本文關(guān)鍵詞：引力理論，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　　2016年初的北京，一股霸王級(jí)寒潮從西伯利亞奔襲而至，空氣變得有點(diǎn)冷。

　　1月11日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)副校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院卡弗里理論物理研究所所長(zhǎng)吳岳良院士在《物理評(píng)論D》上發(fā)表了一篇論文，該論文的主題是關(guān)于“引力的量子場(chǎng)論”。

　　這篇文章仿佛是寒夜中的一股暖流溫暖了整個(gè)凍僵的學(xué)術(shù)圈，在學(xué)界與新聞界引起一陣狂熱的騷動(dòng)。不僅僅是因?yàn)閰窃懒荚谥袊?guó)理論物理學(xué)界地位特殊，同時(shí)因?yàn)?ldquo;引力的量子場(chǎng)論”被學(xué)界公認(rèn)為是一個(gè)終極性難題，因?yàn)榻鉀Q了這個(gè)問題就可以讓我們知道早期宇宙為何開啟大爆炸之旅。這就是所謂“第一推動(dòng)”問題，沒有人可以拒絕它的神秘魅力。

　　那么，這篇論文所探討的“引力的量子場(chǎng)論”到底是什么？物理實(shí)質(zhì)到底是什么？帶著一系列問題，蝌蚪君獨(dú)家專訪了吳岳良。

吳岳良院士(蝌蚪君/攝)

　　20年前：1996年回國(guó)后就開始與周光召院士一起做大統(tǒng)一理論

　　吳岳良介紹說，1996年他從國(guó)外回國(guó)后，就開始做自己認(rèn)為重要的問題，很少跟風(fēng)做研究。1997年，吳岳良與他以前的導(dǎo)師周光召先生一起，在《中國(guó)科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇論文，題目就是《對(duì)所有基本力的一種可能的大統(tǒng)一模型 》。這是他們做引力量子理論的最早的想法。

　　蝌蚪君：“當(dāng)時(shí)你們發(fā)的這個(gè)文章是包括引力的嗎？”

　　吳岳良：“是的，當(dāng)時(shí)我回國(guó)的原因 ，主要是想開始做引力的問題。在這之前，我做了一些輕子、夸克以及CP破壞的工作，回國(guó)后我主要是想做引力的量子理論。”

　　蝌蚪君：“我們先說一下您與周光召院士當(dāng)時(shí)的大統(tǒng)一理論，當(dāng)時(shí)關(guān)于除引力外 的 三種力的統(tǒng)一理論基本已經(jīng)有了，比如溫伯格、格拉肖與薩拉姆等人的弱電統(tǒng)一理論以及粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。”

　　吳岳良：“對(duì) ，但我們要找出電子的質(zhì)量，所有夸克的質(zhì)量以及這些質(zhì)量之間的關(guān)系 。”

　　蝌蚪君：“基本粒子的質(zhì)量是自由參數(shù)，是不能用理論進(jìn)行預(yù)言的吧。”

　　吳岳良：“對(duì)，但通過我們的超對(duì)稱大統(tǒng)一模型，我們輸入大概5個(gè)參數(shù)，可以給出10多個(gè)基本的關(guān)系式，這些關(guān)系式可以預(yù)言這些粒子的質(zhì)量，有些還與實(shí)驗(yàn)符合的很好。“

　　因?yàn)橛辛?0年前的這段研究大統(tǒng)一模型的經(jīng)歷，在吳岳良內(nèi)心深處種植下了一個(gè)量子引力的夢(mèng)。雖然后來(lái)到了1998年，因?yàn)槿毡镜男〔癫〉热税l(fā)現(xiàn)來(lái)自16萬(wàn)光年之外的超新星中微子以及其他發(fā)現(xiàn)中微子振蕩的事情，把吳岳良的目光也吸引到了中微子物理領(lǐng)域，但關(guān)于引力的量子化（也就是大統(tǒng)一理論）的夢(mèng)想一直藏在吳岳良的內(nèi)心深處。

　　也許20年后吳岳良的工作，可以看成是“不忘初心，方得始終”的結(jié)果。

　　改弦易轍：從彎曲時(shí)空到平坦時(shí)空

　　吳岳良告訴蝌蚪君，當(dāng)年剛回國(guó)時(shí)候發(fā)在《中國(guó)科學(xué)》雜志上的論文是他開始做引力量子化的第一篇論文。但在那篇論文中，吳岳良還是沒有跳出傳統(tǒng)的思維陷阱——那就是愛因斯坦說的“引力是彎曲時(shí)空的表現(xiàn)”。所以，當(dāng)時(shí)的那篇文章還是在彎曲時(shí)空里做的，因此量子化引力的部分做的不是特別成功。

