相对论与量子论的统一( 三 ) 一、牛顿和爱因斯坦引力是一

四、引力规范理论
从相对性原理和等效原理视角构造的关于引力的理论，是广义相对论。而从量子场论的视角独立构建的关于引力的理论是引力规范理论。量子引力规范理论的先验基础则是规范原理。规范原理的基本内容是说，相互作用的源就是与该相互作用相对应的整体对称性的守恒荷，将整体对称性定域化时需要引入相应的规范相互作用，并同时将相互作用的基本规律确定下来。引力规范理论认为引力的本质是一种物理的相互作用，弯曲时空则不过是对经典引力效应的一种方便的、等效的描述而已。确定引力的物理本质对于确定引力相互作用的规律与引力的量子化是至关重要的。回顾历史，我们发现，早期牛顿认为引力是一种相互作用，后来爱因斯坦认为它是时空的几何，现在引力规范理论又回过来认为引力的本质是一种带有几何性的物理的相互作用。这种状况使我们想起人们关于光的本质的认识。最早牛顿认为光是粒子，后来惠更斯认为光的本质是波，再后来爱因斯坦认为光的本质是量子，最后德布罗意提出波粒二象性的观点。受此启发，引力规范理论中提出物理-几何二象性的观点，即引力是一种带有几何特性的物理相互作用，引力同时又是物理相互作用所表现出的等效的时空几何。正由于物理-几何二象性，引力规范理论在表述时，首先需要确立表象。有两个主要的表象，一个是引力的物理表象，另一个是引力的几何表象。引力规范理论的基本表象是物理表象，引力规范理论的基础是在引力的物理表象中建立起来的。在引力的物理表象中，时空永远是平直的，而引力是由平直时空中的引力规范场来传播的一种相互作用力。经过一个简单的变换，可以把引力规范理论从物理表象变到几何表象中去。此时需要利用引力规范场定义一个等效的时空度规，于是发现可以用此等效的时空度规为基础来表述整个理论，此时引力规范理论就回到了爱因斯坦的广义相对论。换句话说，引力规范理论过渡到引力的几何表象中去以后，可以回到广义相对论。不过，这里谈到的“回到”只是数学上可以回到广义相对论并得到广义相对论中所有的物理结论，但新的理论和广义相对论仍有原则的区别，因为理论的根基不同：引力规范理论的先验基础是规范原理，而广义相对论的先验基础是等效原理和广义协变原理。这也意味着我们可以从等效原理和广义协变原理出发按照爱因斯坦的方式建立和表述广义相对论，也可以从规范原理出发来建立和表述广义相对论。因此引力规范理论是对广义相对论的发展，是量子论和广义相对论的统一：广义相对论只能描述物体的经典运动；而引力规范理论既可以描述物体的经典运动，又可以描述量子态的运动，并且对于经典问题，引力规范理论变换到引力的几何表象中去以后可以回到广义相对论。换句话说，忽略引力的量子效应以后，引力规范理论的经典极限就回到广义相对论。
整个科技界追寻了近百年的一个梦，最后在引力规范理论中找到了答案：引力规范理论成功地把量子论和广义相对论统一在一起。 (本文作者:吴宁,北京子贞科技中心)返回搜狐，查看更多
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