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量子力学与广义相对论结合中最困难的问题
20世纪的前几十年是物理学奇迹的年代。
首先，爱因斯坦的相对论彻底改变了我们对空间、时间、运动和引力的看法。
然后，20年代和30年代的量子革命颠覆了我们对亚原子世界的所有直觉。
广义相对论和量子力学一起使我们能够解释几乎所有观察到的基本现象，它们预测了许多意想不到的现象，这些现象后来都得到了证实。
然而，这两种理论在根本上相互矛盾。
自物理学黄金时代以来的一个世纪里，我们一直试图调和两者，但都没有成功。
广义相对论和量子力学之间究竟有什么冲突？ 广义相对论是爱因斯坦的伟大引力理论，在其中质量和能量的存在弯曲了空间和时间的结构，而反过来也影响了物体的运动。
广义相对论描述了一个巨大的宇宙，而量子力学则谈论了亚原子世界。
它将粒子描述为具有无限可能性的波，其观察到的性质本质上是不确定的。
我们对宇宙的体验，似乎是从这个充满可能性的景观中，以奇怪的但在数学上可预测的方式提取出来的。
该数学始于薛定谔方程，该方程通过时间和空间跟踪这些概率波。
但是薛定谔方程以老式的牛顿方式将空间和时间视为根本上分离的。
这明显是有问题的，而保罗·狄拉克用电子的相对论波动方程解决了部分问题。
如今，现代量子场论充分结合了狭义相对论的时空融合，然而它还是没有包含广义相对论所预测的时空弯曲。
这会导致一些问题，其中一些是温和且可修复的，而另一些则是灾难性的。
我们先从温和的谈起，我们有黑洞信息悖论。
纯广义相对论中的黑洞吞噬信息的方式可以将其完全从宇宙中移除，尤其是当这些黑洞通过霍金辐射蒸发时。
这与量子理论有很大的冲突，它告诉我们信息永远不会被破坏。
但同样的霍金辐射为信息悖论提供了部分解决方案。
在多位物理学家的努力之后，被黑洞吞噬的信息可以通过霍金辐射回到宇宙。
从根本上来说，信息悖论的根源和解决方案都来自霍金辐射的发现。
实际上，霍金通过找到一种将广义相对论和量子场论结合起来的方法推导出了霍金辐射，但这种结合是近似的且不完整的。
事实上，可以将广义相对论的弯曲几何硬塞进量子场论处理空间和时间的方式中。
但是，当你在更小的时空尺度上产生强烈的引力效应时，这种方法就完全失败了，比如黑洞的中心奇点或宇宙大爆炸的瞬间。
为此，我们需要一个真正的量子引力理论。
但即使在较小尺度上考虑弯曲时空的结构，也会导致疯狂和灾难性的冲突。
标准的量子理论将时空结构视为所有奇怪量子事物发生的潜在舞台，鉴于这种合理的底层结构，应用量子原理量化大部分自然力是相对常规的。
例如，当我们量化电磁场时，经典电磁学就变成了量子电动力学。
但在由此产生的数学中，新的量子场仍然位于平滑、连续的时空网格之上。
那么，如果我们想量化引力呢？引力场并不位于时空之上，因为它本身就是时空。
要量化引力，我们必须量化时空本身，这样就没有一个坐标系可以作为我们理论的基础。
事实上，这是一场灾难。
在广义相对论中，质量或能量的存在会弯曲引力场。
在量子引力中，引力本身成为我们量子化时空中的一种激发，这些激发的能量本身应该会弯曲更多的时空曲率，这表示为更进一步的激发。
换句话说，引力应该会无限产生更多的引力。
这种类型的自相互作用在其他量子场论中也可见，一般用微扰理论来解决，这是一种计算复杂相互作用的方案。
它之所以有效，是因为这些修正很小，或者即使在修正看起来很大甚至无限的情况下，它们也可以受到限制。
通过称为重整化的过程中对几个简单数字进行实际物理测量，可以将它们带回物理现实。
但是当我们尝试量化广义相对论时，这些都不起作用。
当在量子尺度上有很强的引力效应时，这种校正会膨胀到无穷大，并且与其他量子场论不同的是，我们无法进行简单的测量来重整化这些校正。
我们说广义相对论的量子化时空是不可重整化的。
圈量子引力论圈量子引力的假设
圈量子引力理论的核心观点基于两个关键假设：