　　因此，從1996年回國(guó)開始算起，在差不多20年之后，到了2016年發(fā)表在《物理評(píng)論D》上的這篇文章，吳岳良開始做出重大的技術(shù)調(diào)整：不再像愛因斯坦那樣把引力看成是彎曲時(shí)空的表現(xiàn)，而是直接在平坦時(shí)空引入引力場(chǎng)作為量子場(chǎng)，并提出雙標(biāo)架四維時(shí)空，即整體平坦坐標(biāo)時(shí)空和局域平坦引力場(chǎng)時(shí)空。這一技術(shù)路線的選擇，使得他開始“超越愛因斯坦提供的技術(shù)路線”。

　　蝌蚪君：“從彎曲時(shí)空回到平坦時(shí)空是一個(gè)思想轉(zhuǎn)變，但據(jù)我所知，，所有在平坦時(shí)空上的引力量子理論都面臨重整化的困難，您最近的文章如何解決這個(gè)問題？”

　　吳岳良：“重整化的問題不一定是發(fā)散問題，有時(shí)候有限的物理量也需要重整化。若出現(xiàn)無(wú)窮發(fā)散進(jìn)行重整化時(shí)，首先我們要做正規(guī)化，使得無(wú)窮發(fā)散積分很好地定義并具有物理意義。這些年我發(fā)展了一套自己的正規(guī)化方案，稱作為圈正規(guī)化方法，這區(qū)別于量子場(chǎng)論中的維數(shù)正規(guī)化等方案。用我的這套正規(guī)化方法，可克服無(wú)窮發(fā)散問題，考慮標(biāo)度不變引力量子場(chǎng)論存在基本質(zhì)量標(biāo)度，可用來(lái)解決引力量子化時(shí)的重整化問題。”

　　蝌蚪君：“您選擇平坦時(shí)空來(lái)量子化引力還有其他原因嗎？”

　　吳岳良：“時(shí)空是平坦的，那么能量守恒，動(dòng)量守恒等這些守恒律都還在，如果時(shí)空是彎曲的，那么這些守恒律都不在了。”

　　思想內(nèi)核：用洛侖茲群作為規(guī)范群建立新的引力規(guī)范理論

　　吳岳良認(rèn)為，20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，以楊振寧為代表的物理學(xué)家建立的規(guī)范對(duì)稱決定相互作用的思想是主流的物理思想。比如電磁力對(duì)應(yīng)于U(1)對(duì)稱，弱力差不多對(duì)應(yīng)于SU(2)對(duì)稱，而強(qiáng)力對(duì)應(yīng)于  SU(3)對(duì)稱。按照這一套來(lái)自規(guī)范場(chǎng)論的思路，吳岳良把引力也對(duì)應(yīng)于一個(gè)場(chǎng)空間的對(duì)稱性群，這個(gè)群同構(gòu)與洛侖茲群SO(1,3)（蝌蚪君注：洛侖茲群本身體現(xiàn)了狹義相對(duì)論的思想精髓），但因?yàn)槁鍋銎澣菏菚r(shí)空的對(duì)稱性群，所以吳岳良以SP(1,3)來(lái)描述這個(gè)引力場(chǎng)空間的對(duì)稱性群，把整體平坦坐標(biāo)時(shí)空的對(duì)稱性與局域平坦引力場(chǎng)時(shí)空的對(duì)稱性區(qū)分開來(lái)成為吳岳良最近這篇論文的思想內(nèi)核。

　　蝌蚪君：“這種SP(1,3)的場(chǎng)空間對(duì)稱性有沒有通俗一點(diǎn)的解釋？”

　　吳岳良：“你看描述電子的方程是Dirac方程，這個(gè)方程的解有4個(gè)分量，是一個(gè)4分量旋量。這個(gè)4分量旋量就體現(xiàn)了這種SP(1,3)的場(chǎng)空間對(duì)稱性。”

　　蝌蚪君：“那您的理論中，引力場(chǎng)也具有這種SP(1,3)的場(chǎng)空間內(nèi)稟對(duì)稱性？”

　　吳岳良：“是的。在我的這個(gè)理論中，實(shí)際上是把Dirac方程中的場(chǎng)進(jìn)行了推廣，Dirac方程一開始被解釋為電子與正電子，自旋，實(shí)際上這體現(xiàn)了場(chǎng)空間的SP(1,3)對(duì)稱性。但SP(1,3)對(duì)稱性的內(nèi)涵還可以更多，事實(shí)上，電磁力、弱力，強(qiáng)力以及引力都是其對(duì)稱性群表示空間的矢量。“

