院士吴岳良公布突破广义相对论的研究成果
2016-01-25 01:19:55
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院士吴岳良公布突破广义相对论的研究成果


科学家建立超越爱因斯坦广义相对论的引力量子场论
  2016-01-20 16:29 来源:中国科学院网 
  一百年前, 爱因斯坦通过推广狭义相对论而创立了广义相对论,建立起引力与时空几何的内在联系,成为二十世纪理论物理划时代的进展。另一方面,狭义相对论与量子力学作 为二十世纪理论物理具有变革性的进展,它们的成功统一建立了相对论量子场论。量子场论作为描述微观世界的基本理论,成功地应用于电磁力、弱作用力和强作用 力三种基本作用力的描述,导致粒子物理标准模型的建立,成为二十世纪理论物理的重大突破性进展。广义相对论作为引力的经典理论,对宇观世界的描述得到了实 验的证实。尽管如此,广义相对论与量子力学的统一至今未能取得成功。其主要障碍包括:以弯曲时空动力学为基础的广义相对论不再具有四维时空平移不变性,不 能像狭义相对论中那样很好地定义和度量时间间隔和空间间隔以及能量和动量等物理守恒量。为此,建立自洽的量子引力理论成为半个多世纪以来理论物理学家一直 在探讨的前沿科学问题,它的成功建立将不仅对理解早期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的作用。量子论与决定论一 直是爱因斯坦和科学家们关注和争论的焦点。

  最近,中国科学院大学/亚太国际理论物理中心、中国科学院理论物理研究所/理论物理国家重 点实验室、中国科学院卡弗里理论物理研究所研究员、中科院院士吴岳良,打破爱因斯坦广义相对论中关于广义坐标变换不变假设的局限,不再从推广狭义相对论和 坐标时空几何的途径来构建量子引力理论,而是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。该理论假定物质基本组元由狄拉克费米子 量子场来描述,自然界基本作用力由狄拉克费米子量子场内禀量子自由度之间的规范对称性来支配,即物质基本组元之间通过杨-米尔斯玻色子量子场传递相互作 用。该理论进一步假定狄拉克费米子量子场具有内禀自旋和标度规范对称性,自然界基本规律应与时空坐标和标度选取无关并遵循局域规范不变的原理。由此,自然 地引入引力场和自旋规范场以及标度场和标度规范场,并提出双标架四维时空的概念,即:具有整体洛伦兹和标度对称性的四维坐标时空和具有局域自旋和标度规范 对称性的四维引力场时空,前者作为狭义相对论中整体平坦的闵氏坐标时空,描述量子场的运动和度量,后者作为局域平坦的引力场时空,决定量子场的内禀自旋自 由度和相互作用表示;引力场作为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。

   基于以上基本原理和假设,研究表明,在四维引力场时空中建立的引力量子场论,可统一描述引力、电磁力、弱力、强力、自旋力和标度力等自然界基本相互作用 力。并导出含有引力场效应的所有基本量子场运动方程和所有基本对称性对应的守恒定律,包括超越爱因斯坦广义相对论的引力场方程和能动量守恒定律。不同于爱 因斯坦广义相对论,在引力量子场论中,弯曲坐标时空的几何度规不再作为基本引力场。对称原理作为刻画对称与对称破缺的基本原理,研究发现,当引力场时空中 的局域自旋和标度规范对称性破缺到整体洛伦兹和标度对称性后,通过求解运动方程得到由四维协变宇宙波矢决定的背景引力场。背景引力场的严格解给出宇宙膨胀 和收缩的性质,构成共形平坦的四维背景引力场时空,由宇宙波矢决定的宇宙视界给出宇宙尺度的大小。以共形固有时间或宇宙固有时间为时间尺度的四维时空中, 宇宙不再呈现各向同性的性质,只有在与背景场共动的四维时空中,四维背景引力场时空才表现出各向同性。当以宇宙固有时作为四维时空中的时间度量,早期宇宙 的空间尺度将呈现指数暴胀的性质。研究表明,正是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而导致早期宇宙的暴胀,给出以量子暴胀 宇宙为起源的量子引力场时空动力学。研究证明,引力量子场论在低能情况下的有效理论给出爱因斯坦广义相对论,预言无质量的引力子以及有质量的自旋规范子和 标度规范子。由此得出结论,相比于爱因斯坦广义相对论中广义坐标变换不变的假设,引力量子场论中关于自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关并遵循局域规 范不变的假设更为基本。

  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.d93,024012(2016)


