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基础物理BUSTC（三月）

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卖家[上传人]：摩西的****12

文档编号：128040155

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1、从广义相对论到量子引力马永革北京师范大学物理系mayg 2013 11 15中科大交叉学科理论中心狭义相对论的问题狭义相对论的缺陷 1 惯性系问题物理上无严格对应物 2 引力问题无法在狭义相对论体系下描述牛顿引力的普适性包括两层含义 1 任何物体在引力场中都受引力 2 引力场中任何两个物体不论其质量和组分如何只要初始状态位置速度相同而且除引力外不受力以后每一时刻的位置和速度就必然一样广义相对论的思想引力的普适性等效原理爱因斯坦的理想电梯广义相对论的思想结论电梯内的人不能通过自己电梯中的力学实验来判断它的电梯之外是不是有一个地球这样的引力作用源或者自己的电梯是否有加速运动弱等效原理任何局域的力学实验都无法区分引力和惯性力的效果强等效原理任何局域的物理实验都无法区分引力和惯性力的效果惯性系在引力场内做自由运动的参考系广义相对论的思想向地面自由下落的爱因斯坦电梯内的人观测不到引力惯性系相对地面静止的参考系非惯性系局域惯性系事实上每个物体下落都指向地心因此它们的路径是逐渐会聚的升降机中的观测者可据此区分引力和惯性力广义

2、相对论的思想引力场的几何描述自由下落的任何物体下落的加速是相同的与其质量无关质点在仅有引力作用下运动时表现出一种共性引力有几何的特征广义相对论的思想像图中菱形的几何形状的改变是不依赖于检测物体的构成或质量的这表明弯曲是物体下落空间的基本特征而非作用于物体的力的结果换言之物体在弯曲或卷曲空间自由下落而不是受力的作用而下落广义相对论的思想爱因斯坦因而得出引力只是时空几何的弯曲的效应的观点伪黎曼几何 ds2 g dx dx 广义相对论的思想广义相对论的思想 Einstein方程时空弯曲物质场 Gab 8 Tab时空几何动力学变量广义协变性原理初级表述物理定律的数学表达式在任意坐标变换下形式不变广义相对论的思想问题 E Kretschmann于1917年发表文章认为广义协变性原理的这一初级表述对物理定律并无约束力就连牛顿方程也可通过非实质性的改写而具有在任意坐标变换下的协变性高级表述所有参考坐标系在表达物理定律时平权不存在特殊的参考坐标系本质表述只有动力学变量包括时空度规及其派生量才能出现在物理定律的表达式中广义相对论的理

3、论基础微分几何时空微分流形时空的几何性质流形上的度规场gab物质场流形上的张量场物质场的性质能量动量张量Tab时空的几何性质物质场的性质广义相对论的意义时空几何动力学变量物理学不依赖于特定背景思维观念的革命物理学规律中包含的所有对象都是相互依存相互影响的当代物理学基础的矛盾性两个理论基石广义相对论经典不依赖背景量子力学量子物理客体由离散的量子构成物理量的测量值由代表概率分布的量子态决定依赖背景当代物理学基础的矛盾性广义相对论的困难奇性定理大爆炸奇性黑洞奇性 Penrose Hawking 1960 1970 量子场论的困难发散无穷大问题当代物理学基础的矛盾性矛盾的集中体现 Einstein方程 Gab 8 Tab Tab 量子Einstein方程 Gab 8 Tab 量子引力的各种途径广义相对论圈量子引力 1986 Ashtekar Lewandowski Rovelli Smolin Thiemann BNU 量子场论弦理论 1968 Green Gross Polchinski Schwarz Witten

4、 USTC ICTS 其它量子引力理论非对易几何动力学三角剖分圈量子引力的基本思想基本矛盾的对立统一将广义相对论的思想与量子力学的思想相融合两个基本原理 1 自然是以不依赖于背景的方式存在着的 2 自然是以量子性质存在着的圈量子引力的基本思想 Einstein 引力是时空几何量子引力时空几何的量子理论不依赖于特定背景最小原理广义相对论量子力学不引入其他结构圈量子引力的基本思想圈量子引力的出发点联络空间不同点的物理量之间的联系广义相对论的联络动力学法拉第力线重要的物理量不是描述某个空间点发生了什么而是描述用线连接的不同空间点之间的关系圈量子引力的出发点联络 Holomomy h e exp eA 空间不同点的物理量之间用与引力的对称性质有关的群元相联系两条思路的综合 1 Faraday YangandMills Wilson2 Einstein Wheeler DeWitt 圈量子引力的一般结果量子空间离散的线长面积体积量子态一维的量子面积流线类纤维聚合物圈量子引力的最新进展圈量子宇宙学圈量子引力的对称模型大爆炸奇性的消除量子反弹暴涨的实现圈量子引力的最新进展 Ashtekar Polowski Singh Phys Rev Lett 2006 圈量子引力的最新进展 Ding Ma Yang Phys Rev Lett 2009 圈量子引力的最新进展量子视界黑洞熵的量子引力起源Ashtekarel PRL 1998 Engleel PRL 2010 圈量子引力的最新进展适用范围 1 任意维广义相对论 Bodendorfer Thiemann Thurn CQG 2011 2 f R 和标量张量理论 Zhang Ma PRL 2011 3 超引力 Bodendorfer Thiemann Thurn PLB 2011 未来展望继续Einstein未完成的革命期待崭新的时空观和量子观年轻学子大有可为北师大引力与相对论研究中心谢谢

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