量子力学与广义相对论没有统一的原因

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1、量子力学与广义相对论没有统一的原因摘要要问别人物理学中哪一门学科最难，恐怕很多人会说到是量子力学，它就像牛顿所说的巨人一样，让人仰视。而广义相对论则造就了实际最伟大的人物爱因斯坦，推翻了之前普通物理学的大厦。本文就讨论了量子力学与广义相对论没有统一的原因。关键词：量子力学广义相对论引言普朗克提出量子论已百余年,其间爱因斯坦将量子论与光辐射理论结合;丹尼斯·玻尔将其引如原子内部;薛定鄂等人共同建立起量子力学大厦.但引力量子的研究目前是停滞不前，是二十乃至二十一世纪物理学晴朗天空上的一片乌云！量子引力的困难，

2、暗示了对通常物质场有效的量子化方案引力场已不再适用。这就是为什么大统一理论不能纳入引力相互作用的原因，甚至于形式上的统一也办不到。 场相互作用理论认为强相互作用是传递胶子实现的；弱相互作用是通过传递中间玻色子实现 的；电磁相互作用是传递虚光子实现的；引力相互作用是传递引力子实现的。一．长期以来，科学家一直在构思各种实验方法以探测引力波，并通过对射电脉冲双星PSR1913+16公转周期变化的研究间接证实了引力波的存在，但迄今直接测量引力波的实验尚未成功。根据广义相对论，当物体做加速运动时就会对原有的引力场产

3、生干扰从而辐射出引力波，这就好像将一块石头扔到平静的水面上出现的波纹一样。因此，任何物体都在无时无刻地辐射引力波，它在宇宙中是无处不在的。例如，地球绕着太阳运行就一定会发出引力波。地球由此而丧失能量，因而渐渐地沿着螺旋线越来越向太阳靠拢。使原子保持为一个整体的电磁力要比引力强1000万亿亿亿亿（即1039）倍。我们之所以感受到引力，惟一的原因乃是地球极其巨大，组成地球的无数粒子的引力拉曳累加起来便相当可观了。但是，引力波是自然界中最微弱、最不易察觉的波，它不会产生我们通常能察觉到的任何效应。例如，地球绕太

4、阳公转时辐射引力波而丧失的能量只有大约0.001瓦，因而在几十亿年中，它向太阳靠拢的距离简直微不足道。而假如500亿颗直径为1公里的速度撞向地球，所产生的引力波能量也仅能点亮一只灯波。不过没有人能活着看到这个结果。Einstein的广义相对论预言：引力波（也称重力波）的主要性质有：在真空中以光速传播；携带能量和与波源有关的信息；是横波，在远源处为平面波；最低次为四极辐射；辐射强度极弱；物质对引力波吸收效率极低，引力波穿透性极强，地球对引力波几乎是透明的；其偏振特性为两个独立的偏振态等。二.广义相对论和量子

5、力学彼此不直接矛盾，但是它们看起来不可能融于一个统一理论，根本原因在于广义相对论是研究引力场，量子力学研究electricfield。虽然Einstein的狭义相对论开始写作《论运动物体的电动力学》，但是它只考虑到电磁质量与引力质量的等价性，没有研究其区别，与研究引力场没有区别。狭义相对论与量子力学的结合则十分自然地产生了相对论量子力学和相对论量子场论，在这基础上又发展出粒子物理学，经受了无数实验的检验。由经典力学和量子力学可知，物理系统其全部性质由其拉氏量ψ完全决定。拉氏量是由物理系统的动力学变量及其一

6、阶时、空微商所构成。拉氏量中动力学变量的对称性，即在某类连续群变换下的不变性，反映了该系统存在的守恒量及相应的守恒流。连续群所表征的变换称为规范变换，其变换群参数是独立于背景space-time的常数。如将其参数改成依赖背景space-time位置的任意函数，其变换称为局域性变换，前者称为整体变换。由于局域性变换是space-time流形坐标的函数，因而它不能与space-time坐标微商交换。拉氏量对局域性变换不再具有原有的对称性，为了维持其对称，需将拉氏量中的普通微商改成协变微商，即在微商中引入补偿场

7、，其场称为规范场。物质之间的相互作用是通过规范场在中间传递来实现。因此物质之间的相互作用力是规范力，规范场也是研究电磁质量和引力质量的等价性的。下面的分析来自于网络，说明对于电磁质量不能只考虑其对称性，还应当考虑考察它们的非对称性：1．关于电磁场的算子理论.经典场论中并矢格林函数的形式为:(1)但是可以证明由于奇异项的存在,格林函数不再具有几何对称性,即对于一个矩形腔,取不同的领示矢量就会得到不同的结果.用算子理论可以得到没有奇异项的并矢格林函数,十多年后国外也出现了电磁场算子理论的著作,也不再出现并矢格

8、林函数中奇异项.2.关于矢量偏微分算子理论.麦克斯韦方程组是经典数学所不可能精确求解的.其原因在于经典数学无法严格的处理矢量偏微分运算符,因而研究并建立了矢量偏微分算子理论.它是以拉普拉斯算子的波函数空间和广义函数理论为基础,把那些原来只对于标量函数的数学理论扩展到三维矢量函数.一个三维矢量函数的几何空间,可以从欧氏空间的尺度对矢量函数进行射影,也可以在矢量偏微分算子的矢量波函数空间的子空间上进行射影.由于欧氏空间内的射影与麦