及强引力场。在宏观低速运动以及弱引力场的情况下,牛顿力学是相对论的高度近似,平时用精度足够了。

由于牛顿力学更为简洁实用,所以我们在日常生活中会继续使用这个理论。当遇到牛顿力学无能为力的情况时,我们才需要用到相对论。在微观领域,牛顿力学也是不适用,这就需要用到量子力学。同样地,在宏观低速的情况下,牛顿力学也是量子力学的高度近似。至于相对论和量子力学,它们之间并不兼容,但不是谁否定谁的关系,而是适用范围存在不同。

相对论和量子力学有冲突吗?

作为学物理的,我觉得很有必要认真回答一下这个问题。在民间或者业务爱好者中间,有很多人热衷于拿相对论和量子力学做比较。我首先想说的是,其实相对论和量子力学属于完全不同类型的理论,从物理学范畴上分,相对论属于经典物理范畴,量子力学属于量子物理范畴。什么是经典物理学?经典物理学认为时空是连续的,一切事物的发展,一旦初始状态确定,原则上就可以从理论上预言它以后任何时刻的状态,即所谓的决定论。

什么是量子物理学?量子物理学认为,时空是不连续的,是量子化的,物体的状态由波函数的概率描述,状态具有不确定性,也就是说即使物体初始状态知道了,从理论上根本就不能完全确定以后的状态,只能从概率上给出某些可能性,即所谓的非决定论。 然后再说说什么是相对论。相对论包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论在1905年建立完成,广义相对论在1915年建立完成。

麦克斯韦建立了麦克斯韦方程组,统一描述了一切电磁现象,这是一项伟大的成就 。学过电磁学的人都知道麦克斯韦方程组对一切惯性系都成立。这一点,比较爱思考的人便会发现,麦克斯韦方程组预言的电磁波对于一切惯性系来说,传播速度都是光速,然而这一点与伽利略变换有着不可调和的矛盾。伽利略变换认为,光速对于不同的参考系来说,必然是不同的。

显然,这两者之间至少有一个错误。经过思考,爱因斯坦毅然放弃了伽利略变换,建立了狭义相对论。狭义相对论是一种时空理论,本质上颠覆了牛顿的时空观。牛顿的时空观认为,时间和空间是完全独立的概念,它们本来就是分离的,时间和空间分别是绝对的。而狭义相对论认为时间和空间是一个整体,时间和空间作为一个整体是绝对的,不能随便分解。如果需要分解,那么必须约定分解方法。最自然的分解方法是基于一定的参考系,所以时空的分解依赖于参考系,也就是说相对于约定的参考系。可见,时间和空间作为一个整体是绝对的,但分离出来的时间和空间是相对的。这就是狭义相对论的相对时空观。整体而言,相对论认为时间和空间是绝对的,与任何参考系无关。外行往往会误解这一点!。


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