Quelle est la principale différence entre la mécanique quantique et la relativité générale?


Réponse 1:

En fait, ce sont des sortes de pôles séparés en ce moment. La différence est assez évidente, mais approfondissons un peu les détails. Ça va être amusant.

Le but sous-jacent de la physique et donc des physiciens est de comprendre la nature. Pour expliquer les choses qui se passent autour de nous. Ces deux théories sont comme deux livres de règles pour expliquer la nature. La relativité générale (GR) est une description exceptionnellement précise aux niveaux cosmiques, c'est-à-dire expliquant des choses comme les planètes en orbite, les satellites, les trous noirs en collision, les galaxies, etc. Elle explique même notre univers en accélération. Donc, fondamentalement, tout ce qui est assez grand est géré par GR. La mécanique quantique (QM) est née plus ou moins avec la relativité et est à nouveau exceptionnellement précise aux niveaux microscopiques. Il explique les trois des quatre forces fondamentales de la nature.

C'est la différence la plus fondamentale entre eux, mais ce n'est clairement pas très illustratif, alors essayons plus. QM et GR sont des théories fondamentales, et elles sont fondamentalement différentes, et la différence n'est pas seulement quelque chose par rapport aux terminologies, mais plutôt des descriptions complètement différentes de la nature. Si vous essayez un même problème avec deux approches différentes, la différence serait apparente. Je vous demande instamment d'essayer un problème de Griffiths, David J. (2005), Introduction to Quantum Mechanics, 2nd Edition; Éducation Pearson - Problème 4.17. Le problème est essentiellement de considérer le système Terre-Soleil comme un analogue géant du modèle quantique de l'atome d'hydrogène et de calculer le rayon de Bohr.

Maintenant, en venant à une différence encore plus subtile, ce qui est vraiment vraiment problématique si vous y réfléchissez. GR nécessite que l'espace-temps soit vraiment lisse ou continu. Chaque point peut être identifié, quelle que soit la taille de votre choix. QM d'autre part est tout au sujet de la quantification et de la discrétion. Les choses sont quantifiées au niveau quantique et la quantification de l'espace, ce n'est certainement pas ce que GR voit. Et puis il y a le fameux paradoxe de l'information, ce qui signifie, de manière très approximative, qu'un astronaute tombant a deux destins contradictoires possibles, ce qui n'est clairement pas très, je devrais dire Naturel.

Je ne voulais pas que la réponse soit aussi longue lorsque j'ai décidé de l'écrire. Je peux ajouter des détails si je m'en souviens plus tard.


Réponse 2:

La mécanique newtonienne décrit le mouvement des corps dans un espace et un temps plats à des vitesses très inférieures à la vitesse de la lumière. La relativité restreinte décrit le mouvement des corps dans un espace-temps plat à des vitesses proches de la vitesse de la lumière.

La mécanique newtonienne et la relativité restreinte sont des théories classiques. C'est-à-dire, non quantique. Ils ne prennent pas en compte les effets quantiques et le comportement quantique.

La relativité générale est également une théorie classique, non quantique. La relativité générale ne prédit pas le rayonnement de Hawking ni la température de Hawking. Ce sont des prédictions de la théorie des champs quantiques, prédictions que nous mentionnons aussi importantes que notre analyse classique. La relativité générale ne représente pas correctement toutes les propriétés du trou noir, pas plus que la mécanique de Newton ne prédit correctement le mouvement des particules en mouvement rapide.

Les équations d'Einstein sur le terrain de la relativité générale classique prédisent que rien, pas même un signal lumineux, ne s'échappe de l'intérieur de l'horizon des événements d'un trou noir de Schwarzschild. Cependant, en 1973, Stephen Hawking a démontré une exception à cette conclusion en utilisant la mécanique quantique. Pendant des années, la mécanique quantique était connue pour prédire que des paires de «particules virtuelles», des paires particule-antiparticule - comme un électron et un positron - sont continuellement créées et recombinées dans un espace «vide», malgré l'état de vide glacial. Hawking a montré que lorsqu'une telle paire de particules-antiparticules est produite près, mais à l'extérieur, de l'horizon des événements d'un trou noir, un membre de la paire sera parfois absorbé par le trou noir, tandis que l'autre s'échappe à une grande coordonnée r - maintenant une vraie particule. Les particules échappées forment ce qu'on appelle le rayonnement Hawking. Avant l'émission de particules, nous n'avions que le trou noir; après l'émission de particules, nous avons le trou noir plus la particule réelle distante en dehors de l'horizon des événements. D'où vient l'énergie de cette particule éloignée? Afin de conserver la masse / l'énergie, la masse du trou noir doit diminuer dans ce processus. Cette perte de masse provoque «l'évaporation» du trou noir. À mesure que la masse du trou noir diminue, le taux de perte augmente jusqu'à ce qu'il devienne finalement explosif, détruisant le trou noir.

Cette explication est basée sur les explications de John Archibald Wheeler dans ses livres Spacetime Physics et Exploring Black Holes.