相对论与量子论的统一一、牛顿和爱因斯坦引力是一

一、牛顿和爱因斯坦

文章图片
引力是一个古老的科学问题，它是人类最早认识的一种相互作用。在古代，人们就知道重力的存在。现在我们知道，所谓物体的重力就是物体和地球之间的万有引力相互作用。引力相互作用在自然界中无处不在，是在我们日常生活中最经常碰到的一种相互作用，也是我们最熟悉的一种相互作用。同时，它又是自然界最神奇、最难以理解琢磨的一种相互作用。关于引力理论的研究推动了科学的兴起和发展，推动了人类文明的发展，凝结了人类文明的最高智慧和最辉煌的成就。它一直是物理学所研究的最主要、最重要的问题之一。在十七世纪，开普勒发现了著名的开普勒定律。随后，牛顿把这些定律解释为太阳和每颗行星之间的引力遵守平方反比定律的结果。这一研究结果导致了伟大的牛顿万有引力理论的创立，是科学发展史上一个最伟大的里程碑。利用万有引力定律，可以解释太阳系内行星的运动，可以解释月球绕地球的运动，可以解释地球上的潮汐现象。在基于牛顿万有引力作理论计算的基础上，英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒维耶预言了海王星的存在。柏林天文台于1846年9月23日发现了海王星，其位置和运行轨道与理论预言惊人地符合。

文章图片
牛顿力学和牛顿万有引力理论取得了巨大的成功。我们知道，牛顿力学是建立在绝对时空观的基础上。虽然绝对时空观和我们的经验完全一致，它仍然受到了一些哲学家和物理学家的猛烈抨击。这种抨击最终导致了物理学上一个伟大的革命发生：相对论的建立。相对论建立了一个令人不可思议的、和我们日常经验相违背的时空观。广义相对论更是以一种新奇的方式来处理引力，即把引力看成是时空的几何。按照广义相对论，我们生活在一个弯曲的时空之中，物质的存在决定了时空的曲率，而弯曲时空的效应就是我们通常所感受到的引力。这意味着引力和电磁力有本质的不同：引力的本质是时空的几何，我们感受到的力只是弯曲时空的一个效应而已，而电磁力则本质上是一个由光子来传递的物理的相互作用力。换句话说，引力的本质是几何，而电磁力的本质是物理。同样，广义相对论也取得了巨大的成功：它成功地解释了水星近日点的进动，光线弯曲和雷达回波延迟等重要的物理效应。广义相对论在天体物理上的应用越来越广泛，是现代天体物理和现代宇宙学的理论基础。
二、相对论和量子论

文章图片
二十世纪初，物理学乃至整个自然科学，发生了一场深刻且影响深远的革命，这就是相对论和量子论的创立。这场革命，将人类文明推进到一个全新的高度，使得人类有可能在一个新的高度认识自然界的终极本源和终极规律，并彻底改变我们的生产和生活方式。量子论在刻画微观物质运动方面取得了巨大的成功，是我们研究微观世界的强有力的工具。量子论在激光、半导体、原子能、纳米材料和器件，凝聚态、等离子体、量子化学、量子生物、量子通讯、量子计算机、量子宇宙学等方面都取得了巨大的成功。没有量子论，就没有晶体管，因而就没有计算机和手机，没有互联网，就没有信息化和智能化，就没有当今以高科技为基础的现代文明。