相對論和量子力學到底存在著什麼矛盾？更高階的理論何時出現？

提到相對論和量子力學，可謂無人不知無人不曉，因為這兩個理論是現代物理學大廈的兩大基石。相對論統治著宏觀世界，而量子力學統治著微觀世界。

但我們都知道，直到今天，相對論和量子力學也並沒有完全融合在一起，兩者並不協調。那麼相對論和量子力學到底存在著什麼矛盾呢？

簡單講，相對論屬於經典理論，而量子力學屬於量子理論，兩者有什麼區別呢？

經典理論認為宇宙萬物都是可描述的，可預測的，也都是連續的。簡單的例子就是，我們每天都能收到天氣預報，而天氣預報就是對未來天氣的描述。

而量子理論恰恰相反，認為我們所在的時空是不連續的，萬物都是不可預測的，是不確定的，只能用機率（波函式）來描述。

下面來具體講一講相對論和量子力學的“前世今生”。

相對論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論是基於“光速不變原理”和“相對性原理”兩大前提的基礎上提出來的。

愛因斯坦在研究偉大的麥克斯韋方程組時發現，光速只與真空的介電常數和磁導率有關，與參照系無關。也就是說，光速是絕對的，在任何參照系下都是光速，光速與任何速度疊加之後仍舊是光速。

顯然這與伽利略變換（簡單說就是速度的疊加）發生了矛盾，也與牛頓的經典物理發生了矛盾。

這說明麥克斯韋方程組與牛頓經典力學（伽利略變換）之間必然有一個是錯誤的。

經過深入思考（過程是比較複雜的，這裡略去），愛因斯坦提出了自己的時空觀，認為時間和空間並不是絕對的，而且兩者是有機的整體，是不可分割的。

這種思想完全顛覆了統治幾百年的牛頓經典時空觀，因為牛頓認為時間和空間是絕對的，同時兩者是分開的，時間和空間沒有任何關係。

這裡需要強調一下，狹義相對論認為時間和空間是相對的，但並不是時空是相對的。其實在狹義相對論裡，時空並不是相對的，而是絕對的，說白了，“事件”本身是絕對的。何為“事件”？舉個例子，你花了5分鐘時間看完了這篇文章，這就是一個“事件”，這個事件就是絕對的。

而廣義相對論是建立在狹義相對論基礎上，加入了引力的概念，從慣性系推廣到所有參照系。廣義相對論表明，時空並不是平坦的，而是彎曲的。

因此愛因斯坦認為所謂的引力並不存在，它只是時空彎曲的外在表象而已。可以這樣簡單詮釋：時空告訴物體如何運動，而物體告訴時空如何彎曲。

下面說說量子力學。

隨著量子力學的發展，出現了不同的分支，比如說量子色動力學，量子電動力學，前者統一了弱力和電磁力，而後者能夠很好地描述強力。這兩個力學目前來說非常成功。

但唯獨遺憾的是，這兩個理論中都沒有涉及引力，理論中的任何描述都以“引力不存在”為前提。

所以，如何把引力理論加入量子力學，成為擺在科學家們面前的難題。

廣義相對論雖然很好地詮釋了引力的本質，但由於廣義相對論只是在宏觀上進行了描述，並沒有在微觀世界詮釋引力的本質，這並不是量子力學下的完美理論。

比如說，根據廣義相對論的預測，黑洞中心存在奇點，廣義相對論並不能詮釋奇點。這也說明，廣義相對論對於引力的詮釋，在微觀世界是不正確的，雖然它在宏觀領域如此成功。

於是，量子引力理論成為科學家們追求的目標，也就是將廣義相對論量子化，力求在微觀世界也讓廣義相對論很成功。按照這個思路，科學家們相繼提出了圈引力理論和量子場論，同時還引申出了更前沿的（超）弦理論。

但科學家們發現，無論哪種理論，距離他們心目中的完美理論還很遠，尋找更加完美的量子引力理論也成為了科學家們奮鬥的目標。