　　從云端回到地面：可以回到愛因斯坦的引力場(chǎng)方程

　　吳岳良用規(guī)范場(chǎng)論的方法構(gòu)造了傳統(tǒng)的引力理論，并且對(duì)之進(jìn)行了量子化，這個(gè)結(jié)果可以處理黑洞問題，也可以解釋宇宙的起源。但這一過程的數(shù)學(xué)操作相當(dāng)復(fù)雜，在對(duì)整個(gè)理論進(jìn)行對(duì)稱的局部化的時(shí)候，會(huì)引出一些新的場(chǎng)；在對(duì)稱破缺的時(shí)候，又會(huì)產(chǎn)生一些新的場(chǎng)；在做規(guī)范固定的時(shí)候，又會(huì)引起新的場(chǎng)——據(jù)吳岳良院士介紹，這個(gè)場(chǎng)正是大家夢(mèng)寐以求的引力場(chǎng)，而且這里面還體現(xiàn)了引力場(chǎng)的基本性質(zhì)（在坐標(biāo)系變換之下的廣義協(xié)變性，只不過這個(gè)性質(zhì)在吳岳良的理論中是被隱藏起來(lái)的，是一種隱藏的對(duì)稱性）。

　　蝌蚪君：“您的論文中提到您可以得到愛因斯坦的場(chǎng)方程，這就好像坐飛機(jī)可以從云端回到地面，請(qǐng)問您這個(gè)場(chǎng)方程與愛因斯坦原來(lái)的那個(gè)引力場(chǎng)方程的形式是一模一樣的嗎？您的理論是如何回到愛因斯坦引力方程？”

　　吳岳良：“當(dāng)然可以回到愛因斯坦引力方程，但我的理論中也考慮了引力場(chǎng)本身的能量動(dòng)量張量。在低能近似下，我把引力場(chǎng)的能量動(dòng)量張量與物質(zhì)場(chǎng)的能量動(dòng)量張量加起來(lái)，得到的總的結(jié)果等于零——你可以把物質(zhì)場(chǎng)的這一項(xiàng)移項(xiàng)到方程的右邊，就可以看出這其實(shí)就是愛因斯坦的引力場(chǎng)方程。因此，我可以說，愛因斯坦引力方程是我的理論的一個(gè)低能近似，當(dāng)然在高能情況下我的理論比愛因斯坦引力方程多出很多東西，比如自旋與自旋的相互作用等。”

　　應(yīng)用到黑洞：霍金等人一直在爭(zhēng)論的黑洞信息問題本身就是一個(gè)偽命題

　　蝌蚪君：“您是在平坦時(shí)空上來(lái)做引力，必然會(huì)遇見一個(gè)問題，那就是黑洞附近的物理過程怎么處理？我們都知道黑洞附近的時(shí)空是彎曲的。”

　　吳岳良：“對(duì)于黑洞這個(gè)問題，我與蔡榮根研究員討論過很多次，我說你們搞相對(duì)論的到底怎么看這個(gè)黑洞，你們搞相對(duì)論的黑洞解，是一個(gè)數(shù)學(xué)上的解，并沒有考慮真實(shí)的物質(zhì)場(chǎng)之間的相互作用以及這些物質(zhì)怎么引起黑洞的形成。”

　　吳岳良對(duì)黑洞的一些基本問題有自己獨(dú)到的看法。他認(rèn)為傳統(tǒng)的史瓦西黑洞、克爾黑洞等等都只是真空愛因斯坦場(chǎng)方程的一個(gè)精確解。因?yàn)槭钦婵战�，所以其�?shí)并沒有考慮真實(shí)物質(zhì)存在情況下的物理。

　　吳岳良：“目前所得到的黑洞解是引力場(chǎng)本身引起的一個(gè)時(shí)空的效應(yīng)，跟你的物質(zhì)沒有關(guān)系。”

　　蝌蚪君：“物質(zhì)都進(jìn)去了，都在黑洞里面了……物質(zhì)的信息進(jìn)了黑洞都丟了，這就是現(xiàn)在霍金他們爭(zhēng)論的黑洞信息的一些佯謬。

　　吳岳良：“我不是這么看這個(gè)問題的。我們可以類比強(qiáng)作用中的膠子，膠子本身有相互作用，所以可以形成膠球。引力子自身之間也存在類似的自己跟自己的非線性相互作用，所以要我說，黑洞就是一個(gè)純引力的'引力球'一類的東西。根本就沒有考慮其他物質(zhì)場(chǎng)與引力的耦合，也沒有考慮物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用。”

