為什麼量子力學和相對論如此不同，難道宇宙有兩套法則？

量子力學和相對論是現代物理學的兩大支柱。

1905年，愛因斯坦發表狹義相對論，1915年發表廣義相對論。

我們基本上可以認為相對論是愛因斯坦一個人建立，但是量子力學的建立要複雜的多。

量子力學的開端始於對黑體輻射的測量。

最開始，1859年德國科學家基爾霍夫首先提出來一個物體熱輻射的理論，即物體輻射出來的能量，只和物體的溫度以及輻射出來的電磁波波長有關係。

後來，斯蒂芬和波爾茲曼提出了一個斯蒂芬~波爾茲曼定律，這個定律顯示：黑體的熱輻射只和溫度的4次方成正比。

而且，斯蒂芬和波爾茲曼的推導過程都很嚴格，是從熱力學定律和麥克斯韋電磁理論裡面推匯出來的。

所以，這個時候就是兩個物理學定理開始打架了，一個說和波長有關係，一個說沒關係。那麼到底有沒有關係？

後來做了實驗，在某些情況下有關係，在某些情況下又沒關係。

也就是說，實驗做出來的曲線在一部分情況下符合基爾霍夫定律，在另外一部分情況下符合斯蒂芬~波爾茲曼定律。

普朗克根據實驗曲線，用擬合的方式湊出來一個公式，這就是黑體輻射公式。然後再去解釋這個湊出來的公式上面的每一個引數的具體含義。

這個公式顯示，電磁波的能量和波長有關，同時必須假定能量是不連續的。

後來，愛因斯坦在研究光電效應的時候，發現普朗克的假設是正確的，必須假定，電磁波的能量是一份一份的。

電子只有吸收到超越某個極值的那份能量，然後才會產生電子發射效應。

愛因斯坦因為正確解釋了光電效應，而獲得了諾貝爾獎。

這一系列的事件，可以看成是量子力學發端的標誌性事件。

因為

這些是科學實驗和科學假設告訴我們：這個世界完全是離散的和不連續的。

就像我們人的胳膊，實際上是和身體不連在一起的，它之所以不被扯掉下來，是因為分子和分子之間有氫鍵、二硫鍵等分子間的力把它連在一起的。

這些分子間力的本質作用是因為電磁力，而電磁力是因為吸收和發射虛光子引起的。

量子力學顛覆了以前科學家對這個世界的理解。

但是，

量子力學解決了一個哲學問題：這個世界到底是不是無限可分的。

假如這個世界是無限可分的，那麼就會面臨著這個世界可以有無數多種組合，有無數多種規則，有無數多種現象，結果就是。萬物的運動規律是一團亂麻，不可能構造如此有序的世界。

組成萬物構造的最基本單位是原子，它只有三種東西構成：電子、質子和中子。

有限，就意味著物質的統一規律。

假如世界是無限可分的，我們可以設想一下，如果一個學校裡面有無數本書，那麼到底誰會畢業呢？沒有人會畢業。

也可以認為，如果世界是無限可分的，那麼就面臨著一個沒有結論的後果。

所以，量子力學告訴我們：基本粒子的數量是有限的，只有60多種。

且即是空間的大小，也不是無限可分的，分到最小不可再分的尺度，叫做普朗克尺度。

但是，這裡又有一個問題。

根據廣義相對論，時空是連續的和光滑的。而且現在觀察到的現象：時空確實是連續光滑的。

距離我們地球幾億光年以外的星星，它發出來的光在宇宙中經過了幾乎是無限長的距離，飛到了我們眼睛裡。

假如時空是不連續的，光線在飛行過程中會散射，損失能量。

因為按照量子力學的假設，真空其實並不是空的，它是虛粒子的海洋。每時每刻每分每秒，都有虛粒子產生同時在瞬間湮滅。

在幾億光年這一條直線上光飛過來，一個虛粒子都不碰到是不可能的，假如到一個虛粒子，這種碰撞就會損失能量，真空也會被加熱。

如果時空是離散的這種現象真實發生了，那麼天文學家的望遠鏡鏡頭下遠處的星星是看不清楚的，它是模糊的，就像人得了近視眼一樣。

這意味著

這個世界上同時存在著量子力學的離散真空，又存在著連續、光滑的真空。

20世紀初，德國著名的數學家希爾伯特為了解決數學證明的一系列問題，提出了一個公理化原則。

公理化原則解決了一個問題，什麼樣的理論系統才具備匯出結論的能力。

公理化原則，一個有效執行的系統：至少要有兩套不同的理論。

公理化原則是說，如果一個理論體系要能夠推匯出結論，那麼這個理論體系必須由N條公理組成， N要大於等於2。同時，這N條公理必須滿足：彼此不相互矛盾~相容性，同時彼此獨立。

從這個角度講，宇宙最少應該擁有兩種法則。

假如這個世界只有一種法則，那麼最終的最後的結果，從數學上來說，可以得到無數個結論。

這一點又和時空的光滑性具有類似性質。

所以

我們這個世界既應該是有限的，又應該是無限的。

這個世界就像一個有無數本書的學校，每一個學生都可以隨機的學任意數量的書，但是那些恰好學習了相同書的有限的學生，組成了一個彼此可以相互理解的世界。

這樣的世界有無數個，但是他們彼此感覺不到對方的存在。

所以，在無限的世界裡，每個人都只能看到有限。

這個世界有無數種規則，有無數物質，那些執行相同規則的物質，組成了我們的可觀測宇宙。

所以，這個世界就是由有限和無限，兩種規則構成的。

量子力學觸及到的是有限的那部分，而相對論描述的是無限的那部分。