科學家建立超越廣義相對論的引力量子場論—新聞—科學網

2020-11-23 科學網

 

本報訊 近日，中科院院士、中科院卡弗裡理論物理研究所研究員吳嶽良，打破愛因斯坦廣義相對論中關於廣義坐標變換不變假設的局限，不再從推廣狹義相對論和坐標時空幾何的途徑來構建量子引力理論，而是基於量子場論和對稱原理，建立超越愛因斯坦廣義相對論的引力量子場論。相關成果發表於《物理評論》。

研究表明，在四維引力場時空中建立的引力量子場論，可統一描述引力、電磁力和弱力等自然界基本相互作用力。並導出含有引力場效應的所有基本量子場運動方程和所有基本對稱性對應的守恆定律，包括超越愛因斯坦廣義相對論的引力場方程和能動量守恆定律。在引力量子場論中，彎曲坐標時空的幾何度規不再作為基本引力場。對稱原理作為刻畫對稱與對稱破缺的基本原理。正是引力量子場論中的量子效應，使得引力標度子引發整體標度對稱性破缺而導致早期宇宙的暴脹，給出以量子暴脹宇宙為起源的量子引力場時空動力學。研究證明，引力量子場論在低能情況下的有效理論給出愛因斯坦廣義相對論，預言無質量的引力子以及有質量的自旋規範子和標度規範子。因此，相比於愛因斯坦廣義相對論中廣義坐標變換不變的假設，引力量子場論中關於自然界基本規律與時空坐標和標度選取無關並遵循局域規範不變的假設更為基本。（柯訊）

《中國科學報》 (2016-01-21 第1版 要聞)

