关灯
护眼
字体:

第23章 紧化的奇迹

首页 书架 加入书签 返回目录

1980年的夏天,数学界与理论物理学界仿佛被一道无声的惊雷劈开,呈现出一幅冰火两重天的戏剧性图景。在哥廷根,第八届黎曼讨论会刚刚落幕,志村哲也 的“相对岩泽理论”与中森晴子 的“完美数有限性分类定理”如同两颗引爆的超级新星,其光芒让整个纯数学界在极致的赞叹中感到一丝近乎绝望的窒息——艾莎学派这头“巨兽”已然庞大到令人仰望颈酸,它开拓的疆域精深到让旁人连理解其前沿都倍感吃力。一种“生存在神只纪元”的无力感,驱使着许多非学派的数学家,半是自嘲半是认真地讨论着是否该“退守”到概率论、组合优化等“更安全”的领域去寻找存在感。

然而,就在这片由数学“神域”制造的、令人窒息的低气压边缘,另一场源于该“神域”却又截然不同、足以重塑整个物理学未来的风暴,正从普林斯顿和哈佛的理论物理圈悄然生成,并以惊人的速度席卷全球。这场风暴的核心,是一篇由坎德拉斯、霍罗维茨、斯特罗明格 和威滕 四位年轻学者共同完成的、标志着弦论研究一个决定性转折点的论文预印本。这篇论文的题目看似艰深而技术化,但其内涵却石破天惊:《在卡拉比-丘流形上紧化的超弦理论中,手征费米子与规范对称性的出现》。

论文的起点,正是艾莎学派此前数年为之奠定坚实基础的弦论几何化框架。学派已经将微扰弦论提升为一个关于二维黎曼面模空间及其上某些自然构造的积分的严格数学理论。他们清晰地指出了道路:一个自洽的超弦理论必须生活在十维时空。而我们要得到我们的四维可观测量宇宙,就必须将额外的六个空间维度“卷曲”成一个极其微小、小到普朗克尺度的、紧致的复杂几何空间。这个“卷曲”的过程,在数学上称为紧化。

然而,“紧化”二字,说来轻松,实则是一个充满致命陷阱的数学雷区。如何紧化?随便将一个六维球面蜷缩起来行吗?早期的尝试给出了令人沮丧的结果:这样的简单紧化通常会破坏超对称性(导致理论不稳定),无法产生手征费米子(而我们宇宙的物质基本组分,如电子、夸克,都是手征的),更无法重现标准模型中的SU(3)xSU(2)xU(1)规范对称性。这就像拥有一套威力无穷的万能工具,却找不到一把能打开现实世界之门的钥匙。

坎德拉斯等人工作的革命性在于,他们精准地找到了这把钥匙,或者说,他们从数学的宝库中,认出了那把早已被锻造好、静静等待的钥匙——卡拉比-丘流形。

这是一类由数学家卡拉比 猜想存在、并由丘成桐 证明其存在性的特殊空间。它们具有三个奇迹般的、仿佛是“上帝”为弦论量身定制的几何特征:

黎奇平坦:这是一个极强的几何约束,意味着流形在某种意义上是“极度光滑”、没有内在曲率张量的拉扯。在物理上,这恰好保证了紧化后剩余的四维时空理论保持超对称性,从而维持了理论的稳定性,消除了可恶的快子!

SU(3) 和乐群:这是最关键的“魔术”所在。这个六维流形的结构群(描述其在不同点之间平行移动向量时发生的旋转)恰好是SU(3)。这个特殊的对称性,在紧化过程中,会“印刻”到四维时空中,自然而然地演化为一种规范对称性!这不仅仅是SU(3),更复杂的卡拉比-丘流形可以产生包括SU(3)(对应强相互作用色群)、SU(2)(弱相互作用)和U(1)(电磁相互作用)在内的统一规范群,如着名的SU(5)或So(10)。这意味着,标准模型的规范对称性,不再是外生输入的基本假设,而是额外维度空间几何本身所具有的对称性在低能下的必然显现!

欧拉数非零与手征费米子:卡拉比-丘流形的拓扑不变量——欧拉示性数(或其更精细的版本,如霍奇数)——直接决定了四维理论中出现的代数量(即费米子的“代数”数),并且天然地保证了这些费米子是“手征”的,即左右手征不对称,这与我们观测到的弱相互作用中宇称不守恒现象完美契合。

当威滕在黑板上画出第一个简

温馨提示:亲爱的读者,为了避免丢失和转马,请勿依赖搜索访问,建议你收藏【久久小说】 m.gfxfgs.com。我们将持续为您更新!

请勿开启浏览器阅读模式,可能将导致章节内容缺失及无法阅读下一章。

上一章 目录 下一页