国际理论物理中心(亚太地区)吴岳良院士提出引力量子场论

  • 孟繁梓
  • 日期:2023-06-25
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    目前自然界已知四种基本相互作用,包括引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。其中,引力可以由爱因斯坦提出的广义相对论来描述,而其它三种相互作用可以由粒子物理的标准模型来描述,这是一种具有规范对称性的量子场论。当今理论物理最核心的问题,是如何将广义相对论和量子场论统一到同一个理论中。

    为解决这一理论难题,中国科学院大学国际理论物理中心(亚太地区)和中国科学院理论物理研究所吴岳良院士近期提出了引力量子场论(gravitational quantum field theory, GQFT)。在广义相对论的理论构建中,通常用一个具有两个对称时空指标的度规张量场来描述弯曲时空。根据引力量子场论这一新理论,可以用一个具有双标架指标的规范场取代传统的度规场来等效地描述引力,同时,借助这个新的规范场,可以将引力理论纳入量子场论的框架中,实现引力和量子场论的统一。

    粒子物理标准模型中,夸克和轻子以手征费米子的形式出现,从李群的表示理论来看,它们都要处在时空对称性的旋量表示和规范对称性的基本表示中。在新的引力量子场论中,理论的内在规范群变为非齐次自旋规范对称群 。其中,引力由手征平移型规范对称性 来支配,旋量场所参与的其它相互作用由自旋规范对称性 来决定。类似粒子物理标准模型,所有手征费米子都要在引力量子场论的非齐次自旋规范对称性下满足相应表示的变换。

   关于引力量子场论的研究,主要思路和结果被总结在《Gravidynamics, spinodynamics and electrodynamics within the framework of gravitational quantum field theory》一文中,最近发表在《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版(SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, SCPMA, 66, 6: 260411 (2023))。在这篇论文中,吴岳良院士探讨了引力量子场论框架下的引力动力学、自旋动力学和电动力学,详细研究了双标架时空下的广义狄拉克方程、广义麦克斯韦方程、广义爱因斯坦方程和自旋规范场方程,仔细讨论了超越爱因斯坦广义相对论的引力动力学所产生的新效应。本文突破爱因斯坦纯几何的时空观,建立引力量子场论,尝试实现广义相对论与量子力学的统一,进而探索引力和时空的本质。

    本研究工作得到了国家重点研发计划(批准号:2020YFC2201501)、国家自然科学基金 (批准号:12147103,理论物理专款量子-宇宙理论物理中心;11821505)和中国科学院战略性先导项目 (XDB23030100)的支持。

    原文链接:https://doi.org/10.1007/s11433-022-2052-6