Mi az ellentmondás a relativitás és a kvantumfizika között?

A relativitáselméletet (különösen az általános relativitáselméletet) és a kvantummechanikát nehéz összeegyeztetni, és ezt az ellentmondást nevezik a "két nagy elmélet problémájának". Noha mindkét elmélet rendkívül sikeres és jól kipróbált a saját területén, az összehangolásuk problémásnak bizonyult.

Egyes fő ellentmondások a következők:

Méretek és skálák különbségei: A relativitáselmélet jól működik a nagy méretek és a nagy tömegek esetén (pl. csillagok, galaxisok), míg a kvantummechanika a kis méretek és a kis tömegek esetén (pl. részecskék) érvényesül eredményesen. Amikor egy rendszer mérete vagy tömege az atomi vagy a subatomi skálán van, mindkét elméletet figyelembe kell venni.

Részecskék viselkedése: A kvantummechanika szerint a részecskék néha hullám- és részecskejellegűek is lehetnek, attól függően, hogy hogyan mérik őket. A relativitáselmélet viszont egyértelműen részecskejellegűnek tekinti az objektumokat. Ezen különbségek a mikro- és makrovilág közötti átmeneti területeken jelennek meg.

Gravitáció kvantummechanikai leírása: A gravitáció leírása a kvantummechanikai térben egyelőre problémás. A gravitáció leírása az általános relativitáselmélettel szorosan kapcsolódik a téridő görbületéhez, és ezt még nem sikerült sikeresen integrálni a kvantummechanikai keretrendszerbe.

Azért gondolják, hogy az összehangolás megoldása segíthet a fekete lyukak jellemzésében, mert a fekete lyukak méretei és tömegük miatt mind a kvantummechanika, mind a relativitáselmélet hatásos lehet. A fekete lyukak részletes vizsgálata és az ezekre vonatkozó információk pontos megértése új tudományos megközelítéseket igényel, amelyek az elméletek egyes elemeit integrálják. Ilyen irányokban történik a kutatás, például a stringelmélet és a hurok-kvantumgravitáció. Azonban ezek a területek jelenleg még mindig aktív kutatási témák és nem születtek még kiemelkedően elfogadott eredmények.