PDF《数学尧现代物理与对撞机》

6 www.kexuemag.com 前沿FRONTIER

1980 年代建造的尧直到今天仍在运行的北京正负电子对撞机 语言表达成了一种面目全非的形式遥 这就是卡拉比猜 想遥 不过卡拉比在

1953 年提出这一猜想时却坚持说 野这与物理毫无关系冶袁至少在他看来野这完全是几何冶遥 卡拉比猜想要求存在一种偶数维的几何对象袁或 者说野空间冶袁它有很多特性袁尤其具有一种奇怪的对称 性遥很多几何学家认为这种东西野过于美好冶了袁他们认 为满足卡拉比所提条件的空间在数学上是不可能的遥 虽然我最初对此也颇有怀疑袁 但经过对卡拉比猜 想的多年研究袁我终于在

1976 年证明了它实际上是对 的遥这类由卡拉比引入尧而我最终证明其存在性的空间 于是被称为卡拉比原丘空间或卡拉比原丘流形遥 我强烈地感到我的工作在物理中会很重要袁 而且 不仅限于我最初起步的广义相对论问题袁 但这重要性 将在何处出现以及怎样出现袁我还不完全清楚遥 从1970 年代初起袁物理学家则开始猜测自然界具 有一种所谓野超对称冶的假想对称性遥如果这是真的袁就 有可能解决关于量子场论的很多困惑袁 而量子场论又 是粒子物理的主导性理论渊当时是袁至今也是冤遥没人证 明我们的世界究竟是否有超对称袁 不过卡拉比原丘空 间具有这种对称性就至少说明它自有数学合理性遥

1984 年袁物理学家来找我了遥 他们在寻找含有超 对称的高维空间袁这在弦论中具有核心作用遥他们觉得 卡拉比原丘空间或许就是答案遥 弦论正试图做一些之 前的物理理论从未成功过的事情袁 它想解释并统一自 然界中所有作用力和所有粒子遥 至于要弄明白弦论是 否正确地描述了宇宙袁还有很长的路要走袁而且看来没 有实验能在近期内解决这个问题遥 不过即使如此袁 弦论已在多个前沿激发了重要的 数学工作遥 例如袁物理学家偶然发现了不同的卡拉比原 丘空间之间有一种前所未知的密切联系袁称之为野镜像 对称性冶遥 它复兴了枚举几何学领域袁同时导致对许多 难题的解答袁其中有些难题甚至可追溯到

19 世纪遥 我 和同事尝试探索这个概念的根源袁 从而为镜像对称性 确立牢固的数学基础遥 从上面这个例子可以看出袁 有一股稳流往返于物 理和数学之间袁对这两个领域既有益又重要遥我已屡次 发现袁物理直觉对数学家极有助益袁我也知道数学工作 帮助物理学研究的很多例子遥 除了对物理学出于私心 的支持外袁我同时也真正喜欢这门学问遥我是物理学以 及一切前沿科学的一大倡导者遥 推动实验物理大工程 我仍然清晰地记得

1990 年访问欧洲核研究组织 渊CERN冤的情景遥 在那里人们向我介绍了地面下大约

100 米处周长

27 千米的环形隧道袁 大型强子对撞机 渊LHC冤最终将在此加速粒子遥 对这种取精用宏的工程 设计袁我印象十分深刻遥 几十年后袁LHC 兑现了它的伟大承诺袁 以希格斯 玻色子的发现为粒子物理的所谓标准模型画上句号遥 希格斯玻色子有时还被称作野上帝粒子冶袁然而科学家 几乎从不这么叫袁他们觉得这更像宣传策略袁与科学并 无关系遥希格斯粒子的发现是一场轰动性的胜利遥作为 标准模型的封顶石袁 它为实验与理论几十年来的进展 画上句号袁 然而这绝不意味着粒子物理学家的工作已 经完成或接近完成遥 尽管标准模型可谓物理学史上最 成功的理论袁但它无法描述万有引力曰而且袁它所详尽 分 类并 描述 的粒 子在全宇宙中也占不到百 分之五袁因而留下了很多有待探索的问题遥 标准模型自身也 面临许多难题有待解决遥 物理学家提出了多种新方 案 袁比如 超对 称袁额外 的时 空维 度 袁复 合的希格 斯粒子袁等等遥 当前袁LHC 正在全力运行袁检验这些新方案遥 但是 要进一步探索新物理袁就需要能量比 LHC 更高的新机 器遥而且袁LHC 也不会 永 远运 行下去遥一旦它在数十 年后结束任务袁那么除 非某处会出 现一台更大 更好的新机器袁整个领 域就会陷于停滞遥