弯曲时空中动力学及量子效应研究(湖师大)
项目名称弯曲时空中动力学及量子效应研究
推荐单位湖南师范大学
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主要完成人
1.荆继良
第一项：在发现精确求解狄拉克场似正模的方法及结论、似正模与二级相变之间的联系及判据、黑洞动力学与热力学之间的内在联系等方面作出了创造性贡献，占40%。
第二项：在发现普适的辐射粒子能量的定义、解决以往研究中的激烈争议、寻找KS黑洞自洽的热力学第一定律的微分和积分形式等方面作出了创造性贡献，占40%。
第三项：在探讨非惯性系中经典和量子关联的定义、度量、分配及其与加速度的关系、黑洞霍金温度对量子纠缠和隐形传态的影响等方面作出了创造性贡献，占40%。
第四项：在建立非线性电动力学全息超导模型、发现幂指数和对数形式等多种非线性电动力学对凝聚、电导率及相变类型转变影响等方面作出了创造性贡献，占30%。
2.陈松柏
对第一项贡献：在发现phantom暗能量场在弯曲时空中的动力学演化、Horava-Lifshitz理论可观测效应的等方面作出了创造性贡献，占30%。
对第二项贡献：在发现暗能量黑洞和哥德尔黑洞的霍金辐射谱、寻找KS黑洞自洽的热力学第一定律的微分和积分形式等方面作出了创造性贡献，占40%。
对第四项贡献：在建立非线性电动力学全息超导模型、发现Born-Infeld非线性电动力学对凝聚、电导率及相变类型转变影响等方面作出了创造性贡献，占40%。
3.潘启沅
对第一项贡献：在发现精确求解狄拉克场似正模的方法及结论、似正模与二级相变之间的联系及判据、黑洞动力学与热力学之间的内在联系等方面作出了创造性贡献，占30%。
对第三项贡献：在发现黑洞霍金温度对量子纠缠和隐形传态的影响、非惯性系中标量场和狄拉克场双模之间非最大纠缠演化的新规律等方面作出了创造性贡献，占30%。
对第四项贡献：在建立非线性电动力学全息超导模型、解决考虑物质场反作用时解析研究全息超导模型的困难等方面作出了创造性贡献，占30%。
4.王接词
对第三项贡献：在探讨非惯性系中经典和量子关联的定义、度量、分配及其与加速度的关系、弯曲时空中系统纠缠的分配问题等方面作出了创造性贡献，占30%。
5.王梦杰
对第二项贡献：在发现普适的辐射粒子能量的定义、解决以往研究中的激烈争议、寻找KS 黑洞自洽的热力学第一定律的微分和积分形式等方面作出了创造性贡献，占20%。
主要完成单位湖南师范大学
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时空弯曲的本质：是时空弯曲了？还空间弯曲了？
时空弯曲的本质：是时空弯曲了？还空间弯曲了？作者丨李春生（书房记特约专栏作者）菩提本无树，明镜亦非台，本来无一物，何处惹尘埃。
这是六祖慧能大师的一个四句偈。
不过，今天我们不谈佛学，今天，我们只聊聊常识。
我们知道，什么也没有，就谈不上形状和颜色，更谈不上什么意义。
爱因斯坦（广义相对论）说时空弯曲，那么时空是什么？爱因斯坦认为是物质的万有引力引起了时空弯曲：过去曾错误地认为物体通过引力来对其他物体的运动发生影响，而现在认为是物体影响其他物体在其中作自由运动的时空几何，改变后的时空中的这种自由运动，就是曾被错误地认为在原来时空中的受迫振动。
现在，自然定律是一种涉及时空的几何命题，时空变成了一种度规空间。
［爱因斯坦，《狭义与广义相对论浅析》，北京大学出版社，2006年，导读第36页］详见《爱因斯坦说时空弯曲，那么时空是什么？》。
1919年，日全食的星光偏折现象被认为是证明时空弯曲的证据，这也是相对论被认为是正确理论的转折点。
问题是，如果时空空无一物，那么什么弯曲了呢？时间如何弯曲呢？我们知道，无论是时空还是空间，如果什么也没有也就不存在弯曲不弯曲，空无一物的概念与我们的科学常识相背离，是我们的常识需要修改还是时空的概念需要修改？我们知道，科学理论为解释客观现实而存在，不仅需要实验证明，更要贴近客观现实而不是脱离客观现实。
问题是，对于星光偏折现象，有没有基于客观常识的解释呢？当然有。
答案就是经典物理学。
根据阿基米德定律和斯内尔的折射定律，光经过透镜时，光会在折射面和反射面上改变方向。
根据折射定律，我们可以画出光的路径。
问题是，光为什么会折射呢？根据费马最小光程定律，不同的煤质中光的传播速度不同，光线的传播路径应是使光尽快地传到终点。
光的路径如有很小的偏差，所需时间就会延迟。
根据光的波动理论，空间介质密度越高，光速越慢，空间介质密度越低，光速越快。
以地球大气层为例，越接近地面大气密度越高，距离地面越远（越高）大气密度越低。
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想弯曲时空中的量子场论是一种涉及时空曲率和量子物理的理论框架，它试图将爱因斯坦的广义相对论和量子场论统一起来。
最近，有一种新的构想在这个领域中引起了广泛关注。
本文将介绍这种新构想的背景、主要思想和可能的应用。
我们需要了解弯曲时空中的量子场论的基本原理。
在爱因斯坦的广义相对论中，时空被看作是一种弯曲的几何结构，物质和能量通过曲率来影响时空的形状。
量子场论则是描述基本粒子和力的相互作用的理论，它将粒子和场统一起来，并且可以通过量子化的方法描述粒子的行为。
在传统的量子场论中，时空被看作是平坦的，而弯曲时空中的量子场论需要将时空的曲率和量子效应相结合。
这是一个非常困难的问题，主要原因是在量子场论中，时空的几何结构是固定的，而在弯曲时空中，时空的几何结构是动态变化的。
这种新构想的主要思想是将时空的几何结构和量子场论的动态结合起来。
它提出了一种称为“动态时空量子场论”的理论框架。
在这个理论框架中，时空的几何结构和量子场论的动态是相互作用的，并且可以相互影响。
在动态时空量子场论中，时空的曲率被用来描述量子场的演化。
时空的曲率决定了量子场的演化速率和相互作用。
而量子场的动态也会反过来影响时空的几何结构，从而形成一个动态的相互作用过程。
这种新构想的可能应用非常广泛。
它可以用来解释黑洞的物理现象。
黑洞是宇宙中的极端弯曲时空区域，传统的量子场论无法很好地描述黑洞中的物理现象。
