[科普中國(guó)]-引力光子

在理論物理學(xué)中，引力光子（英語(yǔ)：graviphoton 或 gravivector）是一種假想的粒子，它出現(xiàn)于卡魯扎-克萊因理論中，被看作是度規(guī)張量（引力場(chǎng)）在高于四維的時(shí)空中的激發(fā)。

簡(jiǎn)介其關(guān)鍵的物理性質(zhì)與一個(gè)（有質(zhì)量的）光子相類似：它誘導(dǎo)產(chǎn)生某種“矢量力”，有時(shí)稱為“第五種力”。電磁四維勢(shì)代表著度規(guī)張量多出來的一個(gè)分量，這里的數(shù)字5表明有一個(gè)多出來的的維度，也就是第五維。

在擁有額外的超對(duì)稱性（額外超引力理論）的引力理論中，引力光子一般被認(rèn)為是引力子的超對(duì)稱粒子，且其性質(zhì)類似于光子，會(huì)傾向于與引力的強(qiáng)度相耦合。這一發(fā)現(xiàn)作出于20世紀(jì)70年代后期。與引力子不同的是，它所提供的可能是一種排斥力（同時(shí)也有吸引力），也就是某種意義上的反重力。在某些特殊情況下，某些理論——一般是由五維理論降維而來的理論——認(rèn)為，它在靜態(tài)極限下或許能完全抵消引力。Jo?l Scherk討論了這種現(xiàn)象的半真實(shí)性，進(jìn)而開啟了關(guān)于這一現(xiàn)象的一系列研究。1

卡魯扎-克萊因理論物理學(xué)中，卡魯扎-克萊因理論（Kaluza–Klein theory，有時(shí)簡(jiǎn)稱為KK theory） 是一個(gè)試圖統(tǒng)一重力與電磁兩大基本力的理論模型。此理論最初由數(shù)學(xué)家西奧多·卡魯扎于1921年所發(fā)表。他將廣義相對(duì)論推廣到五維的時(shí)空。 所得方程式可以分成好幾組方程式，其中一個(gè)與等價(jià)于愛因斯坦場(chǎng)方程式，另外一組方程式則等價(jià)于描述電磁場(chǎng)的馬克士威方程組。 此外，還多出一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)——五維度規(guī)張量之分量{\displaystyle g_{55}}，其對(duì)應(yīng)粒子稱之為“輻子（暫譯）”（radion）。1

度量張量在黎曼幾何里面，度量張量（英語(yǔ)：Metric tensor）又叫黎曼度量，物理學(xué)譯為度規(guī)張量，是指一用來衡量度量空間中距離，面積及角度的二階張量。1

第五種力現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為有四種基本作用力存在。然而，物理學(xué)中并沒有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一理論，因此偶爾物理學(xué)家們也會(huì)假定存在一個(gè)額外的基本力——第五種力。大多數(shù)物理學(xué)家假定第五種力大約和引力的強(qiáng)度相近（也就是說，比電磁力和核力弱得多），而其力程則從一毫米到宇觀尺度不等。2

超對(duì)稱粒子在粒子物理學(xué)里，超對(duì)稱粒子或超伴子是一種以超對(duì)稱聯(lián)系到另一種較常見粒子的粒子。在這物理理論中，每種費(fèi)米子都應(yīng)有一種玻色子“拍檔”（費(fèi)米子的超對(duì)稱粒子），反之亦然。沒有“破缺”的超對(duì)稱預(yù)測(cè)：一顆粒子和其超對(duì)稱粒子都應(yīng)有完全相同的質(zhì)量。至今仍然沒有標(biāo)準(zhǔn)模型粒子的超對(duì)稱粒子被發(fā)現(xiàn)。這可能表示超對(duì)稱理論是錯(cuò)誤的，或超對(duì)稱并不是一種“不破”的對(duì)稱性。如果超對(duì)稱粒子被發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量會(huì)決定超對(duì)稱破裂時(shí)的尺度

就實(shí)標(biāo)量的粒子（如軸子）而言，它們有一個(gè)費(fèi)米子超對(duì)稱粒子，也有一個(gè)實(shí)標(biāo)量場(chǎng)。

在延伸的超對(duì)稱里，一種特定粒子可能會(huì)有多于一個(gè)超對(duì)稱粒子。舉例，在四維空間里，一個(gè)光子會(huì)有兩個(gè)費(fèi)米超對(duì)稱粒子和一個(gè)標(biāo)量超對(duì)稱粒子。

在零維的情況下（常被稱作矩陣力學(xué)），有可能存在超對(duì)稱，但沒有超對(duì)稱粒子。然而，這只有在當(dāng)超對(duì)稱性不包含超對(duì)稱粒子的情況下才成立。2

超引力在理論物理學(xué)中，超引力（Supergravity，SUGRA）是一種結(jié)合了超對(duì)稱和廣義相對(duì)論原理的場(chǎng)論。兩者結(jié)合表明，在超引力理論中，超對(duì)稱是一種局域?qū)ΨQ性（這點(diǎn)與非引力超對(duì)稱理論例如最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型相反）。因?yàn)槌瑢?duì)稱（SUSY）的生成元會(huì)與龐加萊群相結(jié)合形成復(fù)雜的超龐加萊代數(shù)，超引力理論能夠很自然地從超對(duì)稱性產(chǎn)生出來。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所