物理系引力组荣获教育部高等学校科学研究优秀成果奖

近日,我系引力与相对论研究组的研究成果荣获教育部2016年度高等学校科学研究优秀成果奖-自然科学奖二等奖,我校共有5项成果在此次评选中获奖。我系引力组的获奖项目名称为:“引力的量子和热力学理论及宇宙学应用”,成果完成人依次为:马永革教授、高思杰教授、刘文彪教授、朱建阳教授和周彬副教授。作为我校传统的优势学科方向,我系引力组一直拥有很好的研究基础,研究水平在国内处于领先地位。以上五位老师在完成了教学任务的同时,展现出极强的科研能力和踏实的学风,面对基础理论研究领域中的艰深课题,有敢于碰硬和创新的精神;从2003年开始,以十年磨一剑的执着精神和严肃认真的科学态度,在量子引力、高维引力、黑洞和宇宙学等物理学前沿领域中做出了重要的研究成果,可喜可贺!

以下为获奖项目简介:

如何将现代物理学的三个理论基石-广义相对论、量子力学和热力学有机地结合起来,一直是一个悬而未决的世纪性难题。本项目直面这样的根本性问题,研究成果涉及引力的量子理论和热力学性质及宇宙学效应;受到国家自然科学基金重点项目、面上项目、国际合作项目、北师大自主科研基金重点项目等15个项目的资助;发表SCI论文166篇,出版专著或教材4部,被引用超过1700次。标志性成果包括:

第一,首次扩展了圈量子引力理论的适用范围:成功地将圈量子引力的非微扰量子化方法推广到在宇宙学中引人关注的f(R)引力理论和标量-张量引力理论,保证了这两类引力理论在基本量子层次上的存在性,首次将圈量子引力推广到广义相对论之外的引力理论,这是在圈量子引力理论的推广上取得的重要突破;成果完成人在西班牙马德里召开的“Loops11-量子引力国际会议”上作了45分钟的大会邀请报告,德国学者Sahlmann在大会总结讨论发言中将我们的这个成果和Erlangen小组的成果称为是他听到的圈量子引力有更广泛的适用范围的两个重要结果。

第二,首次预言了量子引力可以改变宇宙的命运:在圈量子宇宙学的有效理论的研究中取得重要突破,从不同的思路和角度出发,用半经典态证明了圈量子宇宙学的改进的量子动力学有正确的经典极限,发现高阶量子修正效应极有可能使空间平坦的膨胀Friedmann宇宙塌缩回来,量子反弹和塌缩将一起贡献一个循环的宇宙历史;Physical Review Letters的审稿人之一称赞该成果“开创了一个新的研究方向”。

第三,首次用高维引力解决暗能量问题:将高维引力的思想与Brans-Dicke理论和修改引力理论的思想相结合,用具有一个紧致类空额外维的5维Brans-Dicke理论或f(R)理论自然地给出宇宙当今加速膨胀的数值解,并合理地预言了宇宙在不久前有一个从减速到加速的相变过程;这是在高维引力的宇宙学效应的研究中取得的重要突破,我们提出的自然地解决暗能量问题的方案不需要以人为的方式引入描述暗能量的其它场,完全由高维引力本身在四维时空的效果自然地引发了当今宇宙的加速膨胀;该成果受到了国际同行的好评,我们在代表论文中提出的作用量和导出的场方程等也多次被国际同行所采用。

第四,更好地揭示了广义相对论与热力学的内在联系:探讨了理想流体的熵最大化原理与爱因斯坦场方程的关系,证明了在一定条件下, 物质场的总熵取极值等价于爱因斯坦场方程,这个一般性的证明是引力与热力学的关系的研究中取得的重要进展;该成果的证明思路和方法得到其他多位学者的肯定和推广。

第五,加深了对黑洞信息佯缪问题的理解:从不同的角度研究了黑洞的Hawking辐射问题,给出了2+1维黑洞的新坐标,计算了BTZ等黑洞的隧穿辐射,成功地得到了非热谱修正,这是在黑洞信息佯缪问题的研究中取得的重要进展;该成果的1篇代表论文已被SCI论文引用达91次。

对Kerr黑洞对粒子的加速、黑洞的相变、量子宇宙学的暴涨模型等方面的研究和《微分几何入门与广义相对论》第二版的编写也取得了重要成果。

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