而动态时空量子场论可以更好地描述黑洞的演化和相互作用。
动态时空量子场论还可以应用于宇宙学的研究。
宇宙学研究的一个重要问题是宇宙的起源和演化。
传统的宇宙学理论无法很好地解释宇宙的起源，而动态时空量子场论可以提供一种新的解释。
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想弯曲时空中的量子场论是一种新的构想，它将量子场论与引力质量结合起来，通过考虑广义相对论和量子力学的相互作用，进而给出了在弯曲时空中描述量子场的形式。
在这个新构想中，我们可以用量子场论的方法描述粒子在弯曲时空中的行为，同时还可以考虑量子力学和引力的相互作用。
在传统的量子场论中，我们假设时空是平直的，并且忽略了引力对粒子的影响。
在弯曲时空中，由于引力的存在，时空本身也会发生弯曲。
这就需要我们重新考虑量子场论的框架，并将其扩展到弯曲时空的情况下。
在弯曲时空中的量子场论中，我们需要引入度规张量，来描述时空的弯曲程度。
度规张量可以用来计算时空中的间隔和路径的长度。
而相对应的度规张量场则描述了时空在不同点上的弯曲性质。
基于度规张量场，我们可以构建所谓的引力度规场，用来描述引力的作用。
引力度规场的产生可以通过爱因斯坦场方程来描述，这个方程将引力和时空的几何性质联系了起来。
我们还可以通过引入引力的量子力学描述，来得到弯曲时空中的量子场论。
这就是弯曲时空中的量子场论的基本思想。
在弯曲时空中的量子场论中，我们同样需要考虑量子效应。
量子效应是由于测量引起的不确定性，它会影响到粒子在弯曲时空中的行为。
我们可以将量子效应考虑在内，从而得到更准确的粒子的运动方程。
量子效应也会对弯曲时空产生反馈，影响到时空的曲率。
在弯曲时空中的量子场论中，我们还需要考虑对几个重要的概念进行重新定义。
能量、动量和角动量的定义需要进行修正，以适应弯曲时空的情况。
这些修正会使得弯曲时空中的量子场论与平直时空的量子场论存在一些差异。
探索量子力学中的时空弯曲
探索量子力学中的时空弯曲量子力学作为现代物理学中的重要分支，涉及了许多关于时空结构和弯曲的研究。
在经典物理学中，爱因斯坦的广义相对论理论描述了大物体间的引力作用以及由此产生的时空弯曲效应。
然而，当我们深入研究微观世界时，需要引入量子力学的概念来描述微小粒子间的相互作用。
本文将探讨量子力学中的时空弯曲现象以及其在理论物理学中的应用。
1. 前言时空弯曲是爱因斯坦广义相对论的核心概念之一。
它表明质量和能量的存在会给时空结构带来曲率，从而影响物体的运动轨迹和时钟的走动。
然而，在量子力学层面，微观粒子的性质与经典物体的不同，我们需要重新审视时空结构的性质，并思考量子效应是如何影响时空弯曲的。
2. 量子力学与广义相对论的结合量子场论是描述微观粒子行为的基本理论之一。
通过量子场论，我们能够有效地描述粒子的相互作用以及它们在时空中的分布。
然而，将量子力学和广义相对论结合起来并不直接，这意味着我们需要重新构建一个统一的理论框架来描述量子引力现象。
3. 弯曲时空与虚拟粒子在量子力学中，虚拟粒子是描述相互作用的重要概念。
由于量子波动的存在，时空中可以产生一对虚拟粒子-反粒子。
这两个粒子相互吸引并重新结合，形成稳定的能量场。
这种现象导致了时空的局部弯曲，从而影响了周围粒子的运动轨迹。
4. 规范场理论和时空弯曲规范场理论是量子场论中的一种数学工具，用于描述基本粒子的相互作用。
通过规范场，我们可以将引力解释为时空曲率与粒子相互作用的结果。
这种描述方式为我们理解时空弯曲和量子引力提供了一个统一的框架。
5. 量子引力和黑洞的奥秘在研究时空弯曲时，黑洞是一个引人注目的现象。
黑洞是由巨大质量聚集而成，并在其周围形成极强引力场的区域。
传统的引力理论将黑洞视为时空的奇点，即时空曲率无限大的点。
然而，当量子效应考虑在内，时空弯曲将被认为是一个连续的过程，使我们能够更好地理解黑洞内部的物理现象。
6. 量子时空涨落和拓扑缺陷除了研究黑洞，量子力学也为我们揭示了时空涨落和拓扑缺陷的奥秘。
2021-2022版老教材历史人民版必修三学案：专题七一近代物理学的奠基人和革命者含答案
一近代物理学的奠基人和革命者学习目标时空坐标1.了解经典力学的主要内容。
2.认识经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位。
3.知道相对论、量子论的主要内容,认识现代物理学发展的重大意义。
必备知识·自主学习一、认识史上的飞跃1.背景:近代科学的诞生以及伽利略自由落体定律的创立,冲击了亚里士多德学说的统治地位。
2.牛顿力学三定律:(1)时间:17世纪末。
(2)内容:牛顿在研究伽利略自由落体定律的基础上,得出了惯性定律和加速度定律,又在笛卡尔等人对碰撞运动的研究基础上总结出作用力和反作用力定律。
(3)地位:牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础,成为整个近代物理学的重要支柱。
3.万有引力定律:从研究地球对月球的引力入手,综合了开普勒等人有关天体力学方面的研究成果,并运用他自己创立的微积分做计算工具,成功地导出了万有引力定律。
4.著作:《自然哲学的数学原理》,总结了他的力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
5.意义:(1)牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明,从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。
(2)它的确立使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度,同时也在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。
二、驱走乌云的太阳1.背景:19世纪的物理学领域,在牛顿力学的基础上,形成了完整的理论体系,19世纪末,物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。
