统一场论

应用于理论物理学学科的理论
统一场论(Unified Field Theory)原指试图把电磁场和引力场统一起来的物理学理论,现泛指试图把自然界中各种相互作用统一起来的理论。迄今为止,人们已经认识到,物理世界存在着4种不同的相互作用,即引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用。统一场论要解决的是各种相互作用之间是否有共同的起源和本质问题。人类在探索世界统一性的过程中,很早就注意寻找各种相互作用的统一模式。[1]
统一场论阐明自然界各种相互作用的性质和规律是物理学基础研究的一个极其重要的方面。而追求建立相互作用的统一理论是出于对物质世界的统一和谐的坚定哲学信念和要竭力探求事物内在本性的顽强欲望。[2]量子力学的创始人海森堡于20世纪50年代提出了量子统一场论,希望通过对基本粒子进行统一述来建立统一场论。[3]

早期研究

引力-电磁统一场论。19世纪中叶J.麦克斯韦的电磁场理论统一了电和磁的作用,它是历史上第一个几种相互作用的统一理论。20世纪初,爱因斯坦破除牛顿引力论中超距作用观念,把场的观点引进引力理论而创立了广义相对论。其后不久,便出现了以统一引力场电磁场为目标的统一场论研究热潮,而当时人类知道的基本相互作用只有引力作用和电磁作用。
由于在广义相对论中引力场被描述为时空的弯曲,因此设法进一步把电磁场也和时空的其他几何属性联系起来,便成为那时统一电磁作用和引力作用的各种理论方案的中心思想。如H.外尔把电磁场和时空的尺度变换相联系;T.卡鲁查和O.克莱因则把电磁势当作五维时空度规张量的部分分量;而爱因斯坦则将时空的度规或联络从对称的推广为不对称的,然后把不对称部分同电磁场联系起来。物理学的几何化,可说是早期统一场论研究的一大特色。此外,所有这些理论方案都只考虑经典场论(即宏观的引力和电磁现象),没有涉及场的量子效应。