爱因斯坦的未竟之梦:物理规律的大统一

本文对物理学中的统一理论的发展历史和目前的现状展开综述.从牛顿的天和地的统一,到麦克斯韦的电、磁、光的统一;从爱因斯坦的时间、空间和物质的统一,到电磁作用和弱作用的统一.对一些未成功的统一理论(引力和电磁的统一、强作用和电磁作用以及弱作用的统一、夸克和轻子的统一、超对称大统一)也给予简要介绍.最后评述目前正在尝试的试图把所有相互作用都统一进来的超弦理论.     

立方d~5络合物g张量理论与Mn~(2+):CaF_2、Mn~(2+):KZnF_3的光学和磁学性质研究

关于如何统一解释立方d~5络合物的EPR(Electron paramagnetic resonance,电子顺磁共振)参量(零场分裂参量a和g张量)与光谱的问题,自1934年van Vleck和Penney提出以后,长期得不到解决.直到1990年前后,邝和周等才给出了统一计算参量a和光谱的两种不同的方法,但未解决g张量的计算问题.d~5离子的g张量计算比其它d~n(n≠5)离子困难得多,是因为基态~6S为轨道单态,不会被任何晶体场分裂,以致通常的g张量公式不能采用.最近周和杨发展了一种单行列式基函(SDB)EPR理论方法,给出了有效自旋为1/2的d~5离子的g张量公式.但大多数情况下d~5离子的有效自旋为5/2,所以上述SDB方法尚待完善.本文在周等工作的基础上导出普遍适用的立方场d~5离子g张量公式,并对d~5络合物Mn~(2+):CaF_2和Mn~(2+):KZnF_3的零场分裂参量a、g张量和光谱进行统一计算,作出统一解释.值得指出的是,周等方法的基础是在自旋-轨道耦合空间的SГβГ’γ’表象内将d电子间静电相互作用(?)_(ee)(B,C)、晶场作用能(?)_c(D_q)和自旋-轨道相互作用(?)_(so)(ξ)同时(而不是逐次)对角化,这不同于流行的弱场耦合、强场耦合和中等场耦合等逐次对角化图象,而是一种统一晶场耦合图象(Unified crystal-field coupling scheme,缩写为UCFC图象).由于这种图象不需     

爱因斯坦的圣杯

爱因斯坦曾想象自己站在一个小星球的某处,惊异地注视着那深不可测的、既冷漠又动人的永恒的外在美:生与死融为一体,没有进化也没有命运,只有存在.这是爱因斯坦超凡脱俗的一面,而诸如诺依曼(B.Neumann)一类的故事又显露出他作为凡人的另一面.爱因斯坦的天才在于能用简单而令人信服的论证深入事物的核心,在于能用纯粹的思维把握实在,在于对原则的顽强的献身精神.爱因斯坦已被神化,即使他自认为"最大失误"的宇宙学常数竟在21世纪可以用来精确地解释宇宙加速膨胀这样重大的天文观测.爱因斯坦在其生命的最后30年醉心于统一场论研究,曾被看作为一种远离现实的唐吉诃德式的悲情.时至今日,数以千计的理论家正在将他的理想转变为现实.正是爱因斯坦,而不是任何同时代的其他人,将统一之路这一"圣杯"描绘在理论蓝图之上,为后人提供了抵达成功彼岸的罗盘.如果爱因斯坦在天之灵得知今天物理学家将用欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)来寻找他所热衷的高维统一场论的激发态,一定会感到莫大的欣慰.     

统一场论源流及新版本

统一场论通称万物之理,自古以来成为人类对大自然奥秘的不懈追求。本文对从老子及古希腊先哲之启迪直至现代统一场论作一综述。爱因斯坦是统一场论创始者,不幸以失败告终。20世纪70年代后,物理学家在新的基础上探索统一场论。基于多维空间的弦论从量子论出发,背景独立的圈论从广义相对论出发,经过数千位物理学家和数学家四十多年孜孜以求,目标仍遥不可及,是进行反思的时候了。本文作者经八年研究,提出统一场论新版本。论文题为《A New Version of Unified Field Theory-Stochastic Quantum Space Theory on Particle Physicsand Cosmology》 (统一场论新版本--随机量子空间理论关于粒子物理及宇宙学),论文经过同行评审,发表在《Journal of Modern Physics》, 2013年,第4卷第10期,页码：1213-1380。随机量子空间(SQS)理论基于简单基本假设建立起理论框架,得出几十个与实验符合的理论结果,并提出25项预测以供实验检验。在此基础上,从广义相对论真空方程出发,重新定义其度规张量将之乘以高斯几率分布,SQS理论建立起基本方程,对光子和电子的初步分析结果与实验符合。     

