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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