廣義相對論與量子力學的根本矛盾是什麼?
量子力學實際是遵循牛頓創立的正規化,時空作為物理過程的一個描述背景,時空本身並不摻和到物理過程之中。這實際是一種理論正規化,或者叫一種理論規範。
廣義相對論則不同,物理過程和時空是摻和在一起的。這確實能夠解決很多問題,但是越往前走就發現越困難。
相對論實際不只是一個理論,而是另外創立了一套理論正規化,把物理過程和時空互相混合在一起了。
但是,其它的理論,力學、熱力學、電磁學、量子力學,都是遵循牛頓正規化。
要把力學、熱力學、電磁學、量子力學,這些理論和廣義相對論合在一起,就存在巨大的障礙。
這個實際好比完全不同的作業系統,完全類似。不同作業系統的東西,都要重寫程式碼,才能在另外一個作業系統中執行。不同作業系統的程式,是沒法直接在另外的作業系統中執行的。要麼在兩個作業系統之外,再建立一個第三方的作業系統虛擬層,比如java虛擬機器之類的,才能做到程式移植性。實際物理理論,也是同樣的模式。一個物理理論,就是人類創造的一種作業系統。
量子力學和相對論的根本矛盾在於以下兩個公式:
第一個是量子力學中著名的德布羅意關係,它意味著量子力學中「高(低)能量」與「小(大)尺度」之間的直接關係,也是高能物理中紫外(UV)和紅外(IR)兩個術語的來源。
而第二個是廣義相對論中史瓦西半徑與 ADM 質量的關係,它意味著越大的質量對應著越大的尺度,與量子力學的基本規律相反。
簡單來說就是,從量子力學角度看,你會認為一個自由度含有的能量越大,它的波長會越小;但當它小於能量對應的史瓦西半徑時就會產生黑洞,繼續增加能量反而會對應越來越大的黑洞。過渡的區間是量子引力非平凡的部分,主要涉及到 UV-IR 聯絡,黑洞熵與全息原理。
所謂引力理論的不可重整性並不是問題的關鍵。一般的不可重整理論不會有對量子力學基本原則如此徹底的違反,不可重整性應該只是這個本質矛盾的一個表現而已。