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第一章 真空概念发展过程 1

1.1古代自然哲学中的虚空概念 1

1.1.1古希腊自然哲学中的原子、虚空和以太 1

1.1.2中国古代自然哲学中的元气和虚空 3

1.2经典物理学中的以太和真空概念 5

1.2.1实验寻找技术真空 5

1.2.2笛卡儿的力学以太 5

1.2.3牛顿-惠更斯-菲涅耳的光学以太 6

1.2.4法拉第-麦克斯韦-洛伦兹的电磁以太 7

1.3相对论中的经典真空概念 8

1.3.1以太经典理论的困难 9

1.3.2狭义相对论中的真空和以太 9

1.3.3广义相对论中的真空概念 10

1.4量子场论中的量子真空概念 12

1.4.120世纪理论物理学的逻辑框架 13

1.4.2量子电动力学真空 13

1.4.3量子味动力学真空 15

1.4.4量子色动力学真空 16

1.5量子引力理论中的量子真空概念 17

1.5.1半量子广义相对论真空 18

1.5.2圈量子引力真空 18

1.5.3超引力量子真空 19

1.5.4超弦/M理论真空 19

参考文献 20

第二章 量子电动力学真空 21

2.1电磁场真空 21

2.1.1电磁场量子化 21

2.1.2电磁场真空零点振荡 23

2.2电子场真空 23

2.2.1狄拉克相对论性电子波方程 24

2.2.2负能级和狄拉克真空 25

2.2.3电子场量子化和电子场真空 27

2.2.4荷电真空和真空衰变 28

2.3微观电磁作用和真空虚过程 28

2.3.1微观电磁作用的直观描述 28

2.3.2量子电磁作用和真空虚过程 29

2.4量子电动力学真空的基本特性 32

2.4.1真空涨落 32

2.4.2真空极化 32

2.5量子电磁真空作用和重正化问题 33

2.5.1电荷重正化 34

2.5.2质量重正化 34

2.5.3重正化理论简评 35

2.6量子电动力学真空效应的实验检验 36

2.6.1氢原子的兰姆能级移动 36

2.6.2电子反常磁矩 38

2.6.3卡西米尔效应 38

2.6.4库仑定律的修正问题 39

2.7电磁真空操作和光挤压 39

参考文献 40

第三章 规范场论真空 41

3.1规范场概念 41

3.1.1定域规范变换 41

3.1.2什么是规范场 42

3.1.3规范场概念的推广 43

3.1.4定域场论和非定域场论 44

3.2SU（2）规范场真空简并 44

3.2.1核子强作用和杨-米尔斯规范场 44

3.2.2非阿贝尔规范场真空描述 45

3.2.3SU（2）规范场真空态的多重性 46

3.3瞬子、真空隧通和θ真空 48

3.3.1瞬子概念 48

3.3.2量子真空隧通：瞬子解的物理意义 49

3.3.3θ真空 50

3.4量子色动力学真空相变和夸克禁闭 51

3.4.1SU（3）胶子规范场真空 51

3.4.2稀薄气体近似 51

3.4.3色磁偶极气体与色磁真空 52

3.4.4真空相变和色禁闭 53

3.4.5色电真空和奈克禁闭 53

3.4.6磁单极真空凝聚和夸克禁闭 54

3.5量子色动力学真空及其操作 54

3.5.1相对论重离子碰撞与激发真空 55

3.5.2激发真空相变的探测 55

3.6希格斯真空 56

3.6.1戈德斯通定理和整体规范不变性的自发破缺 56

3.6.2希格斯真空对称破缺正常真空和反常真空 56

3.6.3希格斯机制和定域规范不变性的自发破缺 58

3.6.4希格斯机制的重要意义 59

3.7弱电统一真空和弱电强大统一真空 59

3.7.1SU（2）×U（1）弱电统一规范场真空 59

3.7.2SU（3）×SU（2）×U（1）弱电强统一规范场真空 61

3.7.3SU（5）弱电强大统一规范场真空 62

3.8规范场真空研究的重大意义 63

3.8.1量子统一场论方面 64

3.8.2现代微分几何方面 64

参考文献 64

第四章 半量子广义相对论真空 66

4.1量子引力和半量子广义相对论 66

4.1.1量子引力的多种形式 66

4.1.2半量子广义相对论基本概念 67

4.1.3半量子广义相对论研究的意义 68

4.2广义相对论时空中标量场量子化及其真空态问题 69

4.2.1广义相对论时空中的标量场方程 69

4.2.2标量场量子化及其真空态 69

4.2.3博戈留波夫变换及真空态的不确定性 70

4.2.4引力场中真空态不确定性问题 71

4.3绝热真空 73

4.3.1绝热近似的意义 73

4.3.2绝热真空态 74

4.4共形真空 74

4.4.1共形变换的性质 75

4.4.2共形平直时空 75

4.4.3共形真空态 76

4.4.4玻尔瓦真空、哈特尔-霍金真空和昂鲁真空 77

4.5伦德勒真空 77

4.5.1伦德勒契 77

4.5.2伦德勒真空态 78

4.6霍金辐射和量子真空 78

4.6.1广义相对论引力场方程的史瓦西真空解 79

4.6.2史瓦西奇异性 80

4.6.3霍金辐射 81

4.6.4霍金辐射及量子真空 82

4.6.5黑洞蒸发和信息丢失问题 83

参考文献 84

第五章 圈量子引力真空 85

5.1圈量子引力研究简况 85

5.1.120世纪80年代 86

5.1.220世纪90年代 86

5.2圈量子引力物理成果 87

5.2.1主要物理成果 87

5.2.2有待探讨的问题 89

5.3空间面积和体积的分立性 90

