那今天我也来说说我的看法吧。
关于这个问题,我想将它分成两个我认为足够涵盖讨论范围的小问题:
1、几何语言与场论语言之争;
2、广义协变性的地位之争。
其中,我认为第一点的争论直接导致了对第二点的回答。
首先是第一个问题。何谓几何语言?何谓场论语言?这个在我这里其实也缺乏一个明晰的界限。如果非要说的话,那就是当我处理引力时,度规到底是一种确定局域曲率与大范围拓扑性质的几何量,还是像电动力学与QFT中的场论一般,只是一个具有微分同胚对称性的二阶对称张量的特殊的规范场论。
一般来说,这两种看法在“GR框架内”是很少打架的。因为我可以认为,在几何语言下,Einstein场方程是度规的限制方程。Einstein理论限定了自然界存在的几何结构,而我们对他物理的分析则来自于给定度规后确定的曲率。而站在场论语言下,我们需要从Einstein-Hilbert作用量出发来得到Einstein场方程,而这套技术都是经典场论中的技术。所以似乎二者之间没有什么深刻的不同。而同时,我们对于GR的研究也早就明白了曲率是如何影响观测者族的运动,从而影响观测的。这似乎给出来了一个很好的连接二者的途径。
但是,一旦我们继续深入的思考这个问题,就会逐渐的发现一些奇怪的地方。特别的,如果我们想要跳出广义相对论,讨论一些别的问题时,问题似乎就变得更加棘手。
比如说之前
@抬头依旧 所提到的有挠率引力的问题。此时由于我们不能从度规出发唯一决定联络,这就引入了额外的修正项。此外,像标量-张量引力中引入的引力的标量自由度等等都是反例。修改引力都有一些物理上的motivation,所以也就构成一个有物理意义的潜在的驳论。
再比如另一个非常经典的问题——低维引力。引力理论中有一个非常经典的结论,就是如果时空是1+1维或1+2维的,那么这种引力都不存在局域的传播自由度。或许我们可以说,这样的引力“不会传播”。此外,这类低维引力的任意解总是局域等价的。那么我们在低维下讨论的这种引力还真的能称为是“引力”吗?可是由于低维时空技术上处理十分方便,很多有趣的量子引力的结论和探索都是做在低维上的。那么如果我们的目的是要去探索引力的量子本质,这种只有几何却无“演化”的情况下的计算是否是足够给出我们实际生活的世界的insight呢?
甚至在纯广义相对论的层面上,我们也会面临着一些困难。比如说,在纯几何语言的讨论下,时空度规往往是作为先验给定的存在,也即我们首先预设了时空整体的性质,而后去分析其上的物理。这最为明显的就是黑洞与事件视界的问题。可是由于引力是存在演化的,而且还是非线性的演化,这就使得我们很有必要去寻找实际的演化中,黑洞是否已经形成。此时,时空先验存在的弊端就会出现——因为我们需要事先给定过去与未来无穷远的几何信息才可以定义事件视界。
再比如讨论广义相对论的哈密顿形式时产生的诸多奇特之处。如果我们认为广义相对论是一种经典规范场论,那么对他做哈密顿分析也是很自然的事情。可是在哈密顿形势下,广义相对论就会变成一种“哈密顿语言下的纯规范理论”。它的意思是说,考虑一个度规场的相空间,广义相对论在其中起到的作用似乎仅仅是确定空间几何(哈密顿形式需要引入时间,所以做了时空的分解)在哪个相空间的超曲面之上。而同时这里还有非常经典的“时间问题”,这个问题就说来话长了,需要去看相关的文献才好解释。