首先，广义协变性，这一原则认为物理学的定律不受坐标系选择的影响，这是广义相对论的基石。
它强调了理论的普适性，确保无论在何种坐标变换下，物理定律的表述都是相同的。
其次，背景独立性，即不存在一个固定不变的背景结构，如固定的度规或坐标参照系。
这意味着理论的构建不依赖于预先设定的背景框架，与牛顿力学（依赖于静态的引力场和绝对时间）形成鲜明对比。
圈量子引力假设量子论的基本原理依然成立，比如在广义相对论中，度规张量的值并非预设，而是由理论自洽地决定。
另一方面，狭义相对论虽非完全协变，但其背景是闵可夫斯基空间，背景度规也是理论的一部分。
在电磁场中的电子运动方程则体现了对背景的依赖。
总结来说，圈量子引力理论挑战了传统物理学中关于背景和协变性的假设，追求一种更加独立和自洽的量子引力描述方式。扩展资料
圈量子引力论（loop quantum gravity，LQG），又译回圈量子重力论，英文别名圈引力（loop gravity）及量子几何学（quantum geometry）；由阿贝·阿希提卡（Ahbay Ashtekar）、李·施莫林（Lee Smolin）、卡洛·洛华利（Carlo Rovelli）等人发展出来的量子引力理论，和弦论是目前为止将引力论量子化最成功的理论。
关于“万有引力定律”的一个疑惑
一。
引力问题1. 两个离得很远的物体，即距离比物体线度大得多，可以简单的用f=Gm1m2/(r*r)...(1)来计算。
r是物体质心间距离。
两个贴的很近的物体要算引力要用到微积分的方法，不能简单地用公式（1）来计算了。
形象地说，就是把物体分成一小块一小块，每一小块和距离相比都很小，用（1）算出每一小块受到的引力，加起来就是总的引力。
2. 一般来说，任何两个物体要贴到无限近是不可能的，物体是由原子组成的，其中电子带负电，原子核带正电。
当物体靠得很近时，会有电磁力作用，排斥两物体互相靠近（电子简并压，一般恒星坍缩成白矮星的状态）。
靠得更近时，抗衡引力的力由更稳定的中子产生（中子星的状态）。
如果再继续靠近，那么，恭喜你，黑洞产生了，这就是所谓的无限大引力。
补充一下：恒星最早抗衡自身引力的力是核聚变产生的向外压力。
聚变原料用光后就开始坍缩了。
坍缩成什么要看恒星的质量。
小于太阳3倍的变成白矮星，3-5倍的变成中子星，5倍以上的你知道是什么了吧。
二。
超导问题1.超导是一种量子特性，网络百科上说了一堆话，说什么晶格，电子碰撞之类，是非量子的解释，我认为不太正确，以下出自wiki百科：1957年，美国物理学家约翰·巴丁、库珀（Leon Cooper）、施里弗（Robert Schrieffer）提出了以他们名字首字母命名的BCS理论，用于解释超导现象的微观机理。
BCS理论认为：晶格的振动，称为声子(Phonon)，使自旋和动量都相反的两个电子组成动量为零的库珀对，称为电声子交互作用，所以根据量子力学中物质波的理论，库珀对的波长很长以至于其可以绕过晶格缺陷杂质流动从而无阻碍地形成电流。
巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年的诺贝尔物理学奖。
不过，BCS理论并无法成功的解释所谓第二类超导，或高温超导的现象。
看不懂没关系，不然就是你得诺贝尔奖了。
补充：库柏对是指电子以结合在一起的状态。
一般来说，电子之间都有微小的引力，而当电子的能量低于费米能时，电子就会结合在一起，电视一般的温度太高，电子的能量很大，因此库柏对的现象通常要在超导状态才会出现。
库柏对这个概念是的基础是由BCS理论建立，而这个理论是约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·罗伯特·施里弗这三人提出的，这也让他们三个人得到诺贝尔奖。
高温超导原理：尚在研究中，有闲的话你可以去查论文。
有很多关于这方面的论文。
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