2.量子理论的诞生:1900年,德国物理学家普朗克提出了量子概念,《关于正常光谱能量分布定律的理论》的发表,标志着量子理论的诞生。
3.量子力学的建立:(1)1905年德国科学家爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应,得出光具有波粒二象性的结论。
(2)1923年法国物理学家德布罗意提出物质波理论,将量子论发展到一个新的高度。
(3)奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。
4.意义:(1)量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系,指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。
2020年湖南师范大学725量子力学考研专业课考试大纲(含参考书目)
湖南师范大学硕士研究生入学考试自命题考试大纲
（含参考书目清单）
考试科目代码：[725] 考试科目名称：量子力学
一、考试形式与试卷结构
1)试卷成绩及考试时间：本试卷满分为150分，考试时间为180分钟。
2)答题方式：闭卷、笔试
3)试卷内容结构
（一）客观题部分20%
（二）主观题部分80%
4)题型结构
a: 填空题，10小题，每小题3分，共30分
b: 简述题，8小题，每小题5分，共40分
c: 计算题，4小题，每小题20分，共80分
二、考试内容与考试要求
1．绪论
考试内容:
a．量子力学诞生的历史背景。
b．德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设。
考试要求:
了解经典物理困难及量子理论的解决之道；掌握能量动量与频率波长的关系式。
2．波函数和薛定谔方程
考试内容：
波函数的统计诠释；薛定谔方程；态叠加原理；海森堡不确定关系；一维势。
2018年度湖南省自然科学基金拟立项项目公示
基于大数据挖掘的人类行为动力学研究及其在应急管 中国人民解放军国防 理中的应用 科学技术大学 面向城市居民电子垃圾回收的公益广告投放和回收点 中国人民解放军国防 网络扩张策略优化 科学技术大学 全固态锂离子电池钒基电极材料优化设计及其电化学 中南大学 性能研究 断层滑移型岩爆防控机制 柔性微型锂离子电池的构建及电极结构稳定性研究 燃煤烟气中单质汞的多效应协同控制 中南大学 中南大学 中南大学
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99 100 101
地震作用下无粘结预应力加筋土挡墙的动力性能及失 湖南大学 效机理 多异质电源微电网簇的CPS融合网络建模及多尺度分层 湖南大学 协同方法研究 高速飞行器机器视觉制导系统退化图像的复原理论与 湖南大学 方法研究
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102 基于多模数据融合的乳腺癌驱动机制的挖掘方法研究 湖南大学 103 基于轻量级深度卷积神经网络的实时目标检测研究 104 湖南大学
物理学-湖南师范大学物理与电子科学学院
湖南师范大学学术型博士研究生培养方案（2017年版）学科名称：物理学（学科代码：0702）一、学科简介物理学是研究物质的结构、相互作用和运动规律以及它们的各种实际应用的科学。
物理学的发展，一方面加深人们对物质、时间和空间本质的认识，揭示微观到宇观尺度内物质运动规律；另一方面孕育新学科，为现代科学技术提供新思路和新方法。
湖南师范大学物理学科2000年获得理论物理博士学位授予权，2003年获得凝聚态物理硕士学位授予权，2006年获得物理学一级学科博士学位授予权，拥有物理学博士后流动站。
理论物理学科是国家重点学科和国家“211工程”重点学科以及湖南省优势特色学科，物理学一级学科是湖南省重点学科，拥有低维量子结构与调控教育部重点实验室，2012年进入美国基本科学指标（ESI）国际学科排名前1%行列。
学科还拥有量子效应及其应用教育部“长江学者与创新团队发展计划”创新团队，大学物理国家级教学团队，“量子效应及其应用”湖南省2011协同创新中心。
学科拥有一支理论基础扎实、具有理论物理学科特色、年富力强的创新人才队伍，其中包括国家杰出青年基金获得者3人，国家有突出贡献的专家1人，享受国务院政府特殊津贴专家6人，国家优秀青年基金获得者2人，教育部跨/新世纪人才6人，湖南省芙蓉学者特聘教授3人，全国百篇优秀博士论文导师和获得者3人，省杰出青年基金获得者10人。
近五年来，湖南师范大学物理学科承担“973”课题及子课题2项、国家自然科学基金43项、省部级项目41项、其他课题17项，课题总经费4254万元，此外还有各级重点学科经费2700余万元。
发表学术论文456篇，被SCI收录论文395篇，其中在Science 发表论文1篇，Phys. Rev.系列及影响因子大于4.0的119篇，出版学术专著4部，获得国家授权发明专利4项，获得湖南省科学技术进步奖一等奖1项，湖南省自然科学奖一等奖1项。
该学科现已具备了进行高水平物理学研究的科技平台和培养高水平人才的条件。
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想
关于弯曲时空中的量子场论的一种新构想1. 引言1.1 介绍弯曲时空中的量子场论是一种探索时空结构与量子力学相互作用的新领域。
通过将爱因斯坦的广义相对论和量子场论相结合，我们可以更全面地理解宇宙中微观粒子的行为以及它们在时空中的相互作用。
本文将介绍这一新领域的研究背景、意义，以期揭示弯曲时空和量子领域的新视角，为未来量子物理学的发展提供新的方向。
在过去的几十年里，量子场论已经成为理论物理学的重要分支，描述了基本粒子之间的相互作用。
这些理论通常是建立在平坦时空的假设上，而在引力场中如何描述量子场仍然是一个挑战。
研究人员开始尝试将量子场论扩展到弯曲时空中，以更好地理解弯曲时空的效应对粒子行为的影响。
