公元两千零八年的初秋,瑞士日内瓦,欧洲核子研究中心(CERN)。这里通常是探索物质最深层微观结构的前沿阵地,充斥着巨型加速器的轰鸣与粒子碰撞的数据洪流。但今天,在主办公楼一间可俯瞰汝拉山脉的现代化环形会议中心内,气氛却截然不同。这里正在举行一场名为“几何与本质:物理学的新范式”的高级别跨学科学术研讨会。与会者并非全是高能物理学家,其中混杂着大量理论物理学家、宇宙学家,以及——最引人注目的——一批受邀前来的顶尖数学家。空气中弥漫着一种特别的、混合了严谨与狂想的智力躁动。这不是一场常规的学术会议,而更像是一场试图叩问宇宙终极奥秘的、跨界的思想远征。
会议的议题,早已超越了标准模型扩充或超对称理论等粒子物理的传统框架,而是直指物理学最深刻的根基:自然定律本身为何如此?基本物理常数为何取特定的数值? 当会议进行到第三天下午,一场将彻底改变许多与会者科学观、并将艾莎学派的工作推向更广阔舞台的演讲,在万众瞩目中登场。
演讲者是一位以思想大胆、善于构建宏大统一理论框架而闻名的年轻理论物理学家,来自普林斯顿高等研究院。他站在演讲台前,身后巨大的显示屏上,并排展示着两个复杂的数学结构示意图:左边是艾莎学派的“万有流形”范畴的抽象图示,无数代表L函数的光点由表示函子性对应的光线连接,构成一个无限维的、动态的拓扑网络;右边是丘成桐的“几何量子场论” 中那个由所有可能场位形构成的、赋有由作用量定义的莫尔斯函数的无限维模空间的示意图。
“女士们,先生们,”物理学家的声音清晰而富有穿透力,带着一种近乎布道者的热情,“我们今日的物理学,建立在一些看似‘偶然’的数字之上。精细结构常数α ≈ 1/137,电子质量,希格斯玻色子质量,宇宙学常数……这些基本物理常数,如同宇宙这篇宏伟乐章的固定音高,决定了我们所见万物运行的基本法则。然而,一个最根本、也最令人不安的问题始终萦绕着我们:这些常数为何是这些值?是否存在一个更深刻的、非偶然的解释?”
他停顿了一下,让这个古老而沉重的问题在会场中回荡。
“过去,我们试图在物理学的框架内寻找答案——人择原理、多重宇宙假说、动力学对称性破缺……但这些解释,或多或少都带有某种‘特设’(ad-hoc)的色彩,或难以验证。” 他的话音一转,激光笔的红点猛地打在左侧的“万有流形”图示上。
“但是,请看看我们的数学同行,特别是哥廷根艾莎学派的杰出工作,他们为我们提供了另一种可能性的惊鸿一瞥!”他的语气变得激动,“艾莎学派将数论的核心对象——所有可能的L函数——纳入了一个统一的、具有丰富拓扑结构的‘万有流形’范畴。在这个范畴中,每一个L函数都是一个‘对象’,其性质(如零点的分布)由该对象在范畴中的‘位置’及其‘拓扑不变量’(如上同调类)所决定。黎曼猜想,在某种意义上,可以解读为对这个范畴整体拓扑性质的一个深刻约束!”
接着,红点移向右边的“几何量子场论”图示。“而丘成桐教授等人的几何量子场论则告诉我们,我们宇宙的物理定律,或许可以完全几何化地描述为这个无限维场位形空间的拓扑性质。物理的‘真空’对应着莫尔斯函数的临界点,粒子的质量谱可能与这个空间的‘谱隙’相关,甚至相互作用强度也可能与某种‘曲率’或‘联络’有关。”
然后,他做了一个石破天惊的、将两个图像合二为一的手势:“现在,让我们做一个最大胆的、但并非毫无根据的推测:如果……如果我们的宇宙,恰好对应着万有流形这个宏大数学范畴中的一个特定的‘点’(或一个特定的‘子范畴’)呢?”
会场瞬间一片哗然!这个猜想太大胆了!它将整个物理世界,归结为某个纯粹数学结构的一个特例!
“换句话说,”物理学家提高声调,压过现场的骚动,“我们所测量到的所有基本物理常数,或许并非偶然的选择,它们可能正是我们这个‘宇宙子范畴’在万有流形上所诱导出的、特定的、高阶的拓扑不变量!比如,精细结构常数α,可能对应着某种特征类的特定取值;电子的质量,可能对应着某个上同调群的贝蒂数;甚至宇宙学常数,可能对应着整个范畴的某种欧拉示性数的某种推广!”
这个想法如同闪电,劈开了传统的思维壁垒!它将物理学最经验性、最看似偶然的部分,与数学中最抽象、最追求必然性的部分(拓扑不变量是数学对象固有的、不容更改的性质)直接联系起来!如果这个猜想成立,那就意味着,物理定律并非“被选择”的,而是“被发现”的——它们是由宇宙所对应的那个数学结构的内在的、必然的几何-拓扑属性所决定的!
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