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量子力學是普適於整個宇宙的,但是為什麼碰到黑洞就要改變理論。
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  • 1 # 科技袁人袁嵐峰

    題主問錯了,應該問的是“為什麼廣義相對論碰到黑洞就要改變理論”。量子力學確實是普適於整個宇宙的,至少沒有任何證據說它不普適。廣義相對論倒是有理由說它沒那麼普適的,證據就是黑洞。

    要說明白這些陳述是什麼意思,需要先理清楚當代物理學的基本框架。如果我們對物質世界有了一套盡善盡美的理論,那麼就應該有一套最基礎的“萬物理論”,能夠推出其他所有的理論。但是,很可惜,我們現在還沒有達到這樣的境界。

    我們現有的基礎理論是兩個,而不是一個。這兩個基礎理論,就是廣義相對論和量子力學。相對論分為狹義相對論和廣義相對論,量子力學已經跟狹義相對論完美結合起來了,但跟廣義相對論還一直不知道怎麼結合。

    具體地說,廣義相對論是人們對萬有引力的最深刻的描述(引力來自有質量的物體對時空的扭曲),而量子力學中沒有引力的位置,人們不知道如何在量子力學中描述引力。

    這種狀況顯而易見是不能令人滿意的,許多科學家在努力把量子力學和廣義相對論結合起來,創造一種“量子引力理論”。著名的超弦理論,就是這些努力中的一類。如果這樣的理論取得了成功,那也許就是物理學家夢寐以求的“萬物理論”了,但目前離成功還很遠。

    然後,黑洞為什麼會成為一個問題?黑洞是廣義相對論的一個預言,如果一個物體的質量足夠大,就會讓光都逃不出去,因此從外面是不可能看到這塊區域的,這就是一個“黑洞”。

    在廣義相對論的方程中,黑洞是一個時空的奇點,在那裡許多物理量都變成無窮大,所以我們就失去預測能力了。愛因斯坦最初很厭惡這種奇點,努力想證明這樣的奇點在現實世界中不存在。但後來,霍金和彭羅斯證明了廣義相對論必然導致奇點。在這個意義上,廣義相對論預言了自身的崩潰,也就是說,它不是一個自給自足的理論。

    霍金

    為了恢復人們對時空奇點的預測能力,霍金等人又提出,在黑洞附近,量子力學的效應會變得很顯著,必須引入量子力學來對廣義相對論做修正。這樣一來,又做出了許多新的預言,例如霍金輻射:黑洞不是完全黑的,黑洞也可以向外發出粒子。

    所以,題主看明白了吧,遇到黑洞就要改變的是廣義相對論,不是量子力學!

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