「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的


「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
本文插图
一个你从未听说过的科学家是如何使弦理论成为可能的 。
2012年9月7日 , 理论物理学家克劳德·洛夫莱斯去世 。 这位古怪的罗格斯大学教授既没有家人 , 也没有亲密的伙伴 , 他喜欢一边听古典音乐 , 一边思考统一场论的细微差别 。 作为一个与同事关系不是特别亲密的独来独往者 , 当他将自己全部150万美元的财富遗赠给同事时 , 物理和天文系的成员们都感到震惊和欣喜 。 这些资金被用来帮助在物理学的实际领域中确立自己的位置 。 他还将自己收藏的4000多张古典音乐CD捐给了罗格斯大学艺术学院 , 并将自己的遗体捐给了医学院 。
「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
本文插图
虽然媒体很少提及洛夫莱斯的去世 , 但可以说 , 他关于弦理论一致性所需的高维数的一项重要发现 , 对该领域的历史产生了至关重要的影响 。 这一惊人的结果使他成为20世纪70年代初最有影响力的理论家之一 。 弦理论家仍在与它的影响作斗争 。
让我们回到1970年 , 那时弦理论还处于初级阶段 。 虽然这些天我们把弦和“万物理论”联系在一起 , 但那时候它们被用来(作为弦模型)描述强核力的特性 。 今天我们知道 , 把夸克凝聚成质子和中子 , 而这些质子和中子又转变成原子核的强相互作用 , 是由一种叫做胶子的交换粒子来传递的 。 夸克与胶子的相互作用产生了一种被称为“约束”的情况 , 它能防止核粒子飞离:如果没有QCD的约束 , 原子核就会不稳定 , 我们也就不会在这里 。
然而 , 在夸克和胶子被发现之前 , 日本物理学家南部洋一郎等人提出了弦理论 , 作为一种解释质子、核子和其他受强子作用的粒子之间的强大化学键的方法 。 (该理论从几何上呈现了加布里埃莱·维纳齐亚诺较早提出的一种方法 , 称为“双重共振”)研究人员将这种键建模为以不同模式振动的高能弦 , 就像以不同方式拨动的吉他弦 , 产生不同的和声 。 就在那时 , 洛夫莱斯以一个年轻研究者的身份进入了人们的视野 , 希望取得突破 。
「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
本文插图
连接两个粒子的强子弦
洛夫莱斯1934年出生于英国 , 16岁时就学会了广义相对论 。 那时 , 他和家人已经搬到了南非 , 并在那里上了开普敦大学 。 1958年 , 他回到英国 , 在巴基斯坦物理学家阿卜杜斯·萨拉姆的指导下 , 在伦敦大学帝国理工学院完成了自己的研究生工作 。
「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
本文插图
洛夫莱斯在2003年7月接受我的电子邮件采访时回忆道 , 我是个早熟的孩子 。 我在16-17岁时读过爱因斯坦和狄拉克的著作 , 并做了一些非常业余的尝试来构建统一的场论 。 这可能会让我以后对他们产生反感 。 萨拉姆后来因将弱相互作用和电磁相互作用结合起来而获得诺贝尔奖 , 他是我的论文导师 , 但我对他更大胆的推测不太感兴趣 。 ”
没有完成他的博士学位 , 洛夫莱斯去了欧洲核子研究中心 , 在那里他开始探索一个关于强子弦理论的问题 。 研究人员已经开始使用两端松散的开放弦和闭合弦 , 以一个循环的方式连接 , 来模拟两种类型的相互作用 , 这两种相互作用在当时分别被称为雷格子和波美隆 。 要构建一个真实的波美子场论 , 需要一个统一性的性质:一个数学条件 , 通过这个条件 , 在转换过程中矢量的长度得以保留 。 一元算子使矢量在抽象空间中旋转 , 就像针在罗盘上旋转一样 。 当针转动时 , 它保持同样的长度 。
类似地 , 酉算子可能改变矢量的分量 , 但其大小不变 。 在量子理论中保持大小通常意味着保持相同的总体概率 , 从而显示出相似的物理性质 。 否则 , 奇怪的现象就会在没有物理依据的情况下凭空出现 。 因此 , 统一性是理论的基本要求 。


推荐阅读