弯曲时空中的量子场论研究具有重要的理论意义和实验价值。
通过对弯曲时空中的量子场进行研究，我们可以更准确地预测宇宙中各种物质的行为，揭示时空结构对物质的影响，以及如何通过改变时空结构来控制物质的性质。
这将有助于深化我们对宇宙的认识，推动物理学的进步。
1.2 研究背景量子场论是描述微观世界中基本粒子相互作用的理论，是当代物理学中重要的研究领域之一。
随着量子力学和相对论的发展，量子场论逐渐成为理论物理学中最重要的研究方向之一。
在研究背景中，我们需要关注的是量子场论在时空弯曲理论中的应用。
时空弯曲理论是爱因斯坦相对论的基础，描述了引力如何塑造时空结构。
在弯曲时空中，量子场论的应用具有重要的理论意义和实际价值。
研究背景中还包括了量子力学和相对论之间的矛盾和挑战。
量子力学和相对论在描述微观和宏观世界中的物理现象时存在矛盾，如何统一这两种理论一直是物理学家们努力的方向之一。
通过深入研究量子场论在弯曲时空中的应用，我们可以更好地理解引力和量子力学之间的关系，探索新的物理学规律，并为未来量子引力理论的发展提供重要的参考依据。
研究背景中的时空弯曲理论对于推动量子场论的发展具有重要意义。
1.3 研究意义量子场论是描述基本粒子相互作用的理论，在我们理解自然界中微观世界的基本规律方面发挥着重要作用。
相互作用的各种统一和新的相互作用
相互作用的各种统一和新的相互作用张一方【摘要】首先综述四种基本相互作用的局部统一理论.其次,探讨了粒子物理理论中的某些问题.然后提出四种相互作用统一的各种可能方案,如规范群GL(6,C)及其基本性质和高维时空等.进而讨论了某些基本的问题,如提出新的相互作用、暗物质作为负物质的季节效应和最完备的对称世界.%First,some local unified theories on the four basic interactions are summarized.Next,some theoretical questions in particle physics are researched.Then various possible schemes are proposed,for example,the gauge group GL(6,C)and its basic properties,and higher-dimensional space-time,etc.Further,we discuss some basic questions,for example,new interactions,the season effect of dark matter as negative matter and the most perfect symmetrical world.【期刊名称】《商丘师范学院学报》【年(卷),期】2018(034)003【总页数】6页(P16-21)【关键词】相互作用;粒子物理;统一;对称性【作者】张一方【作者单位】云南大学物理系,云南昆明650091【正文语种】中文【中图分类】O3200 引言目前已知的组成整个物质世界的基本相互作用只有四类：长程的引力、电磁相互作用和短程的弱、强相互作用.强相互作用对应色荷，弱相互作用对应味(Flavor)荷，电磁相互作用对应电荷，引力相互作用对应于质量.而色荷、味荷是重子数B、轻子数l的推广，强子和轻子是强弱相互作用的源.电磁相互作用相应于量子电动力学(QED)，完全类似的强相互作用相应于量子色动力学(QCD)，弱相互作用相应于量子味动力学(QFD).夸克和轻子对称、统一，对应于色荷和味荷，QCD和QFD 对称、统一.强相互作用及QCD涉及三种色；弱相互作用及QFD涉及二种荷；电磁相互作用及QED仅涉及电荷；因此，三者统一的对称群就是SU(3)⊗SU(2)⊗U(1).对称破缺的是，夸克有色和味，而轻子无色荷，所以无强相互作用.探讨各种相互作用的统一，一直是物理学中的重要问题.Einstein等一直试图统一长程的引力和电磁相互作用，二者的场量子质量都是0，自旋各是2和1.Weinberg-Salam(WS)提出的是弱电统一理论，得到统一的规范群是SU(2)⊗U(1)=U(2)，其中场量子都是矢量场.V-A理论表明弱和电磁相互作用都是流-流耦合作用.弱电统一理论在此基础上发展，并基于量子场规范理论和对称性自发破缺.WS理论在低能时，与所有已知的100 GeV以下的弱、电磁实验都符合.其中宇称不守恒应该作为对称性自发破缺效应[1，2].WS理论目前主要的实验验证有弱中性流，弱电相干效应和W-Z粒子的发现.WS模型对衰变可以，但对产生的适用性还有待实验确定.量子力学和粒子物理的基础是波粒二象性.由此粒子，特别是稳定粒子应该相应于孤子.由粒子物理中的非线性方程，笔者讨论了方程的孤子解及其推广，研究了粒子方程和各种统一的关系[3]；探讨了相互作用的统一和规范场，场、粒子及其方程的统一，低高能时的统一，统一和非线性理论的关系等，并提出它们也许可以统一到统计性[4].进一步，笔者探讨了相互作用的几何统一，提出5维时空及其5种具体情况，其中第5维可以是与h相关的微观特性，或与质量m等相关，并联系于SU(5).讨论了一般的高维统一理论，并指出其中柱形卷曲空间的光速是可变的.然后探索了广义相对论和量子论的统一，非欧和非阿几何的统一.讨论了对称、反对称和超对称性及其统一.一般的矩阵及相应的各种理论都可以分解为对称和反对称部分之和，并联系于超对称性[5].笔者认为粒子物理中的基本原理是必须区分已经检验的实验事实和优美的理论假说.由此提出粒子理论中的7个重大问题：标准模型中的矛盾；夸克模型源于部分子的实验而迄今没有发现任何自由夸克，可能它们仅是具有某种对称性的幻粒子；点粒子、高能和相互作用；Pauli不相容原理的可能破缺和某些基本原理及相应的QCD发展；中微子的振荡及质量；测不准关系及其新进展和超弦；量子力学叠加原理的发展和纠缠态.同时讨论了量子理论某些可能的发展，并且某些基本原理可能彼此相关[6].本文讨论各种相互作用的统一和某些基本问题.1 相互作用的局部统一理论Isham，Salam，Strathdee提出过引力强统一方案[7-9]，其中引力强相互作用统一的规范群是SU(3)⊗SL(2，C)=SL(6，C).