量子理论影响

量子理论影响

量子理论对空间和时间理论的影响。

20世纪初物理学从经典力学到量子理论的变革，对于空间和时间的观念同样引起了革命性的变化，也引起物理学界的窘迫。量子力学描述的系统的空间位置和动量、时间和能量无法同时精确测量，它们满足不确定度关系;经典轨道不再有精确的意义等，如何理解量子力学以及有关测量的实质，一直存在争论。

20世纪末，关于量子纠缠、量子隐形传输、量子信息等的研究对于与时间–空间密切相关的因果性、定域性等重要概念，也带来新的问题和挑战。

量子力学与狭义相对论的结合导致的量子电动力学、量子场论、电弱统一模型，包括描述强作用的量子色动力学在内的标准模型，虽然取得很大成功，但也带来一些挑战性的疑难。

在深刻改变着一些有关时间–空间的重要概念的同时，也带来了一些原则问题。如真空不空、存在着零点能和真空涨落，大大改变了物理学对于真空的认识。在此基础上，量子电动力学的微扰论计算可给出与实验精密符合的结果，然而这个微扰展开却是不合理的。

对称性破缺的机制使传递弱作用的中间玻色子获得质量，然而黑格斯场的真空期望值和前面提到的零点能，在一定意义上相当于宇宙常数，其数值却比天文观测的宇宙学常数大了几十到一百多个数量级。

量子色动力学描述夸克和胶子之间的相互作用，但夸克和胶子却被囚禁在强子内部，至今没有发现自由的夸克和胶子，这个问题可能与真空的性质相关。

另一方面，量子理论预示，在10厘米、10秒这样小的空间–时间尺度上，空间–时间的经典概念将不再适用。要解决这个问题，必须建立理论上自洽的量子引力理论，即量子时空理论。

然而，量子理论和广义相对论如何结合一直未解决。一个或许有希望的候选者是超弦理论或M理论。可是，在量子意义上自洽的超弦理论或M理论，只能在一维时间–九维空间或一维时间–十维空间上实现。

这就引起一些深刻的问题:如何回到一维时间–三维空间。为何现实的空间是三维的，时间是一维的，或许宇宙仅仅是高维时空中的"一片"(可称之为"膜")。

然而，从高维空间–时间回到四维空间–时间显然有不止一种方法。那么，在"膜"宇宙之外，是否可能存在其他的"膜"宇宙?在宇宙产生于大爆炸之前，是否还会有其他的阶段等。这些问题的研究和解决，与暗物质、暗能量，以及宇宙常数等问题都有着密切的联系 。