近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授、亞太國(guó)際理論物理中心和中科院理論物理研究所研究員吳岳良，在揭秘愛(ài)因斯坦統(tǒng)一場(chǎng)論的研究中取得突破，創(chuàng)建了超統(tǒng)一場(chǎng)論（hyperunified field theory）。該理論受相對(duì)論性狄拉克旋量理論、愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論、楊-米爾斯規(guī)范理論和大統(tǒng)一理論的啟發(fā)，并基于吳岳良前期發(fā)展的引力量子場(chǎng)論的研究成果，為揭示愛(ài)因斯坦統(tǒng)一場(chǎng)論理念中的不解之謎，探索終極統(tǒng)一理論打開(kāi)了一扇新窗口。
自1915年愛(ài)因斯坦創(chuàng)立廣義相對(duì)論以來(lái)，物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家致力于構(gòu)建一套能夠統(tǒng)一描述自然界已知基本相互作用的理論。愛(ài)因斯坦進(jìn)行了長(zhǎng)期且廣泛深入的探索，試圖在經(jīng)典統(tǒng)一場(chǎng)論框架內(nèi)建立描述電磁力和引力的統(tǒng)一理論。他花費(fèi)了后半生幾乎所有的時(shí)間探尋統(tǒng)一場(chǎng)論，盡管所有的嘗試最終未能取得成功，但其關(guān)于統(tǒng)一場(chǎng)論的理念一直延續(xù)至今。愛(ài)因斯坦統(tǒng)一場(chǎng)論之夢(mèng)成為一代又一代理論物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家們所追求的夢(mèng)想。
在超統(tǒng)一場(chǎng)論中，所有已知的基本粒子（夸克和輕子）統(tǒng)一成為十九維超時(shí)空（hyper-spacetime）中的單一基本粒子——馬約拉納型超旋量場(chǎng)（Majorana-type hyper-spinor field），其旋量結(jié)構(gòu)由基本粒子超自旋荷（hyper-spin charge）的量子特性所決定。所有已知的基本相互作用（引力、電磁、弱和強(qiáng)作用力）由超旋量場(chǎng)的超自旋規(guī)范對(duì)稱(chēng)性（hyper-spin gauge symmetry）統(tǒng)一支配，并由超自旋規(guī)范場(chǎng)（hyper-spin gauge field）和與之相伴隨的超引力場(chǎng)（hyper-gravifield）統(tǒng)一描述。
超統(tǒng)一場(chǎng)論的建立遵從兩個(gè)基本指導(dǎo)原則：一是基本粒子的內(nèi)稟量子數(shù)和獨(dú)立自由度決定時(shí)空的維度與結(jié)構(gòu)；二是描述自然規(guī)律的作用量遵循規(guī)范不變?cè)砬遗c坐標(biāo)選取無(wú)關(guān)。原則之一使基本粒子的內(nèi)稟特性和對(duì)稱(chēng)性與時(shí)空的幾何特性和對(duì)稱(chēng)性建立起對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致所有基本粒子合并統(tǒng)一成為超時(shí)空中的超旋量場(chǎng)，超旋量場(chǎng)的旋量結(jié)構(gòu)反映超時(shí)空的幾何性質(zhì)。原則之二導(dǎo)致局域平坦超引力場(chǎng)時(shí)空（locallyflat hyper-gravifield spacetime）作為自然演生（emergent）的非坐標(biāo)內(nèi)稟超時(shí)空而呈現(xiàn)，使所有基本相互作用統(tǒng)一成為超引力場(chǎng)時(shí)空中的超自旋規(guī)范相互作用（hyper-spin gauge interaction）。由此導(dǎo)出規(guī)范-引力對(duì)應(yīng)原理（gauge-gravity correspondence）。
基于構(gòu)建超統(tǒng)一場(chǎng)論的基本原理，自然地引入雙標(biāo)架超時(shí)空（biframe hyper-spacetime）概念，并賦予高維超時(shí)空以物理和幾何涵義。標(biāo)架之一是整體平坦的閔氏超時(shí)空，起慣性參考系的作用，能很好地定義坐標(biāo)時(shí)空的度量和物理守恒量，用以描述基本場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)；另一標(biāo)架則是局域平坦的超引力場(chǎng)時(shí)空，起著傳遞局域相互作用和能量的作用，能很好地定義和表征基本場(chǎng)內(nèi)稟自由度之間的相干關(guān)聯(lián)和規(guī)范守恒流，用以刻畫(huà)基本場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)。數(shù)學(xué)上，雙標(biāo)架超時(shí)空形成幾何的纖維叢結(jié)構(gòu)，整體平坦的閔氏超時(shí)空和局域平坦的超引力場(chǎng)時(shí)空分別作為纖維叢的底時(shí)空和其纖維。作為底時(shí)空的閔氏超時(shí)空是一個(gè)沒(méi)有相互作用存在的真空超時(shí)空，而當(dāng)作纖維的超引力場(chǎng)時(shí)空是一個(gè)具有非對(duì)易幾何結(jié)構(gòu)的真實(shí)超時(shí)空，其非對(duì)易性由超引力場(chǎng)的規(guī)范場(chǎng)強(qiáng)來(lái)刻畫(huà)。超引力場(chǎng)時(shí)空構(gòu)成一個(gè)實(shí)在宇宙，原則上可由基本場(chǎng)的相互作用探測(cè)其性質(zhì)。
在引力量子場(chǎng)論的理論框架下，超統(tǒng)一場(chǎng)論具有閔氏超時(shí)空的最大龐加萊對(duì)稱(chēng)性（非齊次洛倫茨對(duì)稱(chēng)性）PO（1，18）和超引力場(chǎng)時(shí)空的最大超自旋規(guī)范對(duì)稱(chēng)性SP（1，18）以及整體和局域的標(biāo)度對(duì)稱(chēng)性?？蓪?dǎo)出所有對(duì)稱(chēng)性對(duì)應(yīng)的守恒定律和基本場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方程，尤其是包含超引力場(chǎng)能動(dòng)量在內(nèi)的總的超應(yīng)力能動(dòng)量張量守恒定律（hyper-stress energy momentum conservation law）。給出由守恒的雙協(xié)變超矢量流所支配的超引力場(chǎng)的規(guī)范引力方程，并借此導(dǎo)出由守恒的超應(yīng)力能動(dòng)量張量所決定的超度規(guī)引力場(chǎng)的幾何引力方程。超應(yīng)力能動(dòng)量張量的對(duì)稱(chēng)部分對(duì)應(yīng)于超時(shí)空中推廣的愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程。超統(tǒng)一場(chǎng)論的標(biāo)度規(guī)范不變性由標(biāo)度標(biāo)量場(chǎng)和標(biāo)度規(guī)范場(chǎng)刻畫(huà)，對(duì)研究宇宙的基本能量標(biāo)度以及宇宙的起源和演化起基礎(chǔ)性作用。
超引力場(chǎng)作為定義在雙標(biāo)架超時(shí)空中的雙協(xié)變矢量場(chǎng)（bicovariant vector field），是一個(gè)規(guī)范型矢量場(chǎng)，也起著Goldstone玻色場(chǎng)的作用。作為Goldstone玻色場(chǎng)的超引力場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)變換決定超自旋規(guī)范對(duì)稱(chēng)性，從而揭示規(guī)范對(duì)稱(chēng)性的引力起源。
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