用量s后,张诚进一步给出了量子化的范畴化定义。
他提出,量子规范理论的配分函数(),不应该是一个复数,而应该是某个由s通过一种高阶“路径积分”
所得到的、定义在某个“目标高阶范畴”
中的对象。
他通过将流形进行三角剖分,将范畴化作用量s限制在每一个单形及其边界上,然后通过一种精心设计的(∞,d)-范畴的kan扩张(kanextension)技术,将所有这些局部数据“粘合”
起来,最终得到一个全局的、定义在点(pt)上的对象——即一个(复杂的)(d-1)-范畴(对于d=4时空,这就是一个3-范畴)。
这个最终的(d-1)-范畴,就是量子理论的态范畴。
而通常的数值配分函数,可以通过计算这个态范畴的某个迹(例如,其hochschi1d同调的某个特定部分)来得到。
这个过程完全绕过了传统路径积分中测度定义不清、散难以处理等核心困难,将量子化从一个分析问题,转变为了一个(极其复杂的)范畴论组合问题。
3解决经典难题与导出新物理:应用这套新框架,张诚自动地、不费吹灰之力地解决了全局反常问题。
因为在他的定义中,规范变换(包括那些在大范围非平凡的变换)的作用已经内蕴地包含在函子s的定义中。
如果存在无法消去的全局反常,那么定义函子s本身就会失败(即在某个高阶态射层无法定义相容的自然变换)。
因此,一个理论没有全局反常,等价于范畴化作用量函子s的存在性。
这为判断一个规范理论是否数学上良定义提供了清晰无比的判据。
更进一步,他的理论自然地预测了在高于4维的时空中,可能存在新的、传统方法无法探测到的“高阶拓扑相”
,这些拓扑相由量子态范畴(一个高阶范畴)的某些非平凡的高阶同伦不变量所表征。
研究过程是一次对数学基础的重塑,每一步都在挑战着现有的范式。
他需要严格定义这个描述丛、规范变换及其高阶同伦的(d-1)-范畴。
这需要用到∞-范畴和微分叠(differentia1stacks)的最新理论。
他花了整整一天时间,确保这个范畴的定义是光滑的、内蕴的,并且能够正确反映规范变换的所有可能关系。
紧接着是概念突破的关键。
他需要公理化地描述,从prestack(,g)到u(1)-(d-1)-cat的(d-1)-函子需要满足哪些条件,才能称之为一个“经典作用量”
。
这涉及到如何将传统的杨-米尔斯作用量、陈-西蒙斯项等,“翻译”
成这种高阶范畴的语言。
他现了必须引入一个关键的“局部平凡化数据”
结构,但这个结构在最终的理论中是不依赖其选择的(即满足“下降条件”
)。
这个过程极大地深化了他对规范理论本质的理解。
将三角剖分上的局部范畴数据粘合成全局的量子态范畴,是一个极其复杂的∞-范畴极限构造。
他借鉴了fahoo1ogy和o1ogettufie1dtheory(tqft)的思想,但将其提升到了更高的范畴层次。
他必须证明这个构造与三角剖分的选择无关(组合不变性),并且当底流形是闭流形时,最终得到的确实是一个(d-1)-范畴。
大量的组合交换图和同伦相干性证明充斥了他的草稿纸。
他将他的新框架应用于几个经典例子:
·u(1)规范理论(电磁场):验证他的理论可以退化到经典结果,并且清晰地展示了u(1)理论没有反常的范畴论原因。
·(2)规范理论在4维流形上:他用他的框架重新审视了全局(2)反常问题,清晰地展示了其根源在于定义作用量函子s时,在某个2-态射层无法定义相容的自然变换。
这为理解这个着名难题提供了前所未有的清晰视角。
·3维陈-西蒙斯理论:他展示了如何从他的范畴化路径积分,自然地得到着名的“91itten-reshetikh-turaev”
不变量,从而将拓扑量子场论纳入了他统一的框架之下。
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