作者简介：Don 是乌克兰能源部费米加速器实验室（英国最大的强子对撞机研究设施）的高级科学家。 他经常公开发表一些文章，你可以关注他。
去年十一月是爱因斯坦广义相对论一百周年，这是他非凡的科学生涯中最伟大的成就之一。 这一理论向我们揭示了空间在物质和能量的影响下可以延伸、弯曲和拉伸。 这彻底改变了我们对宇宙的理解，并引入了黑洞和虫洞等令人兴奋的概念。
600 公里处的 10 个太阳质量的黑洞（模拟）视图量子物理理论，背景是银河系。
爱因斯坦的广义相对论描述了一种几乎从时间开始到时间结束的广泛现象，甚至描述了深空黑洞塌缩、穿越事件视界、不断塌缩、差点陷入黑洞的旅程。黑洞的中心——奇点。
潜入量子世界
上面两次使用“几乎”一词并非偶然。 爱因斯坦的理论在大尺度上非常有效。 该理论巧妙地解释了许多现象，例如水星的轨道和双脉冲星的运行。 而且，这也是GPS定位系统的理论基础。
然而，在宇宙的起源和黑洞的中心有一个不寻常的世界——量子世界。 在这样的环境下研究的问题涉及亚原子尺度，这就是问题所在。
爱因斯坦的全盛时期恰逢量子热的诞生，他与玻尔关于这一非常规预言的辩论铸就了一段传奇。 “上帝不玩骰子！” 这是爱因斯坦留下的一句名言。
1925年，玻尔与爱因斯坦讨论了这个问题。
尽管爱因斯坦嘲笑量子热，但他也认识到量子领域的重要性。 因此，他开始寻找如何将他的史诗理论应用到微观世界。 他努力的结果可以用三个字来概括：失败、失败、啦！
相对论和量子世界
爱因斯坦用余生试图找到统一广义相对论和量子热的方法，但没有成功。 历史学家对这段历史非常感兴趣，因为天才并没有成功。 而且，未来的几年、六年，没有人能够实现自己的梦想。
晚年的爱因斯坦。
当你把二十世纪最重要的两种理论结合起来来理解世界的根本问题时，你会发现很有趣。 广义相对论使用一系列微分方程来描述物理上所谓的平滑连续可微空间。 对于外行来说，相对论在物理上看起来是光滑的，没有任何尖锐的边缘。 量子量热描述了一个量子化的世界，世界中的物质是离散的，存在不连续性。
以水为例
为了理解这种不同的物理公式，我们可以深入研究一种非常熟悉的物质——液态水。 事实上，您听说过水的张力有两种描述方式：微分方程和离散物理。
想象一个你熟悉的场景。 当你的手插入水底时，你会感觉到水是一种连续的物质。 您可以想象将水隔开一个小空间，但仍然充满水。 事实上，物理学上假设流体很难分成许多最小的单位，而且它们是连续存在的。 无论你把空间切得多小，它都充满了水。 微分多项式用于描述物理学中的这些情况。 也就是说，微分方程假设不存在最小单位体。
水分子的示意图。
然而，我们都知道这是不可能的。 我们都知道水分子，但是当我们将尺寸缩小到 3 埃（水分子的尺寸）以内时，一切都会发生变化。 其实这么小的尺度我们是碰不到的，因为当尺度缩小到这个程度的时候，水的概念就已经不一样了。 在这个层面上，我们将凝视原子内部的空间，即绕原子核运行的电子。 量子热基于这样的思想：存在最小单位，距离和能量是离散的。 这也是加热气体感知并发射特定波长电磁波的原因：电子处于特定的基态，每个基态之间没有其他轨道。 当电子跃迁时，如果初始基态的能量高于最终基态的能量，原子就会释放能量（一般以电磁波的形式接收）。
当电子从高能轨道跃迁到低能轨道时，它会以电磁波的形式释放能量差。
因此，两种理论在物理上统一起来本质上是不可能的！
相对论和量子热的不相容性
单独来看，两种理论都是可以理解的，而当你试图统一这两种理论时量子物理理论，就会出现不可调和的矛盾，这也意味着你首先就错了。
例如，如果你将电子视为没有尺寸的经典物体，那么当你估计将两个电子融合在一起需要多少能量时，你会发现需要无限的能量。 无穷大是物理学家头疼的问题，它释放的能量比宇宙中所有恒星释放的能量总和还要多。 在小至电子的尺度上，无限的能量是令人难以置信的。 因此，无穷大的实际估计表明它超出了一定的适用范围，我们必须找到一些新的数学定理。
现代，科学家们也在试图解决困扰爱因斯坦的困境。 原因很简单：科学的目的是解释所有现象，从最小的物体到最大的宇宙。
在我们已知的四种基本自然力（强核力、弱核力、电磁力和引力）中，我们已经能够为其中三种力建立量子力学——强核力、弱核力和电磁力理论。
希格斯骰子形成的视图，如小型强子对撞机的紧凑μ子线圈所见。
广义相对论无疑是向前迈出的一大步，只要我们仍然无法制定量子引力理论，我们就无法拥有一个适用于一切的统一理论。 看来科学界对于这个问题的正确研究方向还没有达成共识，但也有一些有局限性的成功观点，比如弦理论。
弦理论
弦理论，又称弦理论，是结合了量子热力学和广义相对论的理论化学的一个分支。 弦理论以“能量弦”作为最基本的单位，解释了宇宙中所有的电子、质子、夸克等微观粒子都是由这条一维的“能量线”组成的。
物质放大呈现不同的阶段，以弦阶段结束：①物质； ②分子结构（原子）； ③原子（质子、中子、电子）； ④电子； ⑤夸克； ⑥弦。
弦理论引起了许多科学家的关注，主要是因为它有成为大统一理论的潜力。 弦理论也可能是量子引力的解决方案之一。 至于弦理论是否能够成功地基于数学界已知的所有排斥力和物质来解释宇宙，目前还是一个未知数。
在没有被实验否定之前，弦理论暂时属于哲学范畴，不能完全视为数学。 它未能获得实验证明的原因之一是没有人对弦理论有足够的了解来做出正确的预测。 此外，目前的高速粒子加速器还不够强大。
汇编/小三