[论文解读] Gauge Theory of Gravity

Ning Wu|ArXiv.org|Sep 19, 2001

Relativity and Gravitational Theory参考文献 5被引用 21

一句话总结

本文提出了一种基于局部规范不变性的可重整化量子规范引力理论，其中引力通过规范场而非度规张量来描述。该理论在主导阶近似下重现了牛顿引力，在一阶真空条件下重现了广义相对论，提供了一个一致的量子框架，能够解释暗物质、宇宙射线加速以及热力学第二定律的违背问题。

ABSTRACT

The quantum gravity is formulated based on principle of local gauge invariance. The model discussed in this paper has local gravitational gauge symmetry and gravitational field appears as gauge field. The problems on quantization and renormalization of the theory are also discussed in this paper. In leading order approximation, the gravitational gauge field theory gives out classical Newton's theory of gravity. In first order approximation and for vacuum, the gravitational gauge field theory gives out Einstein's general theory of relativity. This quantum gauge theory of gravity is a renormalizable quantum theory.

研究动机与目标

• 开发一种基于局部规范不变性的可重整化量子引力理论。
• 将引力与在量子电动力学和标准模型中成功应用的规范场框架统一起来。
• 解决量子引力领域长期存在的问题，包括广义相对论的不可重整化性以及量子力学与广义相对论之间的不相容性。
• 为解释暗物质、超高能宇宙射线以及热力学第二定律违背等天体物理现象提供理论基础。

提出的方法

• 通过假设局部引力规范对称性，将引力表述为规范理论，类似于杨-米尔斯理论。
• 通过规范势表示引力场，避免将度规张量作为基本场使用。
• 对引力的规范理论表述应用路径积分量化方法。
• 在微扰框架下通过严格的数学论证证明该理论的可重整化性。
• 推导经典极限：在主导阶下重现牛顿引力，在一阶真空条件下重现广义相对论。
• 引入大质量引力子、引力磁场以及因子 $e^{I(C)}$ 的效应，以解释非经典引力现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否像其他基本相互作用力一样，基于局部规范不变性原则一致地实现引力的量子化？
• RQ2 引力的规范理论表述是否能导出一个可重整化的量子场论？
• RQ3 该理论如何在适当的极限下重现牛顿引力和广义相对论？
• RQ4 该理论是否能在不引入新粒子的情况下解释暗物质？
• RQ5 根据该理论框架，超高能宇宙射线的加速现象如何解释？

主要发现

• 该理论在主导阶近似下重现了牛顿引力定律。
• 在一阶近似且处于真空条件下，该理论导出了爱因斯坦的广义相对论。
• 该理论被严格证明在微扰框架下是可重整化的，解决了量子引力中的一个重大障碍。
• 大质量引力子的存在可贡献于暗物质，提供了一种无需引入新物质场的规范理论解释。
• 星系中强烈的引力磁场可通过类似洛伦兹力的作用加速宇宙射线，从而解释超高能宇宙射线的产生。
• 具有负惯性能量的引力波辐射可导致粒子加速，违背经典能量守恒，使黑洞中实现持续的能量增益。