我国科学家在建立超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论研究方面取得进展

来源: 中国科学报

发布日期: 2016-01-23 11:47:57

中国科学家吴岳良基于量子场论和对称原理,提出了一种超越爱因斯坦广义相对论的引力量子场论,该理论能够统一描述所有基本相互作用力,并解释早期宇宙暴胀现象。

1915年,爱因斯坦推广狭义相对论创立了广义相对论,建立起引力与时空几何的联系。随后,狭义相对论与量子力学的成功统一建立了量子场论。基于量子场论建立的粒子物理标准模型成功地描述了强、弱和电磁三种基本相互作用。然而,广义相对论与量子力学至今未能统一。为此,理论物理学家一直致力于建立自洽的量子引力理论,这不仅对理解宇宙的起源和演化至关重要,而且对量子理论本身的普适性和自洽性起着根本性作用。

最近,中国科学院院士、中国科学院大学副校长吴岳良,基于量子场论和对称原理建立超越爱因斯坦广义相对论的引力量子场论。该理论假定自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关且遵循局域规范不变原理。

自然地引入引力场、自旋规范场、标度场和标度规范场,并提出双标架四维时空,即具有整体洛伦兹和标度对称性的四维坐标时空以及具有局域自旋和标度规范对称性的四维引力场时空,前者描述量子场的运动和度量,后者决定量子场的内禀自由度和相互作用。在该理论中,基本引力场不再是弯曲坐标时空的几何度规,而是双标架四维时空中的双协变规范矢量场,形成非对易局域平坦的四维引力场时空,并与所有量子场相互作用。

研究表明,该理论可统一描述引力、电磁力、弱力、强力、自旋力和标度力基本相互作用力,导出含有引力场效应的所有量子场运动方程和所有基本对称性对应的守恒定律。爱因斯坦广义相对论是引力量子场论的低能有效理论。此外,引力量子场论中的量子效应使得引力标度子引发整体标度对称性破缺从而导致早期宇宙暴胀,给出以量子暴胀宇宙为起源的量子引力场时空动力学。

相关工作应邀在纪念爱因斯坦广义相对论100周年的“引力与宇宙学国际会议”和“第四届伽利略-徐光启会议”上报告。相关成果发表于《物理评论》【Phys. Rev. D 93, 024012 (2016)】

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