当代量子引力及其哲学反思的论文.docVIP

当代量子引力及其哲学反思的论文 当代量子引力及其哲学反思的论文 【内容提要】本文从量子引力概念的分析入手，介绍了当代量子引力研究的进展，评析了其取得的主要成就，并对之作了简略的哲学反思。 【关键词】超弦/m理论/圈量子引力/哲学反思 【正文】 本文分四部分。首先明确什么是量子引力？其次给出当代量子引力发展简史，更次概述当代量子引力研究主要成果，最后探讨量子引力的一些哲学反思。 　　一、什么是量子引力？ 当代基础物理学中最大的挑战性课题，就是把广义相对论与量子力学协调起来[1]。这个问题的研究，将会引起我们关于空间、时间、相互作用（运动）和物质结构诸观念的深刻变革，从而实现20世纪基础物理学所提出的空间时间观念的量子革命。 广义相对论是经典的相对论性引力场理论，量子力学是量子物理学的核心。凡是研究广义相对论和量子力学相互结合的理论，就称为量子引力理论，简称量子引力。探讨量子引力卓有成效的理论，主要有两种形式。第一，是把广义相对论进行量子化，正则量子引力属于此种。第二，是对一个不同于广义相对论的经典理论进行量子化，而广义相对论则作为它的低能极限，超弦／m理论则属于这种。 圈(loop)量子引力[2]是当前正则量子引力的流行形式。正则量子引力是只有引力作用时的量子引力，和超弦／m理论相比，它不包括其它不同作用。它的基本概念是应用标准量子化手续于广义相对论，而广义相对论则写成正则的即hamiltonian形式。正则量子引力根据历史发展大体上可分为朴素量子引力和圈量子引力。粗略来说，前者发生于1986年前，后者发生于1986年后。朴素量子引力由于存在着紫外发散的重正化困难，从而圈量子引力发展成为当前正则量子引力的代表。 超弦／m理论的目的，在于提供己知四种作用即引力和强、弱、电作用统一的量子理论。理论的基本实体不是点粒子，而是1维弦、2维简单膜和多维brane（广义膜）的延展性物质客体。超弦是具有超对称性的弦，它不意味着表示单个粒子或单种作用，而是通过弦的不同振动模式表示整个粒子谱系列。 圈量子引力和超弦／m理论之外，当代量子引力还有其它不同方案。例如，euclidean量子引力、拓扑场论、扭量理论、非对易几何等。 　　二、当代量子引力研究进展 我们主要给出超弦／m理论和圈量子引力研究的重大进展。 1.超弦／m理论方面[3] 弦理论简称弦论，虽然在20纪70年代中期，已经知道其中自动包含引力现象，但因存在一些困难，只是到80年代中期才取得突破性进展。 1)80年代超弦理论 弦论发展可粗略分为早期弦理论（70年代）、超弦理论（80年代）和m理论（90年代）三个时期。我们从80年代超弦理论开始，简述其研究进展。 1981年，m·green和j.schwarz提出一种崭新的超对称弦理论，简称超弦理论，认为弦具有超对称性质，弦的特征长度已不再是强子的尺度（～10[-13]厘米），而是planck尺度（～10[-33]厘米）。 1984年，green和schwarz证明[4]，当规范群取为so(32)时，超弦i型的杨－mills反常消失，4粒子开弦圈图是有限的。 1985年，d.gross,j.harvey[5]等4人提出10维杂化弦概念，这种弦是由d=26的玻色弦和d=10超弦混合而成。杂化弦有e[,8]×e[,8]和so(32)两种。 同年，p.candlas,g.horowitz,a.strominger和e.witten[6]对10维杂化弦e[,8]×e[,8]的额外空间6维进行紧致化，最重要的一类为calabi－丘流形。但是这类流形总数多到数百万个，应该根据什么原则来选取作为我们世界的c－丘流形，至今还不清楚，虽然近10多年来，这方面的努力从来未中断过。 1986年，提出建立超弦协变场论问题，促进了对非微扰超弦理论的探讨。在诸种探讨方案中，以e.witten的非对易几何最为突出[7]。 同年，人们详细地研究了超弦唯象学，例如e[,6]以下如何破缺及相应的物理学，对紧致空间已不限于c－丘流形，还包括轨形(orbifold)、倍集空间等。 人们常把1984-86年期间对超弦研究的突破，称为第一次超弦革命。在此期间建立了超弦的五种相互独立的10维理论，而且是微扰的。它们是i型、iia型、iib型、杂化e[,8]×e[,8]型和so(32)型。 2)90年代m理论 经过80年代末期和90年代初期，对超弦理论的对偶性、镜对称及拓扑改变等的研究，到1995年五种超弦微扰理论的统一性问题获得重大突破，从此第二次超弦革命开始出现。 1995年，witten在南加州大学举行的95年度弦会议上发表演讲，点燃起第二次超弦革命。witten根据诸种超弦间的对偶性及其在不同弦真空中的关联，猜测存在某一个根本理论能够把它们统一起来，这个根本理论witten取名为m