当代量子引力及其哲学反思论文

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1、当代量子引力及其哲学反思论文【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.freeliltonian形式。

2、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，

3、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.Schinger和E.理论经过80年代末期和90年代初期，对超弦理论的对偶

4、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，理论。这一年内理论间的关系8、I型弦和杂化SO(32)型弦间的关系、杂化弦E,8×E,8型和M理论间的关系等。1996年，J.Polchinski、P.Toinger、C.Vafe应用D-brane思想，计算了黑洞这种极端情形的熵和面积关系10，得到了和Bekenstein-Ha膜模型的提出及Haolin求出理论方面1)弦及brane概念的提出广义相对论中的奇性困难、量子场论中的紫外发散本质、朴素量子引力中的重正化问题，

5、看来都起源于理论的纯粹几何的点模型。超弦理论提出轻子、夸克、规范粒子等微观粒子都是延伸在空间的一个区域中，它们都是1维的广延性物质，类似于弦状，其特征长度为Planck长度。M理论更推广了弦的概念，认为粒子类似于多维的brane，其线度大小为Planck长度。为简单起见，我们把brane也称作膜。超弦／M理论中，用有限大小的微观粒子替代粒子物理标准模型中纯粹几何的点粒子，这是极为重要且富有成效的革命性观念。2)五种微扰超弦理论这五种超弦的不同在于未破缺的超对称荷的数目和所具有的规范群。I型有N=1超对称性，含有开弦和闭弦，开弦零模描述杨－Mi

6、lls场，闭弦零模描述超引力。ⅡA型有N=2超对称性，旋量为Majorana-ills作用。3)超弦唯象学从唯象学角度来看，杂化弦型是重要的，E,.freel2,sR,A)-1。于是当R,A从无穷大变到零时，R,B从零变到无穷大。这给出了ⅡA弦和ⅡB弦之间的联系。两种杂化弦E,8×E,8和SO(32)也存在类似联系，尽管在技术性细节上有些差别，但本质上却是同样的。A.Sen证明，在超对称理论中，必然存在着既带电荷又带磁荷的粒子。当这一猜测推广到弦论后，它被称作为S对偶性。S对偶性是强耦合与弱耦合间的对称性，由于耦合强度对应于膨胀子场，杂化弦S

7、O(32)和I型弦可通过各自的膨胀子连系起来。5)M理论和五种超弦、11维超引力间的联系M理论作为10维超弦理论的11维扩展，包含了各种各样维数的brane，弦和二维膜只是它的两种特殊情况。M理论的最终目标，是用一个单一理论来描述已知的四种作用。M理论成功的标志，在于把量子力学和广义相对论的新理论框架中相容起来。附图上面给出五种超弦理论、11维超引力和M理论相容的一个框架示意图16，即M理论网络。此网络揭示了五种超弦理论、11维超引力都是单一M理论的特殊情形。当然至今M理论的具体形式仍未给出，它还处于初级阶段。6)推导量子黑洞的熵－面积公式。

8、在某些情形下，D-branes可以解释成黑洞，或者说是黑branes，其经典意义是任何物质（包括光在内）都不能从中逃逸出的客体。于是开弦可以看成是具有一部分隐藏在黑