电磁、引力相互作用统一是长程场的统一.如果强、弱相互作用统一就是短程相互作用的统一，其中场量子质量不为0；弱相互作用与Yang-Mills(YM)场、SU(2)及其轻子可以嵌入强相互作用、SU(3)及其强子中，因此强子中应该有类似轻子及YM场的粒子.如果强电磁相互作用统一就是强场统一，时空弯曲大，对称群相应于SU(3)⊗U(1)；如果弱引力相互作用统一就是弱场统一.可以假设强、弱相互作用分别是电磁、引力相互作用的场量子有质量时的激发态.SU(2)弱相互作用方程是规范场YM方程，这及其解应描述弱相互作用及其衰变.推广到SU(3)及SU(N)⊗SUc(3)就是强相互作用，QCD.因此，SU(3)及SU(N)⊗SUc(3)，QCD(对应QFD)应该统一短程相互作用，其对应m0≠0的非Abel规范群方程.强、弱相互作用统一基于对称群、规范理论.二者仅仅(1)相互作用常数不同；(2)各交换胶子、介子和W-Z；(3)各是引力、斥力；(4)对弱相互作用，S、I及P、CP等不守恒.如此两方面的理论可以互相应用.如衰变公式应可用于共振态的强衰变，二者统一.目前强相互作用有SU(3)对称性和GMO质量公式.弱相互作用有SU(2)对称性，相应的应是轻子及W、Z的质量公式.二者不相同.在Itoh-Minamikawa-Miura-Watanabe模型[10]中，三类相互作用大统一的规范群也是SU(2)⊗U(1)⊗SU(3)’.Prentki-Zumino模型[11]把弱电统一的SU(2)⊗U(1)对称性推广为O(3)⊗O(2)就是Lee模型.推广到强子再⊗SU(3)就是Itoh-Minamikawa-Miura-Watanabe模型，再加入强相互作用的矢量胶子，就可以推广为SU(7)⊗SU(7)及SU(8)⊗SU(8).而大统一探索最著名的是Georgi-Glashow的SU(5)理论[12]，其中基底的五元矢量包括夸克和轻子，夸克由SU(3)色对称联系，轻子由弱相互作用SU(2)联系，基元是三色d和轻子e、νe；笔者认为可能是u、d、s和e、νe.其余还有Fritzsch，Minkowski的SU(n)⊗SU(n)(n=8，12，16)理论和SO(n)(n=10，14)理论[13]，及Gursey等的E(6)理论[14].理论上QCD结合弱电统一就是大统一.引力塌缩过程中重子数不守恒，这与大统一是一致的.大统一预言质子衰变，但费米子数不变，仅仅重子数变为轻子数.相互作用的统一联系于对称群和相应的规范场.长程引力和电磁相互作用既有坐标变换群GL(4，R)和Lorentz群，又有规范群SL(2，C)和U(1)群；而短程强弱相互作用只有规范群SU(3)和SU(2).构造大统一模型的5秩单纯李群只有SU(6)和SO(10).电荷q、重子数B、轻子数l守恒，都有U(1)对称性.不包括引力的大统一，胶子、光子及弱相互作用的W(Z)都是对称的矢量场.相互作用越弱，守恒量越少，可以认为是守恒的对称性越统一.进一步就是各种玻色子场的统一.其中最著名的是弱、电磁、强相互作用的多种大统一理论，三者都是矢量场，对应Proca方程，无质量时化为Maxwell方程；相应于SU(2)YM场近似时化为U(1)电磁场.A.Salam，J.Ward(1991)在定域电磁群SU(2)⊗SU(2)基础上的强、弱、电磁相互作用规范理论，是SU(3)(夸克)⊗SU(2)(轻子)⊗U(1)(电荷)模型的先兆.而最早的具体探索是Bars-Halpern-Yoshimura模型[15，16]，其中具有若干对称性，如L-R对称等.此时轻子嵌入强子中，即弱相互作用作为强相互作用的子群.而强相互作用是U(3)⊗U(3)，至少是SU(3)⊗SU(3).例如，有Han-Nambu夸克的强相互作用的对称群就如此.Pati，Salam也提出了SU(2’)⊗U(1)⊗SU(3’’)的大统一方案[17].他们把夸克、轻子集合在统一群G的同一多重态内.如果规范理论渐近自由，则群G必须包含上述群.轻子数作为第四种色，即SUc(3)扩大到SUc(4).对具有左右对称性的半单纯群，如[SU(6)F×SU(6)c]L→R.理论计算指出，相互作用动量交换q值增大时，SUc(3)耦合系数gs下降很快，SU(2)的g缓慢下降，电弱场U(1)的g’缓慢上升，在极高能量(q～1014GeV)时，三种相互作用统一为一种，具有统一的耦合常数.SU(5)大统一中，X，Y电荷为-4/3，-1/3，每代有15种费米子，各多重态的总电荷结果可导出电荷量子化，且Qp=Qe.夸克有三色，故为分数电荷；电子及中微子无色.夸克、轻子为同一多重态，所以(v，e)类似(u，d)组成标准模型的第一代，并且Q(v)-Q(e)=Q(u)-Q(d).B 和l不守恒，n↔π+e-↔振荡.用于解释早期宇宙演化过程，给出重子数和光子数之比：NB/Nγ=10-8～10-10，及宇宙中物质占主导地位.但是，这和暗物质的结果不符合！SU(5)如果无色，则化为SU(3)：d，e，v(类似三种夸克s，u，d)；或第一代u，d，e，v，SU(4).反之有色相应于SU(8)，第一代八个夸克-轻子，与八重态数目相同，而结构不同.在亚夸克的rishon模型或等价的quip模型中是SU(2)，仅有V，T两种.多重产生对强、电磁、弱等相互作用具有统一分布.这对应联系于大统一理论，并可以由此导出.弱电磁相互作用W±，Z0;γ(I=1，0)混合.强相互作用π±，π0;η(I=1，0)混合.二者对称.2 目前理论中的某些问题和探讨对电磁相互作用，电荷和质量是粒子最基本的性质.可能电荷是由特殊的分布、运动产生的，而按照Q=I3+Y/2=I3+(B+S)/2，则电荷归于某个方向的转动和重子荷的一半及振动的一半.可能电荷或导致电荷的相应量运动(这对应于真空自发破缺)时产生夸克间短程的强弱相互作用.这类似电磁相互作用产生的分子(对应夸克)间Van der Waals(VdW)短程力(类似磁场).但是，强相互作用完全类似VdW力，则必须有一种极其强的相互作用力(其对应结合、束缚夸克的相互作用).