相關焦點

  • 中國提出引力量子場論:打破廣義相對論局限!
  • 引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學
    有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學？有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力？
  • 【科技日報】引力量子場論可統一廣義相對論與量子力學---中國科學院
    此前量子場論的建立，使狹義相對論與量子力學成功統一。但廣義相對論與量子力學的統一至今仍是理論物理界的研究熱點。　　「廣義相對論基於彎曲時空動力學，因此存在時空平移對稱性和能量動量守恆定律不再成立，無法很好地定義和度量時間間隔和空間間隔等問題。」吳嶽良說，引力量子場論假定自然界基本規律與時空坐標和標度選取無關，並且遵循局域規範不變原理。
  • 量子場論中的基本問題
    20世紀物理學有兩大發現：相對論和量子力學，它們也是現代物理學的兩大支柱。剛開始，這兩個理論不可調和。但後來量子場論成功結合了二者，並描述了自然界四種基本力中的三種：電磁力、弱核力和強核力。量子場論也能很好地描述波粒二象性，這樣傳統上認為的粒子就可以解釋為量子場中所對應的能量量子。
  • 段一士先生的講義：《廣義相對論與引力規範理論》
    在廣義相對論、粒子物理、引力規範理論、量子場論和規範場理論等研究領域做出了重要貢獻。發表學術論文二百餘篇，撰寫和編著了《量子場論》《拓撲規範場論》《廣義相對論和引力規範理論》《規範場理論》《額外維》《宇宙學》《超對稱和共形場論》等二十餘門理論物理基礎和前沿課程的教材和講義。段一士先生在蘭州大學從事教學和科研工作六十年, 留下了大量的講義和筆記手稿.
  • 廣義相對論量子力學可統一了?
    本文轉自中國科學網-科技日報科技日報北京1月25日電 （記者徐玢）有沒有一種理論可以統一廣義相對論和量子力學有沒有一種理論可以統一描述引力、電磁力、弱力、強力四種基本作用力？25日，中國科學院院士、中國科學院大學副校長吳嶽良在中科院理論物理所舉行的前沿科學論壇上，提出引力量子場論。該理論打破以彎曲時空幾何為基礎的廣義相對論的局限，將廣義相對論與量子力學統一起來。相關成果發表在近日出版的國際期刊《物理評論》上。此前量子場論的建立，使狹義相對論與量子力學成功統一。
  • 量子力學與廣義相對論
    量子力學和廣義相對論是目前人類描述微觀世界和宏觀世界的兩套比較精確的理論。然而這兩套理論卻是各自為政的，量子力學掌管著微觀尺度，而廣義相對論則掌管著宏觀尺度。然而問題來了，微觀跟宏觀的界限在哪裡呢？也就是說多小的尺度才是微觀？
  • 廣義相對論與量子力學的未來在哪?
    提問：廣義相對論與量子力學是否需要統一呢？回答：廣義相對論與量子力學兩者皆是描述自然的。我們希望有一種對於自然的描述，它是能夠自圓其說的。這就是統一的含義：一個能自洽的理論。從實際的角度來看，這樣的統一或許是沒必要的。量子場論只在彎曲的空間背景才能被較好的運用。
  • 顛覆物理世界的廣義相對論
    廣義相對論認為質點在引力場中是沿著彎曲時空的短程線運動，這種把引力場「幾何化」的物質運動理論在深度和廣度上都拓寬並發展了牛頓的引力理論。其次，是黑洞理論的建立。基於廣義相對論理論的恆星演化模型，一般認為，具有幾十倍太陽質量的大質量恆星在進入中子星階段之後，還會進一步塌陷成密度趨近於無窮大的「黑洞」。所謂黑洞，就是當一個星體足夠緻密時，其引力會使時空中的某些區域發生極度的扭曲以至於連光都無法逸出。在天文學上，緻密星體的最重要屬性之一是它們能夠極有效率地將引力能量轉換為電磁輻射。
  • 為解釋暗能量,有必要修改廣義相對論的引力理論嗎?
    自從上世紀90年代首次揭示並發現暗能量以來，從宇宙的大尺度結構，從宇宙對其內部恆星的年齡要求，從遙遠超新星的微弱，從宇宙的平坦度和測量的物質密度的結合，科學家們已經知道與我們所說的宇宙學常數驚人地一致：我們可以在愛因斯坦的廣義相對論中，加入一些不違背理論本身核心預言的東西。
  • 量子場論是什麼?
    描述和計算這個物理過程，需要研究粒子的產生和消滅的量子場論。這是量子力學中最高深的部分，然而不提場論的量子力學介紹，是不完整的。下文經授權選自戴瑾博士著《從零開始讀懂量子力學》（北京大學出版社，2020年4月）第18章，介紹了量子場論這個複雜理論體系中的一些基本概念。
  • 量子場論是什麼?|展卷
    大量新的粒子種類在加速器上被發現，成就了量子場論的大發展。當有粒子產生或消滅時，參與反應的粒子，一般都會接近光速，必須使用相對論。大部分粒子是有靜質量的，產生一個粒子，最低限度需要的能量，由愛因斯坦的質能公式給出。E=mc^2所以，量子場論，也被看成相對論和量子論的融合。
  • 網友問：既然廣義相對論中引力本不存在，為何不把引力替代掉？
    萬有引力定律和廣義相對論對引力的解釋，本質上是對同一事物的兩種描述而已，沒有對錯之分，只有適用範圍之分；其中牛頓力學的描述形式簡單，但只在弱引力場中生效，廣義相對論的描述比較複雜，適用於所有場合。在廣義相對論中，愛因斯坦以時空彎曲來描述引力，並獲得了巨大的成功，解釋了很多萬有引力定律解釋不了的現象，根據廣義相對論的描述，引力的本質就是時空彎曲，實際當中根本不存在「引力」這個事物。
  • 網友問:既然廣義相對論中引力本不存在,為何不把引力替代掉?
    萬有引力定律和廣義相對論對引力的解釋，本質上是對同一事物的兩種描述而已，沒有對錯之分，只有適用範圍之分；其中牛頓力學的描述形式簡單，但只在弱引力場中生效，廣義相對論的描述比較複雜，適用於所有場合。在廣義相對論中，愛因斯坦以時空彎曲來描述引力，並獲得了巨大的成功，解釋了很多萬有引力定律解釋不了的現象，根據廣義相對論的描述，引力的本質就是時空彎曲，實際當中根本不存在「引力」這個事物。
  • 相對論和量子力學的主要矛盾是什麼?
    當然，以上我們提到的其實都是狹義相對論的內容。而廣義相對論則是狹義相對論的一種推廣，狹義相對論說白了研究是的慣性系下的運動，也就是時空是平直時的運動情況。而廣義相對論推廣到了一般性的情況，即使是時空發生了彎曲，也同樣適用。愛因斯坦發現，引力會引起時空的彎曲。
  • 科學家發現宇宙引力紅移現象,廣義相對論再次得到驗證
    在一項發布在《科學》雜誌上的新研究中，天文學家發現，一顆恆星運行到距離人馬座A*最近的位置時產生的引力紅移現象與廣義相對論預言的完美契合。實際上，去年的一項研究就曾表明，人馬座A*強大的引力場對S2產生的引力紅移現象與廣義相對論的預言完美契合。而本次最新的研究結果則來自另外一組獨立的觀測，排除了系統誤差的可能性，進一步驗證了廣義相對論。
  • 量子場論是什麼？｜展卷
    描述和計算這個物理過程，需要研究粒子的產生和消滅的量子場論。這是量子力學中最高深的部分，然而不提場論的量子力學介紹，是不完整的。下文經授權選自戴瑾博士著《從零開始讀懂量子力學》（北京大學出版社，2020年4月）第18章，介紹了量子場論這個複雜理論體系中的一些基本概念。
  • 這位物理學家在最關鍵時刻拯救了量子場論,挽回了人們的信心
    很多物理學家認為他在最關鍵的時刻拯救了量子場論，讓人們對這個基本的理論框架仍保持信心。在20世紀裡，標準模型相比之下就不算太具有革命性，因為它是建立在量子力學和相對論的基礎之上的。目前我們開始對一些問題有了更好的理解，這些問題和引力有關。引力是一種宇宙中普遍存在的奇怪的力，而量子引力會把引力和其他相互作用統一起來。很多人認為，想要做到這一點，就必須對我們之前一些最基本的想法和概念，比如空間和時間，做徹底的改變。
  • 廣義相對論驗證引力是由時空扭曲產生!
    時空扭曲產生引力，創造出神奇宇宙奇觀。牛人們總是在一開始本部能夠得到大眾的認可，就像愛因斯坦，他的廣義相對論所提及的引力在一開始因為只是一個猜想而不被外界所認同，直到最後的以證明人們才不得不接受了這一事實。