量子引力和弦论在中国量子引力和弦论在中国 李淼李淼 中国科学院理论物理所 中国科学技术大学 在西方，量子引力的研究大约开始于60年代，如：Dirac (canonical formulation)Wheeler, DeWitt (WDW equation)Feynman (ghosts)Veltman, t Hooft (Feynman rules,nonrenormalizability)弦论开始于68年Veneziano amplitude,Nambu (68)、Susskind (69)等人的弦论的解释，但局限于强相互作用。从74年开始，Scherk-Schwarz，Yoneya等人建议弦论是量子引力理论。引力为什么要量子化？可以找到一些理由，下面我给出一个简单的理由。如果引力场是经典场，就会发生紫外灾难。将引力场放在一个空腔里，给一个经典波长截断，能量是 。为了避免黑洞，得取体积是可观测宇宙的大小，有更多的理由：1、 宇宙的开始有奇点，黑洞塌缩有奇点。2、 黑洞熵的存在隐含引力的全息原理，这个原理包含引力和所有其它相互作用。3、在暴涨宇宙论中，密度涨落由曲率涨落所引起，而后者与标量场一起作量子涨落才能实现。 中国对量子引力的研究，开始于文革末期。引力规范理论的研究：北京：陆启铿，郭汉英、吴咏时，张元仲、安英、陈时、邹振隆、黄鹏、兰州：段一士、合肥：闫沐霖（Veltman-t Hooft）“除了陆启铿纤维丛与规范场的关系外，1972年杨振宁在北京大学报告后，郭汉英、吴咏时、张元仲等研究了一种以洛伦兹群为规范群的引力规范理论。这是第一个挠率场作为动力学场的引力规范理论。”杨振宁阅读了这篇论文，在论文上留言（大意）：中国这三个年轻人的工作很不错。引力的量子化，如闫沐霖，Bao XiMing，赵宝恒：Canonical Quantization Of Gauge Fields. Iii. Gravi-tational Field. (In Chinese). High Energy Phys.Nucl.Phys.3:594-603,1979 其他尝试，如包括引力的大统一，吴岳良、周光召：A Possible unification model for all basic forces. 弦论的早期发展恰好和中国的文化革命在时间上重合（1968-1974）。弦论起源于用S矩阵、色散关系研究强相互作用。在中国，有张宗燧、戴元本等人研究色散关系1984年，弦论的第一次革命理论所：戴元本、郭汉英、朱重远、黄朝商研究生院：汤拒非北京大学：宋行长、赵志勇、章德海浙江大学：汪容西北大学：侯伯宇、侯伯元、王佩活动：理论物理所的超弦工作月我参加过一次，1986年学生参加研究弦论的情况研究生院：朱传界理论所：吴可、吴岳良、谢彦波、熊传胜（吴和谢主要研究粒子物理）科大：李淼、高洪波、高怡泓、卢建新浙江大学：虞跃、沈建民、徐开文、胡宏亮复旦大学：陈伟西北大学：陈一新、岳瑞红、赵柳在科大，我开始的时候学的是超引力和Kaluza-Klein理论。84年底，闫沐霖老师带回一篇预印本，就是Candelas, Horowitz, Strominger，Witten的关于弦论中Calabi-Yau紧化的文章，声称找到一个四代的模型(quinticCY)。在80年代，中国物理学家研究的弦论问题大多很形式，例如：弦场论问题Riemann面的数学和弦论各种代数 (V, super-V, W-algebra)总起来说，从84年到80年代末，中国理论界培养了一批年轻人。这些人现在是中国研究弦论、引力和宇宙学的主要力量部分人则跨入其他领域从80年代底到90年代中期，西方的高能物理发展几乎处于停滞时期粒子物理实验无新的发现（top quark除外）宇宙学的一系列实验处于准备期弦论研究进入低潮相应地，在中国，弦论的研究几乎完全消失。宇宙学研究的热潮远远没有开始。94、95年，弦论第二次革命中国到了97年、98年，弦论研究开始复苏宇宙学实验：一系列微波背景辐射的实验，HST导致的宇宙加速膨胀的发现第二次革命引起的弦论研究的多元化：对偶，M 理论，膜，黑洞，非微扰量子场论，AdS/CFT，AdS/QCD，AdS/CMT宇宙学，包括：暴涨理论，暗能量，膜宇宙，宇宙弦，非高斯性现在，除了理论物理研究所，还有以下单位有弦论/量子引力的活跃力量：中国科学技术大学，北京大学，复旦大学，浙江大学，北京师范大学，西北大学，南开大学，宁波大学，南昌大学，高能物理所，南京大学，成都电子科大和西方一样，弦论研究和量子引力研究非常多元化，这和80年代完全不同。弦论研究除了传统的问题外，还有AdS/CFT，quark-gluon plasma，黑洞，暴涨宇宙学，暗能量特别需要指出的是，弦论之外，还有其他量子引力理论的研究，例如Loop gravity，如北京师范大学的马永革，南昌大学的凌意小组不过，虽然弦论和量子引力的研究较80年代有较大的发展，但无论总体体量和每个单位的力量，看起来还有势单力薄的感觉如，大多数单位只有一个人，远离临界质量另外，在弦论领域，还没有特别原创性的工作相反，在邻近领域宇宙学，弦论和引力的人能够做出一些原创性的研究，例如我们有自己的一些暗能量模型。下面是我个人对中国未来的弦论/量子引力的一些看法1、和美国相比，中国的理论研究当然还很弱。未来的一代从人数和质量上肯定要胜过目前40-50岁的一代2、不要完全跟着西方的主流跑，日本人和印度人做得就很好3、当中国经济在世界上占的比重越来越大，中国人在基础科学方面的贡献所占的比重也将会越来越大，弦论/量子引力这样的纯粹知识性的追求当然也需要提高4、粒子物理（以LHC为代表）、宇宙学在下一个十年充满机遇，弦论/量子引力的研究要特别注重与实验的挂钩5、更加具体地说，我们应该重视可能出现的新物理，暗能量和暗物质的理论研究6、弦论目前已经出现二级学科之间的交叉，特别是凝聚态物理中的一些问题已经成为弦论的研究对象7、过去10年我一直相信，弦论以及量子引力的发展已经不可能依赖内部的逻辑发展，今后粒子物理和宇宙学实验对发展弦论、量子引力将起决定性的作用