或者强相互作用是小粒子强相互作用的有序排列，而弱相互作用才类似无序的VdW力.强相互作用把夸克束缚为强子，其剩余力把核子束缚为原子核，即其残余是核力.电磁相互作用把核和电子束缚为原子，其剩余力把原子束缚为分子，即其残余是化学力.所以强相互作用类似电磁相互作用，则核力类似VdW力等.如此原子核结构类似分子，则强子结构类似原子.强弱相互作用都是短程的，其汤川相互作用形式相同，交换粒子是胶子、W(Z)都是矢量粒子，二者对称统一，仅相互作用强度不同.强弱相互作用互相转化，则重子、轻子互相转化.π0→γ可能强相互作用是电磁相互作用的起源.进而，各种短程较强的相互作用是长程较弱的相互作用的起源，即短程介子释放出长程作用粒子.或者，类似化学力源于电磁相互作用，短程相互作用起源于长程力.总之，二者可以互相转化，从而达到各种相互作用统一.在介绍粒子物理中各种相互作用势及探讨其关系的基础上，笔者引入统一势V=-ge-k(r-r0)/(r-r0)，(1)其可以得到各种一般的势.然后研究粒子的统计性和高能时新的二象性，有序的夸克、部分子及流体模型、各种统计模型等都是不同的相，并且结合粒子结构和相变理论，如果相变理论联系于统一理论则各种相变点就是各种统一点.进而论述粒子的各种标度性，其基础是重整化群和统一的统计性等[18].弦论中耦合常数变化就可以导致相变.质量M、电荷Q表征一切物体、一切荷电物体的特征；这是长程相互作用.B、l表征短程强弱相互作用中费米子的特征，而不包含相互作用场量子的特征.这也是长短程相互作用的不同.各种相互作用应该可以互相转化，其对应的粒子就可以互相转化，如强、电磁、弱相互作用都是交换矢量粒子.1977年Olive和Montonen推广电磁对称性为强弱对偶性，即一个弱耦合理论完全等价于一个强耦合理论.这完全相应于强弱相互作用统一.Q-U常常是弱及电磁相互作用的对称性.这应该相应于弱电统一.弱电等统一则电磁相互作用等也应类似弱相互作用而发展，P，PC等可能不守恒.光子、W-Z是四重态，可能W-Z质量大，交换难，所以相互作用弱；而高能时统一，此时光子频率高、质量大.弱电统一，则场论、QED及各种已知的电磁相互作用理论应可以完全类似地推广到弱相互作用理论，即QED和QFD应该统一.引力相互作用的发展可能是量子化的广义相对论(QGD)，并联系于规范场等.电磁相互作用是U(1)及Abel规范场、QED.弱相互作用是QFD及只涉及夸克、轻子“味”的SU(2)规范场，和弱电统一理论.强相互作用是SU(N)对称性、非Abel规范场及QCD.这四种相互作用的场量子目前认为是时空弯曲及引力子、一个光子、3个W(Z)、8个胶子.总之，四种相互作用的场量子数，对电磁相互作用是光子γ，21-1=1个；对弱相互作用是W±，Z，22-1=3个；对强相互作用是胶子，可能有23-1=7个；对引力相互作用是引力子，可能是20-1=0个.3 四种相互作用统一最简单的SU(5)大统一理论已被质子衰变的实验排除.新的方向是超对称大统一理论及包括四种相互作用的超引力大统一理论.大统一发展为超对称统一，则相互作用统一发展为分别对两类粒子统一.1974年笔者结合Weinberg-Salam的弱电统一理论和Isham-Salam-Strathdee 的引力强统一方案[7-9]，提出目前形式的四类相互作用统一描述的最简单的规范群起码必须是GL(6，C)群或其推广[19-21].并讨论了对GL(6，C)协变的一种可能的拉氏量[21].当时某些人认为四类相互作用是根本不可能统一的.1977年，Terazawa也提出轻子-夸克内部对称性的SU(16N)或SU(6+n)群结合时空对称性的SL(2，C)的Lorentz群，得出GL(32N，C)或GL(12+2n，C)的统一规范对称性，其中N=1，2，3…而n=0，1，2，3…N[22].GL(6，C)类似引力SL(2，C)(其对应引力子数目无限)是非紧致群，其不可约幺正表示全都是无穷维表示.这正说明高速、高能、相对论时，量子化的分离粒子已变为连续谱.而且符合对应原理的经典极限.GL(m，C)是m2(2m2)维复(实)李群，它的李代数gl(m)由所有m×m复矩阵构成.SL(m，C)是(m2-1)维的复李群.O(m，C)是m(m-1)/2维的复李群.所以GL(6，C)是36维，SL(2，C)是3维.SL(2)是研究量子力学中Lorentz不变性的群.O(6，C)是15维，O(5，C)是10维.可能GL(6，C)简并为O(5)就对应于超弦.进而可以讨论超弦的复数性.所有行列式不为0的N×N矩阵，其乘积为元素乘积，其集合构成N维一般复线性群GL(N，C)，元素用2N2个独立实参数描写.GL(N，C)包含的子群导致GL(N，R)(N2个)；及SL(N，C)(2N2-2)，又得到SL(N，R)(N2-1个)；N维幺正群U(N)(N2)导致SU(N)(N2-1个)；及N维实正交群O(N)[N(N-1)/2个]，又得到SO(N个).SO(4)对应SU(2)⊗SU(2)’；SO(6)对应SU(4)；SO(2)=U(1).SU(N)李代数是SO(2N)李代数的子代数.U(2)包含子群SU(2)和U(1)，与SU(2)⊗U(1)有相同的实李代数，但二者不同构.GL(n)的多参量形变和关于量子矢量空间的协变微分计算[23].Yang-Baxter方程的一个[n(n-1)/2]+1参量群GLX;qlj(n)，它协变地作用于一个非对易坐标的量子矢量空间.强弱相互作用对称是场源(夸克、轻子)统一、对称，是SU(3)和SU(2)统一，二者都是短程相互作用，具有相同的Morse势[20，24].弱电磁相互作用统一是场量子(WZ和光子)统一.短程相互作用统一，其描述可以类比于化学力，特别是具有饱和性的同极键力，粒子类似核.较小原子核稳定，增大到一定阈值(Fe)以后，由于核力的饱和性，相互作用变弱就不稳定了，于是导致核的幻壳层.相应地，各种强子质量增大时成为共振态就不稳定，并导致粒子规律表[19].按照汤川相互作用理论，强弱相互作用的作用距离比约为10-13/10-15=100，强弱相互作用交换粒子的质量比如果是W±/K±=80 GeV/494 MeV～160，则强弱相互作用对此统一、一致.