对于量子力学和相对论之间的关系，很多人都有误会，尤其是两者之间的关系，很多人都以为他们是互斥的关系。而实际上并非如此，目前来看，除了“引力”之外，剩余的部分两者都可以很好地融合，并且科学家还真的这么做了。不过，在这之前，我们可以简单描述一下，量子力学和相对论到底都说了一些什么？
相对论
我们都知道，相对论分为狭义相对论和广义相对论。在狭义相对论中，爱因斯坦提出了一个全新的世界观。他认为，运动是会改变周围的时间和空间，并且时间和空间并非是分立的两个物理量，而是应该被统一起来的，所以应该叫做时空。而我们人类就生活在三维时空中。
除此之外，狭义相对论还统一了能量和质量，提出了质能等价。爱因斯坦认为，能量和质量其实是一个东西的两个面，具体体现出什么特质取决于你用什么方式进行称量。并且还给出了质量和能量的对应关系，也就是著名的质量方程E=mc^2。
而广义相对论和狭义相对论最大的区别在于，狭义相对论研究是在平直空间中的情况。
而广义相对论则研究的是在弯曲时空下的情况。并且爱因斯坦进一步提出了，引力的本质是时空的弯曲。
无论是广义相对论还是狭义相对论，结论都很奇葩的，之所以我们觉得很奇葩，关键就在于这个理论只有在速度特别快时，尤其是接近光速时，或者引力超级大时，才体现出它的威力来。
在一般的宏观低速（也就是我们生活的世界）的情况，牛顿力学是它的近似，两者误差极其小，你根本感觉不到。所以，这也体现了新理论和旧理论之间的关系，实际上是新理论要兼容旧理论，而不是否定旧理论。
量子力学
说完了相对论，我们再来说一说量子力学，量子力学说白了是研究小尺度上的物理学，尤其是纳米级别以下的尺度。目前关于量子力学的主流理论是哥本哈根诠释。这个理论告诉我们，这个世界是不确定性的。具体来说，如果你要去测量一个粒子的位置，你无法测量它的动量，这是因为测量的本身就会影响到粒子的运动。
在量子力学的框架下，粒子的状态变得极其诡异，比如：原子核的电子，它实际上同时存在于任意位置，呈现概率分布，这是一种叠加态。
所以，相对论和量子力学，最早是适用于两个不同的尺度，相对论适用于是速度快，引力大的大尺度，而量子力学则是适用于微观世界。不过，它们也确实进行了联姻。
保罗·狄拉克
最早把量子力学和相对论结合起来的人叫做：保罗·狄拉克。他是英国的理论物理学家，在量子力学的黄金时代，他是绝对的大神级的存在，并且被认为是量子力学的奠基人之一。
他在海森堡、薛定谔的发现之上，结合了狭义相对论，提出了量子场论，并且预言正电子的存在。通过将“场”量子化成功解决了量子力学中非定域性的问题，并且同时满足了洛伦兹写协变论。定域性指的是任何物理学效应都不能超光速传递。而非定域性正好就和定域性的原则是完全相反的，也就是说，在量子纠缠态的系统中，粒子是可以超过速相互作用的。
可以说，在量子场论的框架下，狭义相对论和量子力学进行了很好的结合。也正是在这个基础之上，催生了粒子物理标准模型。
引力的难题
既然狭义相对论和量子力学可以很好地进行融合。于是，科学家其实相信广义相对论能够和量子场论结合。这也是一直以来科学研究的前沿阵地。但，虽然经过许多科学家的努力，目前来说，广义相对论还是没有办法和量子场论进行很好地结合。至于原因，其实还蛮复杂的，我们简单讲述一下：
首先，在广义相对论中，所描述的时空是三维时空，引力是时空的弯曲造成的；可是量子场论中的时空观和广义相对论是不一样的，这是因为量子还有自旋空间，两者对于时间的描述也是相互矛盾无法调和的。
其次，在黑洞附近以及普朗克尺度下，两个理论也都同时出现失效的情况。
当然，实际上的矛盾还有很多，由于篇幅关系，这里就说这些。
正是因为这些问题，有一些物理学想要通过另辟蹊径的方式来解决这个矛盾，也就是“引力子”，希望能够把引力纳入到粒子物理学标准模型当中。可惜，引力子理论与现实的误差实在有点大，远没有广义相对论描述得好，所以没有成为主流科学理论。
最后，我们来总结一下，量子力学和广义相对论并不是互斥的，量子力学是可以和狭义相对论进行融合的，并且可以得到量子场论。只是广义相对论与量子场论的融合出现了问题。不过，目前来看，科学家始终是相信一定存在某些我们目前还不清楚的机制，才使得两者没实现融合。所以，将广义相对论和量子场论进行结合也是目前科学理论发展的重点方向。