　　蝌蚪君：“您這個(gè)是更物理的說法，但我們一般認(rèn)為就是物質(zhì)存在過，但后來(lái)都被黑洞吸走了，信息都丟了。”

　　吳岳良：“你們這是自己給自己提一個(gè)問題。你們自己說信息丟了，然后再去找信息，我跟你說，你們這個(gè)黑洞本來(lái)就是一個(gè)真空解，本來(lái)就沒有物質(zhì)，你現(xiàn)在又要去找物質(zhì)的信息干嗎呢？”

　　吳岳良認(rèn)為，霍金等人一直在爭(zhēng)論的黑洞信息問題本身就是一個(gè)偽命題。

　　應(yīng)用到宇宙學(xué)：標(biāo)度不變性引入的標(biāo)度場(chǎng)控制了宇宙的暴漲

　　在任何一個(gè)完善的量子引力理論中，除了要解釋黑洞的問題，還需要解釋宇宙學(xué)的問題。對(duì)于宇宙學(xué)方面，吳岳良也有自己的看法。

　　在吳岳良構(gòu)造的描述整個(gè)宇宙演化的拉氏量中，可以看到很多項(xiàng)，這里每一項(xiàng)都表示一個(gè)場(chǎng)，這些場(chǎng)在一起控制了整個(gè)量子宇宙的演化。其中有一個(gè)保證理論標(biāo)度不變而引入的標(biāo)度場(chǎng)起到了十分重要的作用。

　　蝌蚪君：“我們知道，量子宇宙學(xué)在時(shí)間上大約開始于宇宙大爆炸10的-43次方秒的時(shí)候，然后在10的-35次方秒的時(shí)候發(fā)生了強(qiáng)相互作用相變，到了10的-30次方秒的時(shí)候發(fā)生了暴漲，到10的-10次方秒的時(shí)候發(fā)生了弱電相變。那么在您的理論中，這些時(shí)間尺度是怎么出現(xiàn)的呢？”

　　吳岳良：“在我的理論中有一個(gè)標(biāo)度不變所要求的標(biāo)度場(chǎng)，使得理論是無(wú)量綱的，可以把這個(gè)標(biāo)度場(chǎng)在普朗克尺度取一個(gè)數(shù)值，然后在目前的宇宙尺度上取一個(gè)數(shù)值，就可以把這個(gè)標(biāo)度場(chǎng)定下來(lái)，也就可以定出你說的那些時(shí)間刻度了。但一開始，我的理論是沒有這些特征時(shí)間標(biāo)度的，而是通過對(duì)稱破缺引發(fā)的。”

　　因此吳岳良的理論可以很好地解釋宇宙的起源。

訪談結(jié)束后吳岳良院士與筆者合影

　　前沿科學(xué)論壇講演：超越愛因斯坦

　　在接受完蝌蚪君獨(dú)家專訪的當(dāng)天下午，吳岳良在中科院理論物理所舉行的前沿科學(xué)論壇做了演講。演講由中國(guó)物理學(xué)會(huì)引力與相對(duì)論天體物理分會(huì)理事長(zhǎng)蔡榮根研究員主持。戴元本、朱重元、蘇肇冰、黃超光、朱建陽(yáng)、凌意、吳俊寶等研究員（教授）也聆聽了吳院士的精彩報(bào)告。參加報(bào)告會(huì)的教授、博士后與博士研究生濟(jì)濟(jì)一堂，人數(shù)大概有200余人。毫無(wú)疑問，廣義相對(duì)論與量子論的統(tǒng)一至今仍是理論物理界的研究熱點(diǎn)。

　　吳岳良在講演中表示，他的研究工作確實(shí)有超越愛因斯坦引力理論的部分。

　　吳岳良也對(duì)蝌蚪君表示，在這二十年磨一劍的研究過程中，他的工作目標(biāo)是在中國(guó)的理論物理學(xué)界倡導(dǎo)一種“提出新思想”的氛圍，形成“百家爭(zhēng)鳴”的局面。量子引力理論本身是一個(gè)極端困難的問題，蝌蚪君相信，吳岳良院士給出了新的引力量子化的路線圖，以此為基礎(chǔ)，也許能給這個(gè)高深領(lǐng)域的研究帶來(lái)新的靈感。

　　本篇采寫   蝌蚪五線譜   張軒中

　�。ǜ兄x中國(guó)科學(xué)院大學(xué)吳寶俊老師的采訪協(xié)助）

-------蝌蚪君友情提醒，對(duì)吳岳良院士的“引力量子場(chǎng)論”感興趣的讀者可以戳這里下載arxiv上的pdf版本的論文----------

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