强相互作用范围大到一定时变弱为其他相互作用；反之小到一定时也变弱，即化为弱相互作用.对粒子，p，n稳定，类壳层数就是或类似量子数.e→μ→τ，及π→K→D→B，π→η→ψ→Υ，及N→Λ，∑→Ξ→Ω等.强子有不同序列，归纳为三代夸克(不同激发态).p-n组成核对应SU(2)，相应u，d(亚夸克T，V)组成各种夸克，例如；或(2)共三种，但都是Pauli相容的；甚至2n+1个，包括海夸克.这样或(3)∑，Ξ，Ω各是5，7，9个夸克.K是4个或2n个夸克.设强相互作用是S=ar-m，弱相互作用是W=br-n，这样总力为T=S(引力)-W(斥力)=ar-m[1-(b/a)rm-n].(4)(b/a)rm-n<1或>1，即r<或>(a/b)1/(m-n)时是引力、斥力，与尺度有关. Cornell势[25，26]是简单叠加线性势和Coulomb势V(r)=Kr-(a/r)，(5)其中K=0.52，a=0.18可以很好解释J/ψ和Y族的能谱.其它对幂次势、Richardson势[27]和对数形式势求解Schrodinger方程也可以得到类似结果.强相互作用归于色荷，弱相互作用对应于夸克的味和轻子(第四种色).电磁相互作用真空破缺就产生弱相互作用；大统一中破缺也产生强相互作用.引力相互作用是时空(几何)对称性.三种相互作用是内部(结构，量子数)对称性.目前统一两方面的方法，一是超对称理论，两类粒子不能完全互相转化，但彼此配对；二是高维时空，把两种对称性联系起来.二者结合就是超弦.三种色对应强相互作用类似四维对应引力时空第四种色对应弱相互作用类似第五维对应电磁场这是弱电统一这是内禀色空间强弱相互作用统一引力电磁相互作用统一这是四种相互作用统一.四种相互作用统一可能必须9维空间加1维时间.其中引力3维，电磁U(1)1维，强相互作用SU(3)3维，弱相互作用(W，Z对应SU(2))2维，组成9维空间.其中3(4)+1是宏观长程时空.10维时空对应于超弦.进行定量估计：100 GeV～1015K，弱电统一；1015 GeV～1028K，弱电磁强相互作用统一，10-33 s；1019 GeV～1032K，引力弱电磁强相互作用统一，10-43 s.大统一、超统一的能级是1016～1018 GeV.相应的黑洞、Gamma暴、轻子星[28，29]等都可以达到此能级.统一尺度(～1025 eV)粒子名为crypton或vorton.微观、宇观结合的高能天体物理应该是检验、发展理论的一个重要基础.四种相互作用统一是场的统一，必然联系于量子论和广义相对论的统一.引力场量子化，粒子时空几何化.广义相对论是时空结构的统一，时空越弯曲，场越强.按照广义相对论可以认为，微观时四种相互作用的统一就是微观时空几何结构的统一.弦论认为是非对易几何.而宏观时四种相互作用统一必然简并为长程引力、电磁相互作用统一.引力场量子化及泛量子论，起码在演化时，这有利于各种相互作用统一.超弦发展为超袋.一方面类比于超弦；另一方面结合已知的袋具有超对称性.这应当对夸克禁闭，各种粒子质量有所贡献.这种类比对应于电磁相互作用是QED，强相互作用是QCD，弱相互作用是QFD，量子化引力相互作用是QGD.粒子物理中存在各种变量：不同粒子质量、各种量子数、相互作用强度、相互作用半径、能级、夸克-胶子数等.各种量子数之间彼此联系，如Q=I3+(S+B)/2.(6)质量谱，一级近似是等差关系；二级近似是等比关系；三级近似是GMO质量公式及[30]E=Meax+b.(7)形式上可以统一为E=FC，其中C=M，F=eax+b对应于一般的SU(N)质量公式.b=0是等比关系；eax≈1+ax是等差关系.最佳结果是粒子(如夸克)结构决定量子数.电荷基量可以是q/n.《科技日报》2017年7月7日头版报道“我国科学家牵头发现新型重子”.2017年7月10日欧洲LHC正式宣布发现新重子其质量为3621 Mev，衰变道是笔者早在1994和2008年就分别在国内外发表论文[31，32，24]，根据GMO质量公式M=M0+AC(S)+B[I(I+1)-C(S)2/4]，(8)或笔者提出的修改的更精确的公式M=M0+AC(S)+B[I(I+1)-C(S)2/2]，(9)应用于重味强子时预言m(Ξcc)=3715或3673 MeV，实验结果特别符合公式(9)，误差仅为1.4%.同时应该存在二者组成质量相近的I=1/2二重态，衰变道为进一步笔者预言或3908.2 MeV[31，32，24]，而根据LHC的实验更可能是后者.总之，四种相互作用统一的各种理论有规范场，GL(6，C)对称性[19-21]；超对称性；超弦等.进一步，它们应该互相结合.超对称变换只是费米子、玻色子互换，高能时才能统一.4 讨论和总结回顾科学发展史，物理学上的重大突破常常基于引入新的相互作用.经典物理中，力学是引力，然后是电磁相互作用.量子物理中是短程的强弱相互作用.二者之间的过渡是二象性.粒子内部可能是超强相互作用，或者完全新的相互作用，如砂子的统计相互作用或纠缠态等[33-35].目前宇宙中存在大量的暗物质和暗能量已经成为当前物理学和天文学的一大疑难问题.并且通过引力透镜效应对星系团剧烈碰撞中的子弹集团的观测，发现了暗物质存在的直接证据[36].已知相对论量子力学必然同时存在正负能，由此可以引入负物质.笔者提出负物质可以作为最简单的暗物质.这具有可以同时解释暗物质的巨大质量缺失和暗能量的斥力的特性[35，37-40]，并且与共形引力理论[41，42]和子弹星系观测结果[36]等的一致性.它明显表示正负物质不同.星系相遇时负物质与正物质互相排斥，因此负物质非常快地逸出.费米子的Dirac方程可以描述反物质.宇宙常数Λ可能就描述负物质，对应引力场方程中的ΛR项；Klein-Gordon(KG)方程中的m2项可以对应±m，两个方程都描述玻色子.Dirac方程中m→-m也可以描述负物质.相应的关系：E2=m2c4+c2p2，(10)对正、反、负物质，对±m、±E、±p都普遍成立[35，38].只是在描述负物质的方程中质量为负，而在描述反物质的方程中电荷等相反.负物质决定宇宙常数，可能改变引力透镜效应.