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相对论是科学，量子力学也是科学，为什么两者不能互相解释呢？谁更科学？

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

相对论和量子力学是科学理论吗？

科学哲学家卡尔•波普尔的观点，一个理论推导出来的结论（解释、预见）在逻辑上或原则上要有与一个或一组观察陈述发生冲突或抵触的可能，即可以证明这个结论是错误的，这个结论才是科学的范畴，这就是可证伪性。所有科学命题都要具有可证伪性，不可证伪的理论不能成为科学理论。换句话说，凡是不具有可证伪性的“科学理论”，即是伪科学。

按照可证伪性的评判原则，相对论和量子力学都可以被证明是错误的，因此，相对论和量子力学都是科学理论。

等一下，怎么感觉哪里不对呢？相对论和量子力学都具有可证伪性，但是，同时，又意味着这两个理论相对论又被证明是错误的，两边都是“坑”，这好像是个圈套。到底是可证伪性原则有问题，还是相对论和量子力学有问题？

为什么孙悟空在大闹天宫时神勇无比，而西天取经时却总是去找高手帮忙？玉皇大帝老家在哪里？上帝是否存在？这些问题都是既不能证明，也不能证伪，这些绝不是什么科学。可证伪性不能证明一个理论是否是科学理论。但是，不具有可证伪性，一定不是科学理论！

今天，我们讨论的重点不是相对论和量子力学是否是科学理论，而是这两个本应互补的理论为什么不能相互融合的问题。

我们先看看这两个理论的共同点。

相对论和量子力学都认为光子（量子）是实实在在的惯性粒子，空间为空无一物的真空。也就是说，这两个理论都是粒子说的理论。但是，除此之外，这两个理论没有任何“共同语言”。

我们知道，波动说与粒子说的矛盾不可调和，相对论与量子力学这两个同属粒子说的理论之间的矛盾同样无法调和，具体表现在：

（1）\t不确定性问题。量子力学哥本哈根诠释认为：由于观测对某些量的干扰，使得与它关联的量（共轭量）不准确。哥本哈根学派的不确定性解释让爱因斯坦无法接受，也无法接受客观世界也处于不确定的状态，更无法接受物质的存在依赖于有智慧生物的观察。所以才有了那句：“我不相信上帝会与宇宙掷骰子”（后世的学者并不认同他的观点，例如霍金提出：“上帝不仅掷骰子，他还把骰子掷到我们看不见的地方。” ）。

（2）\t定域性问题。根据量子力学哥本哈根诠释：对一个粒子的测量总是会瞬间改变另一个粒子的状态，并且与时间和距离无关。爱因斯坦认为可以精确地测量两个粒子的总动量和它们之间的距离，测量会影响一个粒子的动量，但是不会影响位于远处的另一个粒子的动量。量子力学的粒子不仅神出鬼没，并且可以超光速运行（事实上是不需要光速的瞬时作用），爱因斯坦认为其存在着超距作用，也与相对论的光速不变原理相冲突。

（3）\t空间性质问题。虽然两个理论都认为空间为空无一物的真空，但是，随着时间的推移，这两个理论对空间的结论不断变化。狭义相对论认为空间是刚性和平直的，没有引力（你没有看错，不知道这个重要问题暴露了一个人根本不了解相对论）。因为狭义相对论无法解释引力，但宇宙空间中引力无处不在。因此，爱因斯坦只好将引力导入相对论，这就是等效原理。让引力与地球引力等效来消除引力的作用（但是，宇宙中的星体质量各不相同，每个星体的等效速度都不同。因此，这就是个玩笑）。结果，加进引力后，狭义相对论的很多东西都需要修改，结果修来修去就变成了一个另一个理论，这就是广义相对论的来历。广义相对论的空间是连续的时空结构，时空是柔软可变形的，爱因斯坦称之为“软体动物”。引力通过这种“弯曲的”和“平滑的”空间传递。

同样，随着对空间的了解，量子力学的空间也发生了巨大的变化，之前空无一物的真空变成了“沸腾”的“场”，量子力学的空间充满了疯狂的量子涨落，物质粒子在这个“真空”里“无中生有”，“无缘无故”的湮灭。相对论的时空曲率引力作用模式与这种充满疯狂量子涨落的真空互不相融，势不两立。

（4）\t引力作用模式问题。爱因斯坦认为，不存在引力这种作用力（你没看错）！星体的质量引起时空弯曲，其他较小的星体会“滚向”较大的星体。广义相对论还存在一种引力波。星体相对运动时，会引起时空涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。当两个星体的引力波相遇时，会产生震动（干涉），可能会被测量。而量子力学的引力作用模式物质间通过交换引力（粒）子来相互吸引。这是两种完全不同的引力作用原理，两种引力作用模式互不相融。

（5）\t质能守恒问题。爱因斯坦认为，物质的质量是惯性的动量，能量是运动的量度，能量与质量并非彼此孤立，而是相互联系，不可分割的。物质质量的改变，会使能量发生相应的改变；物体能量的改变，也会使质量发生相应的改变。问题是，接受相对论质能守恒解释的量子学家们却发现E=mc²质能公式根本无法使用（E=mc²质能公式计算任何有质量的物质的能量时都会得到无穷大的结果，也不能用于计算光子这样没有质量的物质）。面对困局，粒子学家们用一种“重正化”的方法来消除E=mc²质能公式计算带来的无穷大结果。“重正化”的本质是放弃使用E=mc²质能公式来计算粒子（量子）的能量和动量，默认普朗克波动力学方程E=hν公式的计算结果，即能量=频率×普朗克常数。事实上，普朗克波动力学方程E=hν公式实际上已经得到了量子（例如光量子和电量子）能量和质量的正确计算结果。但是因为相对论与量子力学都认为能量来自于动量，因此再用质量乘以光速，结果只能是无穷大的计算结果。

（6）\t理论的性质问题。爱因斯坦认为：作为一种完备的理论，应该是遵守决定论的，而不应该是或然的、用一些概率的、不确定的语言表达形式的理论。粒子学家们认为：1.（量子力学）它是反直觉的；2.它是适用的；3.量子力学还存在一些问题。［利昂•莱德曼，迪克•泰雷西，《上帝粒子》，上海科技教育出版社，2003年12月第1版，第187~192页 ］直觉是基于客观逻辑得出的快速判断，是符合常识的一种快捷的结论。反直觉的本质是违反常识的，是与客观逻辑相背离的和奇异性的，是与决定论相对立的。

综上所述，我们可以看到，相对论和量子力学的观点尖锐对立，矛盾不可调和。

不过，对于以太问题，相对论和量子力学还是有些共识的。很大一部分粒子学家们认为真空就是“以太”。是不是很有意思。但是，这种承认是不彻底的，粒子学家们还是把事实上存在于宇宙空间中的物质称之为“暗物质”而不是以太。

无独有偶，爱因斯坦也认为真空不空。早在1921年，爱因斯坦就提出：但是，否认以太的存在，意味着承认空虚空间绝对没有任何物理物质，这种见解不符合力学的基本事实……为了至少能够在形式上把体系的转动看成某种实在的东西，牛顿就把空间客观化了。既然他认为他的绝对空间是实在的东西，那么在他看来，相对于一个绝对空间的转动也就该是某种实在的东西了。牛顿同样也可以恰当的把他的绝对空间叫做“以太” 。［爱因斯坦，《狭义与广义相对论浅析》，北京大学出版社，2006年，第175页］

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