非线性物理撷美

美哉,线性物理;而非线性物理,似更不乏撷美处。迄今物理学的主要理论构筑(除20世纪之前的诸多经典理论外,还包括狭义相对论、量子力学等)都是线性的。线性物理理论的美学特征,诸如简洁、清晰、对称、和谐、自洽、统一、完备等,皆为人们所赞赏和愉悦。而非线性物理理论,亦有明显     

CERN和互联网问世的故事

<正>我是在1971年加入欧洲核子中心(CERN)的,当时高能物理理论还处于一种较为混乱的状态,CERN的"数据通信"领域也同样处于混乱状态。各种计算机系统和通信手段之间都没有一个统一的标准,没有局域网,没有个人电脑,没有麦金塔计算机,没有Unix操作系统,也没有C程序设计语言。1983年,CERN数据处理部(DD)首次建立了数据通信(DC)组,我被分配在之前在DD负责网     

量子力学的光辉八十年(三)

五、量子理论与相对论的结合、抵牾、互动从量子力学一量子场论一量子统一理论的八十年光辉历程,相对论始终是其渐次拓展的原动力之一;虽然它是经典物理理沦,与量子理论在思想观念和概念基础上相抵牾。况且,尽管种种量子理论都不是时空模型理论,但描绘原子和亚原子现象、描绘一切     

大统一理论和质子衰变

自然界存在4种基本相互作用:强、弱、超荷和引力相互作用,故如何构造一种大统一理论来描述所有的基本相互作用是一个非常重要的基本问题.本文首先简单介绍了标准模型及其问题.考虑U(1)_Y超荷正则归一化因子和大沙漠假定(grand desert hypothesis),可以在TeV能标左右引入新的粒子来得到标准模型规范耦合常数的统一,其中特别解释了超对称标准模型.在四维大统一模型中,介绍了Pati-Salam SU(4)_C×SU(2)_L×SU(2)_R模型,Georgi-Glashow SU(5)模型,Flipped SU(5)×U(1)_X模型和SO(10)模型,其中详细介绍了非超对称和超对称SU(5)模型,并讨论了其正确的预言、存在的问题及其解决方案和质子衰变等.还简单介绍了高维Orbifold大统一模型和超弦模型.最后讨论了如何探寻大统一理论:在对撞机上寻找新的粒子及其粒子特性、质子衰变的现在和将来的实验检验以及可能的新探测方案.     

相对论的百年辉煌(下)

爱因斯坦在其广义相对论圆满完成之后，花了三、四十年光阴探索统一场论，试图把相对论性电磁场理论和相对论性引力场理论综合起来，作为相对论体系的第三层次。爱氏对时空度规作了种种数学处理，以寻求统一表示电磁场和引力场的总场的时空度规；但无论他如何绞尽脑汁，终究未找到成功的统一模型。对此，这位20世纪最伟大的科学大师感慨不已，他告诉朋友：“我完成不了这项工作了；     

带彩色的SU(8)大统一模型

一、SU(8)模型的唯一性和耦合常数的演化近年来,大统一理论取得了很大的进展,但还留下了规范等级、代和原始参数过多等重大问题。解决这些问题的一种想法是引入Technicolor相互作用。有人想进一步把TC也置于大统一群中。但是Frampton证明了,如果TC群大于等于SU(4)_T,那么大统一群SU(M)的无反常条件和SU(n)_T,的渐近自由条件总是矛盾的。难以建立带TC的大统一理论。     

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一。它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型。指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。     

生态圈的演化

生态圈(ecosphere)一词是生物圈与生态系统两个概念的结合,包括生物圈及其赖以生存和发展的环境——大气圈、水圈和岩石圈在内,在地球史上它们是统一发生、统一演变和统一形成的。对生态圈演代历史的探讨,有助于揭示生命与环境之间的微妙关系。     