进一步，笔者提出了这一理论的8种检验方法[38].其中一个典型例子是对大尺度空间，如果正物质中存在一块负物质集团，则正物质的一部分将被屏蔽，别的可见物质将由于斥力透镜而改变形状，因此可见物质看起来变少，负物质和被屏蔽的正物质将显现为不可见的暗物质.按此假设，地球在太阳系中的不同位置观察到的星体形状略有不同，因此屏蔽和扭曲部分即暗物质也将有所不同.这种季节效应可以被检验.它似乎就是DAMA协作组观察到的每年约8.2σ的调制效应(the annual modulation about 8.2σ effect)[43].图1 一个新的最完备的对称世界(Fig.1.The new most perfect symmetrical world)Dirac指出：“物理规律在正负电荷之间是对称的”[44]，进而物理规律在正负物质之间也应该是对称的.正负物质并存是典型的对称性.分别以质量和电荷为横纵坐标，正物质、反物质、负物质和负反物质四种同时存在才是最完美的对称世界(图1)[45].负物质及这个完全的对称世界也应当是相对论和量子论结合、发展的必然结果.相互作用统一，对应介子、胶子等统一.进而是玻色子、费米子粒子统一，这联系于超对称性.它可能在高能时才成立.上述二者都联系于群、方程统一.相互作用统一，包括大统一、超对称，应与统计性统一[30，20]相关.它们成立的条件都是高能.更巨大宇宙范围可能也存在新的与暗物质、暗能量有关的相互作用[35，37-40].这可能又与微观相互作用有关.最近笔者还探索了微观相对论和宏观量子论及二者的统一[46].参考文献：[1]Beg M A，Sirlin A.Spontaneous breakdown of muon-number conservation and off-diagonal neutral currents[J].Phys.Rev.Lett.，1977，38(20):1113-1116.[2]Beg M A，Budny R V，Mohapatra R，Sirlin A.Manifest left-right symmetry and its experimental consequences[J].Phys.Rev.Lett.，1977，38(22):1252-1255.[3]张一方.粒子方程的孤子解及其推广和相应的各种统一[J].商丘师范学院学报，2014，30(12):30-34.[4]张一方.粒子和场方程的统一[J].商丘师范学院学报，2012，28(12):39-45.[5]张一方.相互作用的几何统一、五维时空和超对称性[J].商丘师范学院学报，2012，28(6)：41-46.[6]张一方.粒子物理学中的基本原理及7大问题和量子理论的发展[J].商丘师范学院学报，2016，32(6):30-36.[7]Isham C J，Salam A，Strathdee J.SL(6，C)gauge invariance of Einstein-like lagrangians[J].Lett.Nuov.Cim.，1972，5(15):969-972.[8]Isham C J，Salam A，Strathdee J.2 nonet as gauge particles for SL(6，C)symmetry[J].Phys.Rev.，1973，D8(8):2600-2609.[9]Isham C J，Salam A，Strathdee J.f-g version of the SL(6，C)gauge theory[J].Phys.Rev.，1974，D9(6):1702-1705.[10]Itoh C，Minamikawa T，Miura K，Watanabe T.Massless vector gluons in a unified gauge theory of weak，electromagnetic and strong interactions[J].Prog.Theor.Phys.，1974，51(5)：1575-1584.[11]Prentki J，Zumino B.Models of weak and electromagnetic interactions[J].Nucl.Phys.，1972，47B(1):99-108.[12]Georgi H，Glashow S L.Unity of all elementary-particleforces[J].Phys.Rev.Lett.，1974，32(8)：438-441.[13]Fritzsch H，Minkowski P.Unified interactions of leptons andhadrons[J].Ann.Phys.，1975，93(1)：193-266.[14]Gursey F，Ramond P，Sikivie P. universal gauge theory model based on E(6)[J].Phys.Lett,1976，60B(2):177-180.[15]Bars I，Halpern M B，Yoshimura M.Gauge theory of strong，weak，and electromagnetic interactions[J].Phys.Rev.Lett.，1972，29(14):969-972.[16]Bars I，Halpern M B，Yoshimura M.Unified gauge theories of hadrons and leptons[J].Phys.Rev.，1973，D7(4):1233-1251.[17]Pati J C，Salam A.Unified lepton-hadron symmetry and a gauge theory of the basic interactions[J].Phys.Rev.，1973，D8(4):1240-1251.[18]张一方.粒子的势、相互作用和相变[J].商丘师范学院学报，2017，33(6):16-22.[19]张一方.统一四类相互作用的一个初步方案(1974).量子理论的根本症结何在？。