吴岳良,男,1962年生于江苏宜兴,中共党员。理论物理学家。中国科学院院士。现任中国科学院大学副校长。
   1982年毕业于南京大学物理系。同年,考入中国科学院研究生院。1987年在中国科学院理论物理研究所获博士学位。1987年至1996年先后在德国 多特蒙德大学、美茵茨大学和美国卡耐基—梅隆大学、俄亥俄州立大学从事基本粒子物理与量子场论方面的理论研究。1996年受聘于中国科学院理论物理研究所 副研究员、研究员、博士生导师。1998年至2014年,曾任中国科学院理论物理研究所第一研究室主任、副所长、所长、理论物理国家重点实验室主任。兼任 中国科学院卡弗里理论物理研究所所长,亚太理论物理中心理事会主席、董事会成员。科技部“暗物质暗能量的理论研究和实验预研”973项目首席科学家。
   研究领域包括粒子物理、量子场论、对称原理、宇宙学。主要研究方向包括:正反粒子-左右宇称反演对称性(CP)破坏、味对称规范理论和中微子物理、量子 场论基本问题和正规化/重正化方法、量子色动力学和夸克禁闭、手征动力学有效理论和重夸克有效场论、大统一理论、量子场论拓扑性质、引力-规范场对偶理 论、宇宙暗物质暗能量模型等,并做出一系列独创性研究成果。曾多次成功地发起组织有影响的大型国际、国内学术会议, 有的已发展成为国际、国内的系列会议。被邀请作为多种国际国内学术期刊的编委。
  1996年获国家杰出青年科研基金。1997年入选国家人事部 “百千万人才工程”。1998年获得政府特殊津贴。2000年纳入中科院百人计划。2003年获中共中央组织部,宣传部,统战部,人事部,教育部和科学技 术部授予的留学回国人员成就奖。2005年获国家自然科学二等奖。


网上,也有人对此提出质疑甚至否定。


最近听说,我国科学家超越了爱因斯坦广义相对论?

发布于 2016年 1月23日 13:40

事情是这样的,有点石破天惊。

爱因斯坦提出广义相对论100周年刚刚过去,有媒体称,中国科学家提出了“超越爱因斯坦广义相对论”的理论。

据 中国科学报21日报道,近日,中科院院士、中科院卡弗里理论物理研究所研究员吴岳良,打破爱因斯坦广义相对论中关于广义坐标变换不变假设的局限,不再从推 广狭义相对论和坐标时空几何的途径来构建量子引力理论,而是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。相关成果发表于《物理评 论》。

后面这段话不太好懂:

研 究表明,在四维引力场时空中建立的引力量子场论,可统一描述引力、电磁力和弱力等自然界基本相互作用力。并导出含有引力场效应的所有基本量子场运动方程和 所有基本对称性对应的守恒定律,包括超越爱因斯坦广义相对论的引力场方程和能动量守恒定律。在引力量子场论中,弯曲坐标时空的几何度规不再作为基本引力 场。对称原理作为刻画对称与对称破缺的基本原理。正是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而导致早期宇宙的暴胀,给出以量子 暴胀宇宙为起源的量子引力场时空动力学。研究证明,引力量子场论在低能情况下的有效理论给出爱因斯坦广义相对论,预言无质量的引力子以及有质量的自旋规范 子和标度规范子。因此,相比于爱因斯坦广义相对论中广义坐标变换不变的假设,引力量子场论中关于自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关并遵循局域规范不 变的假设更为基本。

小编在能力范围内稍微解释一下。

第一句话提到“统一引力、电磁力和弱力”。自然界有四种基本相互作用力,分别是引力、电磁力、强力和弱力。

目 前成熟的理论,也就是经得住实验检验的,广义相对论能描写引力,其它基本相互作用则可以在量子力学的框架内描写(量子场论)。但是能统一描述四种基本相互 作用力的“大统一理论”则都不成熟。比较有希望的是超弦理论,许多科学家投入了心血,能不能检验呢?最近包括丘成桐在内的科学家,都期望中国建设巨型对撞 机,通过不同的渠道跟国家领导人提出建这个机器的请求。弦论的一个主要基础是超对称,用这个机器,如果能够找到超对称的话,超弦理论基本上就是对的。现在 能够将引力量子化的主要的理论是超弦。

那么吴岳良院士的工作是什么呢?也是要做一个联系相对论和量子力学的理论,可能还要以此解释宇宙起源(暴胀宇宙),但是他的做法是反过来,不是引力量子化,而是量子引力化,出发点不同。

这样的工作当然是非常前沿的,但各种各样的统一理论也很多,在宣传上需要非常谨慎,无论多么自信,如果没有实验检验,是不可能拿诺贝尔奖的。

本来呢,小编听说这件事被冠以“超越了爱因斯坦广义相对论”,还以为是媒体标题党。

然而在中科院理论物理研究所的网站上,吴岳良院士过几天要做的讲座,标题也是如此。并不是“超出标准模型”之类的说法,而是大有借爱因斯坦抬高自己之意。

如此自信,小编很期待这个讲座。

成果最终还是要实验检验,目前的条件下恐怕很难,这需要超超超超级的对撞机啊。

引用率当然也很重要。小编在《物理评论D》(PRD影响力不如PRL、Science、Nature等)上查到了这篇论文,是1月11日发的,文章更早就已经写出了,并没有被引用过。看来反响并不算大。


   


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