场论、超弦与宇宙学

弦理论是目前唯一能量子化引力、统一物质和相互作用的理论。在弦理论中，自然界的基本粒子都是尺度非常小的弦的不同振动模式，比如传递电弱、强相互作用的规范粒子是开弦的振动模，而传递引力相互作用的引力子是闭弦的振动模。因此，在弦理论中实现了四种相互作用的统一。如果考虑两根开弦，首尾相接就可以形成闭弦。这个直观的图像暗示着规范场论与引力理论间存在着某种关系。这种关系经过弦理论学家长期的研究，得到了精确化。1997年底，Juan Maldacena提出了引力/规范场论对应，它告诉我们：Anti-de Sitter(AdS)时空上的量子引力（弦理论）与其边界上的规范场论等价。这个对应关系具体实现了量子引力的全息特性。大家熟知的全息照相，把三维体积中的信息记录到二维的平面上，引力也有类似的性质。引力规范场论对应把体积内引力的动力学通过边界上的场论来刻画，促使我们重新认识引力和量子场论，思考引力的本质。Witten在科学杂志上评述道：“（这个对应）给予了我们对引力的全新认识和理解”。引力/规范场论对应除了其重要的理论意义外，也有很强的实用价值。它为研究强耦合系统提供了新思路和新方法。由于这是一个强弱对应，我们可以利用引力的微扰论来研究通常场论无法处理的非微扰强耦合问题。比如强耦合QCD中的夸克胶子等离子体、以及凝聚态物理中的各种强耦合系统。

我们的工作就是利用弦理论和引力/规范场论对应研究引力的本质、宇宙学和量子场论的前沿问题。近年来主要的研究内容为黑洞物理和引力/规范对应中的物理和数学问题，包括黑洞的全息描述、引力/规范对应中的可积性、高自旋引力以及引力纠缠熵等。

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