5.3.1量子几何和自旋网络 90

5.3.2面积的分立性 91

5.3.3体积的分立性 91

5.3.4关于长度量子化问题 92

5.4时空泡沫、自旋泡沫和真空泡沫 93

5.4.1时空泡沫 93

5.4.2自旋泡沫 93

5.4.3真空泡沫和真空涨落 93

参考文献 94

第六章 超引力真空 95

6.1超对称代数和超对称量子场论 95

6.1.1超对称算子和真空态 96

6.1.2超对称代数和超对称场论 97

6.1.3超对称代数和中心荷 99

6.2超对称真空破缺 101

6.2.1超空间和超场 101

6.2.2超对称真空破缺问题及外斯-朱米诺模型 103

6.2.3最小超对称标准模型及软破缺的真空凝聚 104

6.3现代卡鲁查-克莱因理论 105

6.3.1外尔规范不变几何 105

6.3.2正统的卡鲁查-克莱因理论 106

6.3.3修改的卡鲁查-克莱因理论 110

6.411维超引力真空 111

6.4.1局域超对称性和引力作用 111

6.4.211维超引力运动方程 114

6.4.3福里翁德-鲁宾紧致化真空解 115

6.4.411维超引力真空解其他方案 117

6.510维超引力真空 117

6.5.1N＝1，D＝10超引力 118

6.5.2N＝2，D＝10非手征超引力 118

6.5.3N＝2，D＝10手征超引力 119

6.6超引力理论简评 120

6.6.1主要优点 120

6.6.2存在问题 121

参考文献 121

第七章 超弦/M理论真空 122

7.1超弦/M理论研究主要进展 122

7.1.120世纪80年代超弦理论 122

7.1.220世纪90年代M理论 123

7.2五种超弦理论 124

7.2.1玻色弦 124

7.2.2超弦 126

7.2.3杂化弦 129

7.2.4五种类型超弦理论及其真空 130

7.3卡拉比-丘流形及其紧致化 130

7.3.1卡拉比-丘流形紧致化和真空态 130

7.3.2E8×E8群较SO（32）群优越 132

7.4超弦微扰真空和超弦场论 132

7.4.1超弦真空和共形场论 132

7.4.2超弦场论及其真空问题 134

7.5M理论非微扰真空 136

7.5.1T对偶性 137

7.5.2S对偶性 137

7.5.3M理论超统一真空 137

7.6M理论、量子黑洞和AdS/CFT猜测 138

7.6.1D膜和快子 139

7.6.2M理论对黑洞熵-面积公式的推导 139

7.6.3AdS/CFT对偶性 140

7.6.4全息原理 140

参考文献 141

第八章 量子宇宙学真空 142

8.1量子宇宙学的兴起和发展 142

8.1.1我们宇宙起源和量子宇宙学的兴起 142

8.1.2量子宇宙学发展简况 143

8.2旧量子宇宙学和WDW方程 144

8.2.1广义相对论的哈密顿形式 145

8.2.2惠勒-德韦特动力学方程 145

8.2.3微超空间模型 146

8.3新量子宇宙学和宇宙波函数 147

8.3.1无边界假设 147

8.3.2隧道边界条件 148

8.3.3无边界假设和隧穿边界条件的比较 149

8.3.4宇宙波函数和宇宙量子真空 150

8.4宇宙量子真空涨落和时空虫洞 150

8.4.1惠勒-德韦特方程的演化解及虫洞解 150

8.4.2虫洞和婴儿宇宙 151

8.4.3虫洞机制在低于普朗克能量物理中的效应 152

8.5宇宙真空能量和宇宙常数问题 153

8.5.1老的和新的宇宙学常数疑难所指 153

8.5.2宇宙学常数的观测检验 153

8.5.3真空能量密度和宇宙常数 155

8.5.4宇宙学常数和精质模型 156

8.5.5宇宙学常数和弦景观真空 156

8.6宇宙暴胀和标量场真空 157

8.6.1宇宙暴胀三种方案概述 157

8.6.2宇宙暴胀的指数函数形式 159

8.6.3宇宙暴胀和真空相变 161

8.7超弦/M理论宇宙学真空 161

8.7.1兰德尔-桑德拉姆膜世界模型 162

8.7.2霍金果壳状膜世界模型 162

8.7.3斯坦哈特-特鲁克火劫／循环膜世界模型 163

参考文献 163

第九章 量子真空的本体诠释 165

9.1真空是物质的特殊形态 165

9.1.1形态和状态意义的所指 165

9.1.2真空是物质的一种特殊形态 165

9.2空间度量的断续性 166

9.2.1空间、时间和真空的联系及区别 167

9.2.2空间度量的断续性 167

9.2.3空间度量存在着不可分的基本单元 168

9.3时间度量的断续性 168

9.3.1时间的1维性和单向性 169

9.3.2时间度量的断续性 169

9.3.3时间、空间的量子性和经典性的统一 169

9.4物质基本结构的断续性 170

9.4.1物质结构基元是存在的 170

9.4.2物质结构的断续性和连续性的统一 170

9.4.3物质结构、运动规律和时空特性的相互制约 171

9.5基本作用规律的量子性及统一性 172

9.5.1四种作用规律的量子性 172

9.5.2四种作用规律的量子统一性 172

9.5.3超弦/M理论和万物理论 173

9.6宇宙创生和真空涨落 175

9.6.1我们宇宙创生和量子真空涨落 175

9.6.2量子真空和无物理论 176

参考文献 176

附录论21世纪空间时间观念的量子革命 178

后语 184

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