超对称性和超引力场

目前有大量的实验证据支持用重整化的规范场来统一描述弱、电、强三种相互作用。尽管这种理论取得了很大的成绩,但它还有些基本缺点。例如,把描述夸克的量子色动力学与弱电统一模型结合起来,要有20多个任意参数,而理论对这些参数不能给出任何预言。即使用大统一理论也不能把这些任意参数减少很多。另外,在大统一理论里有两个不同的质量尺度:一个是传播弱作用力的中间玻色子,其质量约100千兆电子伏;另一个是用于统一弱、电、强的大统一子的质量,约为10~(15)千兆电子伏。这个大的质量差异,从理论上是无法解释的。同时在量化场的重整化过程中这个质量差又是不稳定的。还有其他一些问题,例如,大统一场理论不能对基本粒子谱作出解释,同时,理论还没有把引力场包括进去。但是,当基本粒子质量达到普郎克质量(10~(19)千兆电子伏)时,引力场对基本粒子的作用就变得很重要了,必须考虑引力场。     

原子核的U(6/24)超对称性I.O(6)×(j=1/2,3/2,5/2,11/2)多j超对称性

一、引言 超对称性的研究是当代物理学的一项重要课题,超对称性把玻色子对称性和费密子对称性统一起来,因而在核物理中可以把奇质量核和偶质量核统一起来。 文献[1]详细讨论了原子核U(6/4)超对称性的spin(6)极限,这是一种单j超对称性。     

“所罗门财宝”和“神圣约柜”之谜

公元前11世纪,犹太国王大卫(公元前1000年-公元前960年)统一了以色列和犹太,建立了以色列犹太王国,将迦南古城耶路撒冷定为统一国家的首都和宗教中心。大卫死后,他的儿子所罗门(公元前960年-公元前930年)即位。所罗门统治时期,是以色列犹太王国手工业、     

环环相扣的"统一理论"

“统一理论”在发展物理学家喜欢一切简洁明了的事物。他们认为,整个宇宙必定是由一套单纯的规律支配着其运行,但是让他们不安的是他们现在必须依赖两套理论:一个被称为量子力学(描述构成物质的基本粒子和这些基本粒子之间的相     

超弦理论及其进展

综述了超弦/M理论的意义、重要性及其发展过程中的两次革命以及已经取得的成绩, 评述了该领域目前的研究现状和发展趋势, 探讨了该理论的研究如何帮助我们认识和理解一个量子引力理论以及包括引力在内的相互作用统一理论所需要满足的要求和条件. 该理论的研究也在一定程度上揭示了时空的本质和模糊性、相互作用的本质和模糊性, 以及在考虑非微扰效应下经典和量子之间存在的可能模糊性, 由此为该理论的进一步研究和完善给予启示.     

新工作支持统一场理论

弱力和电磁力的统一场论,最近进一步得到斯坦福直线加速器中心(SLAC)的实验结果的支持。在1977年出现一些令人为难的实验事实之前,统一场论在解释基本粒子的行为上,似乎已有很大的成就。, 统一场论是1967年由美国哈佛大学的魏因贝格     

超弦与宇宙学

超弦理论从1960年代末到今天已经有30余年的发展历史了，其间经过了几个转折，如今弦论已成了最流行的量子引力理论。寻求一个量子引力理论，应该看作弦论在1970年代中期“复兴”的主要原因。当然，由于研究弦论的学者大多数是研究粒子物理出身的。所以他们同时也很重视弦论与其他相互作用的统一。在所有研究量子引力的理论中。弦论似乎是唯一可以用来统一所有相互作用的理论。     

C_4H_4Y(Y=O,S)与LiCH_3分子间锂键相互作用的密度泛函理论及二级微扰理论研究

在DFT-B3LYP/6-311 G**水平上求得C4H4Y---LiCH3锂键复合物势能面上的3个稳定构型,频率分析表明,复合物中C10-Li14在键长增大的情况下发生了反常的伸缩振动频率蓝移.经MP2/6-311 G**水平计算,在3个复合物中,含基组重叠误差(BSSE)及零点振动能(ZEP)校正的单体间相互作用能分别为?45.75,?35.70和?39.10kJ.mol?1.自然键轨道理论(NBO)分析表明,C4H4O和LiCH3间可以分别形成n-σ和π-s型两种锂键复合物(复合物Ⅰ和复合物Ⅱ),而C4H4S和LiCH3间形成的复合物Ⅲ中同时具有π-s和n-s型的锂键相互作用.另外,分子中原子理论(AIM)分析也表明,3种复合物中均存在分子间锂键弱相互作用.