Hvorfor er Einsteins relativitetsteori og kvantefysik i odds?

Mens Einsteins teori om relativitet og kvantefysik begge er utroligt succesrige i deres respektive domæner, er de faktisk i strid med hinanden i nogle nøgleområder. Her er hvorfor:

1. Tyngdekraft og kvantemekanik:

* relativitet: Einsteins teori om generel relativitet beskriver tyngdekraften som en krumning af rumtid forårsaget af masse og energi. Det er en glat, kontinuerlig teori, der fungerer usædvanligt godt på store skalaer (planeter, stjerner, galakser).

* kvantemekanik: Kvantemekanik beskriver på den anden side partiklernes opførsel i de mindste skalaer. Det er iboende sandsynligt og handler med koncepter som bølgepartikel-dualitet, superposition og sammenfiltring.

Problemet opstår, fordi vi ikke har en konsekvent måde at beskrive tyngdekraften på kvanteniveau. Vi har brug for en teori om kvantetyngdekraft, der kan forene disse to tilsyneladende uforenelige rammer.

2. Observerens rolle:

* relativitet: I Einsteins teorier er fysiklovene de samme for alle observatører i ensartet bevægelse. Dette princip om relativitet antyder en objektiv, observatøruafhængig virkelighed.

* kvantemekanik: I kvantemekanik spiller observationshandlingen en afgørende rolle. Bølgefunktionen, der beskriver tilstanden for et kvantesystem, kollapser ved måling, tilsyneladende påvirket af observatøren. Dette antyder en subjektiv, observatørafhængig virkelighed.

Spørgsmålet om, hvorvidt virkeligheden er objektiv eller subjektiv, er en grundlæggende filosofisk debat, der stammer fra dette sammenstød mellem relativitet og kvantemekanik.

3. Sorte huller og singulariteter:

* relativitet: Generel relativitet forudsiger eksistensen af ​​sorte huller, regioner i rumtid, hvor tyngdekraften er så stærk, at intet, ikke engang lys, kan undslippe. I midten af ​​et sort hul ligger ifølge generel relativitet en singularitet - et punkt med uendelig densitet og krumning.

* kvantemekanik: Kvantemekanik håndterer ikke singulariteter godt. Singulariteten i hjertet af et sort hul skaber en situation, hvor lovene om kvantemekanik bryder sammen.

Denne inkonsekvens peger på behovet for en dybere forståelse af, hvordan tyngdekraften opfører sig under de ekstreme forhold, der er til stede i sorte huller.

4. "Målingsproblemet":

* relativitet: Relativitet har ikke et problem med begrebet måling.

* kvantemekanik: "Målingsproblemet" er et af de mest dybe mysterier inden for kvantemekanik. Det er uklart, hvordan bølgefunktionen kollapser under måling, og hvordan dette relaterer til den klassiske verden, vi oplever.

Dette problem fremhæver den grundlæggende forskel i, hvordan relativitet og kvantemekanik behandler information og observationens rolle.

søgningen efter en samlet teori:

Fysikere arbejder utrætteligt med at udvikle en samlet teori, der kan forene relativitet og kvantemekanik. Nogle lovende kandidater inkluderer:

* strengteori: Denne teori foreslår, at universets grundlæggende byggesten ikke er punktlignende partikler, men temmelig små vibrerende strenge.

* Loop Quantum Gravity: Denne teori antyder, at rumtid i sig selv er kvantiseret, hvilket betyder, at den består af diskrete enheder.

At finde en vellykket samlet teori ville være en af ​​de største videnskabelige resultater gennem tidene, da det ville give en fuldstændig forståelse af universet i alle skalaer, fra de mindste partikler til de største galakser.