广义相对论的推广及其宇宙学含义的系统性研究途径

一个世纪前，爱因斯坦提出了其优雅而精致的广义相对论，该理论迄今已经受住大量经验检验并取得显著成功。尽管爱因斯坦的理论取得了胜利，现代宇宙学和粒子物理学的顽固挑战仍激励着对进一步广义时空理论的探索。尽管爱因斯坦将引力解释为时空弯曲的观点被普遍采纳，但将几何概念赋予引力是模糊的，因为广义相对论允许三种完全不同但等价的方法，而爱因斯坦的解释只是其中之一。然而，从场论视角看，构建洛伦兹不变无质量自旋-2 粒子的一致理论唯一地导向广义相对论。保持洛伦兹不变则意味着对广义相对论的任何修正都不可避免地会在引力部门引入额外的传播自由度。采用这一视角，我们将回顾基于额外标量、矢量和张量场构建一致引力场论的最新进展。在此概念框架下，我们将讨论含伽利略子（Galileons）的理论、由 Horndeski 及超越其构建的拉格朗日密度（推广至 DHOST 相互作用）的理论、含广义 Proca 场及其扩展或数个 Proca 场的理论，以及双引力理论和标量-矢量-张量理论。我们将回顾这些理论提出的动机、不同表述，以及在这些理论类别中取得的基本结果及其经验可行性。