江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

「科学家」有科学家认为，E8是打开万物理论的钥匙( 二 )


万物形状
数学是宇宙的语言 。 从飞机失事到皮肤色素再到球体形状 ， 一切都可以用数学方程式表示 。 最后一个例子对里斯追求万物理论最重要 。 里斯使用对称几何对象的描述 ， 发现了粒子物理学的标准模型与相对论之间的关系 。
在19世纪 ， 数学家苏菲·李（SophusLie）创建了代数公式来描述对称物体的形状 。 这些被称为李氏力场 。 在19世纪90年代 ， 他的工作由继任数学家建立 ， 威廉·基林（WilhelmKilling）发现了一组李氏力场 ， 这些场描述了我们宇宙中最复杂的形状 ， 即E8群 。 E8群是一个相互关联的248维对称对象 ， 是一个极其复杂的对象 。
实际上 ， 这个密集的对象是如此复杂 ， 以至于它在2007年由计算机首次绘制的 。 它由18位数学家组成的小组——美国数学研究所的李群项目集——进行了四年的计算 ， 并绘制E8的公式 。 该小组花了两年的时间进行计算 ， 另外花了两年时间专门研究 ， 如何在当今可用的计算机上计算形状 。
最终 ， 阿特拉斯（Atlas）项目将E8计算分为几个部分 ， 并将它们分配给其他计算机 。 从每个部分获得不完整的答案 ， 然后将它们组合到Sage超级计算机中 ， 花了77个小时完成任务 。 关于Sage超级计算机的能力 ， 可以这样形象化告诉你：如果将E8公式和由此产生的答案以小字体写在纸上 ， 那么该纸将覆盖7平方英里的区域 。
虽然阿特拉斯（Atlas）项目是第一个实际完成了E8绘制 ， 数学家已经知道对称形状的存在多年 ， 物理学家也是如此 。 有些人甚至把E8当作所有事物的可能理论 ， 但没有一个像里斯提出万物理论更接近 。
那么 ， 对称的形状怎么能成为宇宙的关键呢？首先记住 ， 几何形状只是数学公式的图形表示 。 这适用于您在高中数学课或壁球比赛中构建的菱形 。 情况也是如此 ， 它是一种以数学表示的图案 ， 在绘制时形成形状 。 从这个意义上说 ， E8可能是一个框架 ， 所有的力量和粒子都可以融入我们的宇宙 。
E8是万物理论吗？
里斯并不是第一个把E8——一个相互关联的248维对称物体——视为万物理论的可能钥匙的物理学家 。 但是他想出了一个聪明的方法 ， 可以克服增加引力的棘手问题 。 在他尝试之前 ， 物理学家们普遍认为 ， 引力不能用电磁学和强弱核力那样的数学方法来表达 。 这有点像是将汉语和西班牙语的段落组合起来 ， 试图只用一本英汉词典将结果文档翻译成英语 。
但是里斯听说过一种表达引力的数学方法 ， 在1977年 ， 该方法发现 ， 被称为麦克道尔-曼苏里（MacDowell-Mansouri）引力 。 使用此表达式 ， 里斯可以使用数学表达式将引力、电磁力以及弱和强核力插入E8中 。
宇宙中的四种基本力都会对物质的所有最基本的亚原子形式（称为基本粒子）产生明显的影响 。 当这些粒子与力载体（称为玻色子）相互作用时 ， 它们变为不同的粒子 。 例如 ， 当最基本的量子粒子之一——轻子——遇到弱力玻色子时 ， 它将变成中微子 。 与光子（携带电磁电荷的玻色子）相互作用的轻子变成电子 。 因此 ， 尽管最基本的粒子数量有限 ， 但是当它们遇到不同的力时 ， 它们会变为其他不同的粒子 。 而且 ， 对于每个粒子 ， 都有同样不同的反粒子 ， 例如反夸克或反中微子 。 这些构成基本粒子 ， 共有28个 。
根据每个粒子的电荷 ， 每个不同的基本粒子都有八个量子数分配给它 。 这使得不同粒子的数量达到224 。 这些数字帮助里斯使粒子适合E8模型 。 虽然E8以一种方式表示为248维对象 ， 但也可以表示为具有248个对称性的8维对象 。 里斯在8个维度内使用E8进行计算 。 对于剩余的24个未装满已知粒子的地方 ， 里斯使用的理论粒子尚待观察 。
里斯将这248个点分别分配给一个粒子 ， 使用基于其电荷的8个数字作为8个维度中的坐标 。 他发现 ， 像E8群中的对称性一样 ， 量子粒子在对称物体中有着相同的关系 。 他希望自己已经找到了破解万物理论的方法 ， 因为当他旋转充满受力影响（包括引力）量子粒子的E8时 ， 他发现了粒子和力之间出现的模式——例如光子与轻子相互作用产生了电子 。 在E8上的点中显示的连接与我们物理世界中粒子之间真实的已知连接相匹配 。


推荐阅读


上一篇：「iPhone」三类人用过iPhone以后不愿意再换安卓？其中的原因是什么？

下一篇：[科学家]史上最神秘的三件事，是否是外星人所为？科学家至今没有找到答案