史蒂文·古布泽
撰写者 |张华
8月4日,一封主题为“悲剧消息”的邮件迅速传遍全球理论物理学家的朋友圈。电子邮件中写道:“我遗憾地通知您,周六早上(2019 年 8 月 3 日),史蒂文·古布泽 ( ) 在法国夏蒙尼的一次攀岩事故中丧生……留下了他的妻子和三个年幼的女儿。”
这个消息太令人震惊了,几乎所有认识史蒂文·古布泽的物理学家都无法接受这位才华横溢的物理学家于47岁去世的事实。
青少年时期就出名了
古布泽1972年5月4日出生于美国俄克拉荷马州。不久之后,他随父母搬到科罗拉多州阿斯彭。
在阿斯彭读高中时,史蒂文·古布泽开始喜欢物理并表现出巨大的天赋。 1989年,在波兰华沙举行的国际物理奥林匹克竞赛上,17岁的古布泽取得了比赛中个人最高分,成为美国历史上第一位物理奥林匹克金牌得主。他十几岁时就出名了。次年,他在国际化学奥林匹克竞赛中获得银牌。
1990年,古布泽进入普林斯顿大学作为本科生,主修物理学。古布泽尔的本科论文非常出色,以至于他获得了美国物理学会的勒罗伊·阿普克奖,这是本科生研究的最高荣誉。
量子引力革命
1995年,在剑桥大学学习一年获得硕士学位后,古布泽回到普林斯顿大学攻读博士学位。他的主要研究方向是弦理论,一种量子引力理论。弦理论的主要目标是量化爱因斯坦的广义相对论,以解释大爆炸发生的原因以及黑洞中心的奇点是什么。这个领域对数学的要求极高,因此成为理论物理研究塔的顶端。很少有人能够理解弦论的所有数学知识。弦理论的物理思想博大精深。以维滕为代表的弦理论家将弦理论发展到了10维时空,远远超出了一般物理学中4维时空的范围。
到了1997年,弦理论革命爆发了。阿根廷青年物理学家提出了AdS/CFT理论。 AdS是反德西特时空,是具有最大对称性的时空。它与平坦的 Min 时空具有相同数量的对称性,但 AdS 时空具有负的宇宙学常数,因此其空间中各处的曲率都是负的。 CFT 是一种共形场论。 “在共形场论中,相互作用的强度不会随着能量的变化而变化。因此,这给计算带来了很多便利。”德国维尔茨堡大学理论物理学家吴雷内·迈耶(Rene Meyer)告诉《全球科学》。
AdS/CFT理论认为反德西特时空中的引力等效于其边界上的共形场论。这是一种意想不到的联系,形象地称为“内涵全在表面”。
为什么 AdS/CFT 理论如此重要?
AdS/CFT理论可以与微积分中的高斯-斯托克斯公式,或者复变函数中的柯西径迹积分公式(实轴上的积分可以转化为复平面上的积分)进行类比。这些公式反映了高维和低维之间的联系。
AdS/CFT 也是如此。表面低维强耦合物理系统的性质往往可以通过其内部引力场理论来反映。所谓强耦合是指相互作用的强度。例如,在高温超导中,为了解释该系统中电子之间相对较强的相互作用物理学家有哪些,科学家可以基于AdS/CFT理论构建引力系统。引力是一种相对较弱的力,我们有完整的爱因斯坦理论可以借鉴。因此,我们可以通过计算引力来了解高温超导等强耦合系统的性质。这是一种“围魏救赵”式的解决问题。想法。
如果读者觉得难以理解,可以用喝可乐来比喻。喝可乐的时候,如果你看到可乐罐表面写的字,你就知道里面装的是可乐——这是从表面推断内部,从低维度推断高维度。另一方面,如果你蒙住眼睛,你看不到罐子表面写的是什么,但如果你喝一口饮料,你就会知道它是可乐,从而推断出这个词罐子表面写着“可乐”——这相当于从较高维度推断出较低维度。
AdS/CFT理论找到了表面与内部的对应关系,并用数学物理公式准确地表达了这种关系。
AdS/CFT理论解读
由于其独特的深刻性,AdS/CFT理论已成为理论物理界的新趋势,类似于70年前的量子力学革命。
但一开始,物理学家并不理解AdS/CFT理论,因为该理论的数学和物理方面很难理解。
多年研究AdS/CFT理论的北京师范大学物理系副教授张洪宝告诉《环球科学》,这与海森堡1925年创立量子力学时的情况非常相似:“1925年,海森堡写了一篇关于量子力学矩阵力学的文章,但当时的物理学家却无法理解。”随后,博恩和海森堡合作了“二人文章”,博恩、乔丹和海森堡合作了“三人文章”。完整勾勒出量子力学矩阵所表达的物理和数学内涵。
在AdS/CFT理论中,是解释该理论的关键人物之一。 写完AdS/CFT论文后,与导师一起参与了后续的解读工作。两人与普林斯顿大学的另一位教授联合发表了一篇文章,详细解释了AdS/CFT对应关系的含义。 “场论可以通过计算相关函数来预测一系列观测量。等人通过分析AdS时空边界条件,提供了计算边界理论相关函数的方法。这在理论上相当于给出了边界的所有信息理论。 。”古布则学生、普林斯顿大学博士生季子明告诉《环球科学》。
随后,还写了另一篇文章解释AdS/CFT理论。 “这两篇文章对的理论进行了完美的诠释。通过这些文章,大家可以理解的AdS/CFT文章。”张宏宝说道。
1998年 作为第一作者的文章解读了的AdS/CFT理论
作为AdS/CFTT量子引力革命的先驱者,在攻读博士学位期间就已成为量子引力领域的杰出新秀,其论文已颇具影响力。
未完成的工作
此后留学之路,继续发展AdS/CFT理论,并对这一理论进行了一些简化。利用图论和数论的成果, 和他的合作者于 2016 年提出了 p-adic AdS/CFT 理论。
当图中从每个顶点延伸的边数固定时,该图称为正则图。在图论中,可以为每个顶点定义曲率。对于正则图,每个顶点的曲率都是负常量,因此这就构成了负常曲率几何,可以类比为负常曲率的AdS时空。 。
“这棵正则树的边界形成了一个具有非常特殊拓扑的数域,即 p-adic 数域。 和他的合作者在这个几何中给出了一个类似于 AdS/CFT 的例子,即考虑树形图晶格标量理论与边界上的p进标量场理论的对应不仅拓展了AdS/CFT的应用范围,也希望能将其与之前的一系列p进物理研究相结合,从不同的角度进行理解。 “当前的物理理论和现象。”纪子铭解释道。
目前,p进数域在物理领域的应用还很少。 P-进数域对实数域中的物理有帮助吗?两者之间有何联系?这是古布泽近年来希望解决的问题。也许有一天我们能为他找到答案。
诗人徐志摩在诗中经常写到“彷徨”和“接吻火”。最终他死于飞机失事,他的一生成为一代人的传奇故事。
和徐志摩一样,古布则一生大部分时间都在研究量子引力,也喜欢登山、攀岩等具有挑战性的活动。最终,他在一次攀岩事故中安全绳断裂,因重力作用摔倒在地物理学家有哪些,他的传奇人生戛然而止。 。古布泽的命运让人唏嘘,但他在量子引力研究道路上留下的故事不会被遗忘。他在天空中没有留下任何痕迹,但他却飞过了。
《全球科学》新八月刊现已出版