规范场论

规范场论

规范场论作为当代物理学前沿的最基础部分,和牛顿力学、麦克斯韦电磁理论、狭义相对论、广义相对论以及量子力学一样,是物理学中最基本的部分.它能精确描述自然界中四种基本力中的电磁力、弱作用、强作用,引力也可能用它描述,可以说是人类认识的精华.事实上,狄拉克通过结合量子力学和狭义相对论所建立的量子场论,通过重整化完成量子电动力学,当把量子电动力学的成功向核相互作用拓展时,使外尔的规范理论的思想得以复活,形成了以杨-米尔斯理论为核心的现代规范场论,在此基础上形成了所谓的粒子物理的标准模型,因此,现代量子场论以规范场论为核心."量子场论作为描述亚原子世界的最成功的物理框架,不论在计算能力还是在概念覆盖范围上都是无以伦比的,它对电子跟光子之间相互作用的预计精确到10<'8>分之一,而且它能准确解释宇宙中四种已知基本力中的三种.量子场论作为亚原子力的成功理论今天主要体现在所谓的标准模型中,事实上,目前没有从标准模型中推导不出的已知实验(引力除外)"(Michio kaku1993).正是由于规范场论的成功,理论物理的处境,已经从找不到一个理论框架来理解实验数据的局面,转变成如果物理学家提出的理论比标准模型还新那么就会超出目前的实验技术水平而得不到检验的局面.可见,规范场论在人类认识史上一定前进了一大步,一定有其深刻的形而上学基础、重大的认识论意义和科学方法论意义.

规范场论中引进协变导数的物理实质
Physical Essence of Introducing Covariant Derivative into Gauge Theory
关键词：物质波,规范场,不变性,物理实质
作者：赵国求
概述：一般认为粒子与场的相互作用是通过引进规范场实现的.其实,对自由粒子做局域规范变换,粒子就已被自动置于场的相互作用之中了.当使自由粒子整体规范变换向局域规范变换过渡时,场的相互作用发生了从"无"到"有"的变化,规范不变性遭到了破坏.通过协变导数引进规范场,虽然体现了粒子与场的作用,但那是让粒子恢复"自由状态"的抵消作用.

规范场论
现在，弱作用力和电磁力已经被合并了，下一个目标是强相互作用力，正如我们已经介绍的那样，这块地域目前为止被量子色动力学所统治着。但幸运地是，虽然兵锋指处，形势紧张严峻，大战一触即发，但两国的君主却多少有点血缘关系，这给和平统一留下了余地：它们都是在量子场论的统一框架下完成的。1954年，杨振宁和米尔斯建立了规范场论，而吸取了对称性破缺的思想之后，这使得理论中的某些没有质量的粒子可以自发地获得质量。正因为如此，中间玻色子和光子才得以被格拉肖等人包含在同一个框架内。而反观量子色动力学，它本身就是模仿量子电动力学所建立的，连名字都模仿自后者！所不同的是光子不带电荷，但胶子却带着“颜色”荷，但如果充分地考虑自发对称破缺的规范场，将理论扩充为更大的单群，把胶子也拉进统一中来并非不可能。这样的理论被骄傲地称为“大统一理论”（Grand Unified Theory，GUT），它后来发展出了多个变种，但不管怎样，其目标是一致的，那就是统一弱相互作用力、强相互作用力和电磁力3种力，把它们合并在一起，包含到同一个理论中去。不同的大统一理论预言了一些不同的物理现象，比如质子可能会衰变，比如存在着磁单极子，或者奇异弦，但可惜的是，到目前为止这些现象都还没有得到确凿的证实。退一步来说，由于理论中一些关键的部分比如希格斯玻色子的假设到目前为止都尚未在实验中发现，甚至我们连粒子的标准模型也不能100％地肯定正确。但无论如何，大统一理论是非常有前途的理论，人们也有理由相信它终将达到它的目标。

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