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2019-08-01理論物理重大新發現量子重力並無對稱性 596 期

Author 作者 編輯部
對稱性(symmetry)是物理學中的重要概念之一,若系統狀態轉變前後的狀態等價,即代表此變換為對稱。舉例而言,當一系統中描述動力狀態的函數——拉格朗日量(Lagrangian)與運動方程式(equations of motion)的變量不隨時空變化,則該性質稱為整體對稱性(global symmetry)。

近日,美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)及日本東京大學(University of Tokyo)共同的研究指出,將重力帶入量子力學理論後,則不再具有整體對稱性。

自然界中,重力(gravitation)、電磁力(electromagnetic)、強核力及弱核力為四大基本交互作用,但唯獨重力在量子力學的架構下難以解釋。研究人員哈洛(DanielHarlow)及大栗博司(Hirosi Ooguri)表示,如果要將重力及量子力學完整結合,則需透過弦論(string theory)中的全像原理(holographic principle)。全像原理中,說明空間的性質可投影在其邊界上。因此,物理學家藉由將重力系統投影至宇宙邊界,研究其本質。

在1990年代時,物理學家透過利用反德西特∕共形場論對偶(AdS∕CFT correspondence)有效解釋及定義全像原理。而在本次的研究中,哈洛與大栗博司發現,如果遵循全像原理,重力系統將無法擁有整體對稱性,也代表在量子重力(quantum gravity)理論中失去對稱性。

雖然如此,該發現後續仍能為物理學的其他理論提供解釋,包括預測質子在衰變為其他粒子時為穩定狀態及暗示可能實際存在磁單極子(magnetic monopole)。

 

Daniel Harlow and Hirosi Ooguri, Constraints on Symmetries from Holography, Physical Review Letters, 2019.