量子力学广义相对论狭义相对论量子场论课件

1、21世纪理论物理学的基本问题胡剑清华大学物理系2006年4月18日第1页，共16页。物理学基本定律可分为两类动力学（演化）定律决定物理现象随时空演化的“一般”规律如：Schrdinger方程、Einstein场方程输入参数/初始（边界）条件决定物理现象的“特殊性”如：宇宙的参数、基本粒子的参数宇宙第2页，共16页。By Roger Penrose量子力学广义相对论狭义相对论量子场论奇点重整化测量两大“基石”的矛盾GR vs QM量子引力热力学第3页，共16页。经典水平确定的、可逆的、定域的量子水平确定的、可逆的、定域的量子测量非确定的、不可逆、非定域的测量疑难By Roger Penrose第

2、4页，共16页。微观物理定律是可逆的吗？时间的热力学方向：封闭系统的熵增加熵为什么会增加？不可逆性“佯谬”时间的宇宙学方向：宇宙的膨胀宇宙为什么会膨胀？宇宙的初始条件时间的量子方向：量子态的塌缩量子态为什么会塌缩？量子测量问题宏观不可逆性可以从理想化的微观可逆过程通过粗粒化的统计过程推导出，还是可逆过程其实是微观不可逆过程的粗粒化结果？第5页，共16页。量子引力的“路线图”超弦EQG圈引力量子引力第6页，共16页。物理学基本参数的“起源”基本粒子标准模型的参数宇宙学参数时空的维数 3+1，额外维，宇宙全息原理大数定理？(by Dirac)物理学参数是可“计算”的？根据某些更基本的原理还是“上帝

3、”的安排人则原理？第7页，共16页。第8页，共16页。宇宙学的两大基本疑难暗物质与暗能量大爆炸的起源第9页，共16页。Dark energyDark matterTOEPHYSICS?21世纪物理学的新“两朵乌云”第10页，共16页。类似于19世纪末20世纪初的情形重大疑难问题意味着物理学面临新的突破新的理论、新的方法、新的实验手段、新的概念 QM, SR/GR 路径积分 光谱学/加速器 时空，量子 ? ? ? ?第11页，共16页。实验手段的进步实验室加速器 LHC, RHIC, 量子光学宇宙观测引力波 LIGO, LISA宇宙微波背景 Planck极高能宇宙线 氢21cm线数值模拟 第12

4、页，共16页。基本概念的突破“如果一个尽人皆知的概念，一个基本的、在其每个细节上都如此发挥了的概念，一个全部学说体系均以之为宗归的概念，尚且如此晦暗而不确定，那学说真可谓令人绝望了”时空第13页，共16页。时空是连续的吗？时空结构与流体的类比解决黑洞视界附近Hawking光子起源问题光的真空色散圈量子力学时空是离散的拓扑结构及其演化变化的物理常数VSL（varying speed of light）理论解决宇宙视界疑难，给出真空能来源，不需要暴胀第14页，共16页。Einsteins Prophecy I consider it quite possible that physics is cannot based on the field concept, i.e. on continuous structures. In that case, nothing remains of my entire castle in the air, gravitation included, and of the rest of the modern physics.A. Einstein于