天天看点

当代弦理论之父,爱因斯坦的真正继承者——威腾的传奇人生

统一广义相对论和量子力学的尝试可以追溯到1940年代。正如Michio Kaku所说,"上帝的方程"包含了包括量子力学和广义相对论在内的所有主要物理定律,是解释宇宙中每一种物理现象的终极数学公式。听起来很吸引人,不是吗?

1990年菲尔兹奖是纯数学领域最负盛名的奖项,授予理论物理学家爱德华·威滕(Edward Witten)。Edward Witten博士是第一位因1981年在广义相对论中证明正能量定理而被国际数学联合会授予奖章的物理学家。他是广义相对论和量子力学统一论(俗称超弦理论)发展中最重要的人物之一。

当代弦理论之父,爱因斯坦的真正继承者——威腾的传奇人生

保罗·狄拉克(右)和爱德华·威滕讨论。

30多年来,威滕作为超弦理论的领军者,为理论物理和纯数学做出了巨大贡献,推动了数学的发展,引领了许多数学家开展前沿研究。Witten一直在研究数学物理的几个领域,并做出了重要贡献,包括弦理论,量子引力和超对称量子场论。威滕掀起了物理学的潮流,就像梵高在艺术界所做的那样,他利用自己的身体直觉和数学技能来推广数学和物理学。正如塞缪尔·特里曼(Samuel Trieman)在《纽约时报》(The New York Times)杂志(《万物理论》(The Theory of Everything, 1987)中所说:

我们不应该总是比较爱因斯坦,但当谈到威滕时,他远远超过其他人。他让一群人走上了一条新的道路。他提供了优雅,令人叹为观止的证据...

威滕于1951年8月26日出生于马里兰州巴尔的摩,父亲是理论物理学家,专攻引力和广义相对论。与其他物理学家不同,Witten在巴尔的摩公园学校学习,并于1971年获得布兰迪斯大学的文学学士学位,主修历史,辅修语言学。由于对语言学的浓厚兴趣,威滕也对政治抱有野心。毕业后,他还为乔治·麦戈文的总统竞选活动工作。

威滕随后在威斯康星大学麦迪逊分校学习经济学,但在完成一个学期后辍学,1973年在普林斯顿大学学习应用数学,然后在理论物理学家和2004年诺贝尔奖获得者大卫格罗斯的指导下,于1976年获得物理学博士学位,完成了规范理论规范理论的短程分析中的几个问题"论文。

当代弦理论之父,爱因斯坦的真正继承者——威腾的传奇人生

David Gross、Stephen Hawking 和 Edward Witten 在印度孟买塔塔基础科学研究所举行的"String 2001"国际会议上。

大多数没有接受过体能训练的人可能会认为物理学家的工作是一个极其复杂的计算问题,但这不是它的本性。它的本质是物理学是关于概念的,理解概念,世界如何运作的原则。爱德华·威滕。

威滕被认为是现代弦理论之父,因为他对理论的数学发展做出了无与伦比的贡献。但是,威滕对这个有趣的新物理学领域的贡献究竟是什么,他协调广义相对论与量子力学的勇气呢?在1970年代早期,物理学家正在寻找将费米纳入弦理论谱系的方法,这导致了超对称性的引入,超对称是玻色子和费米子转换的数学模型。就这样,它导致了一种新理论(现在称为超弦理论)的发明,该理论基本上包括费米振动的弦理论。

但是,发展这种新理论的道路并不像看起来那么容易。到20世纪中叶,理论和数学物理学家已经发展出五种不同版本的弦理论,不可能确切地知道哪个是真正的弦理论。这五种不同的理论版本称为I型,IIA型,IIB型和两种类型的混合弦理论(SO(32)和E8xE8。最大的问题是确定哪个理论是万物的实际理论,哪个低能量极限与今天观察到的物理现象相吻合。1995年春天,博士Witten在加州大学弦理论会议上发表讲话,对这个问题的解决方案提出了一个令人惊讶的见解,后来导致了物理学的第二次超弦革命。他说,这五种理论实际上并不完全相同,而是一种理论的不同局限性。他统一了所有五种理论,形成了一个新的主理论,称为M理论。Brian Green教授在他的畅销书《宇宙的结构》(2003)中引用了这一点:

1995年春...爱德华·威滕(Edward Witten)借鉴了包括克里斯·赫尔(Chris Hull)、保罗·汤森(Paul Townsend)、阿舒克·森(Ashuk Sen)、迈克尔·达夫(Michael Duff)、约翰·施瓦茨(John Schwartz)等弦乐理论家在内的弦乐理论家的工作,几十年来一直是世界上最著名的弦理论家,他发现了一个将所有五种弦理论联系起来的隐藏统一体。威滕表明,这五种理论并不完全相同,但实际上以五种不同的方式进行了数学分析。这种统一的主理论暂时被称为M理论。

超弦理论被现代科学界许多伟大的知识分子视为万物理论最有前途的候选理论。然而,该理论有其自身的局限性。超弦理论基于超对称性,迄今为止尚未发现。因此,基本上,缺乏实验证据是对理论的严重限制,尽管它在理论上是准确的,在数学上是一致的。

当代弦理论之父,爱因斯坦的真正继承者——威腾的传奇人生

用振动弦代替点粒子的概念可以追溯到20世纪60年代。弦理论预测一个质量为零、自旋为2的粒子。两位数学物理学家约翰·施瓦茨(John Schwartz)和乔尔·肖克(Joel Schock)在1974年发现,这种粒子是引力的量子载体。这创造了一种调和引力和量子力学的惊人方式。

我一生中最大的精神刺激。

威滕被认为是我们这个时代最伟大的在世物理学家之一。许多物理学家认为他是爱因斯坦的真正继承者。在2014年《科学美国人》的一篇文章中,约翰·霍根(John Hogan)提到了他:

在1990年的一次宇宙学会议上,我要求与会者(包括霍金、迈克尔·特纳、詹姆斯·皮布尔斯、艾伦·古斯和安德烈·林德等人)提名最聪明的在世物理学家。爱德华·威滕(Edward Witten)获得的选票最多。

除了菲尔兹奖,威滕还获得了许多奖项,如国家科学奖(2002年)和基础物理学突破奖(2012年)。他于2006年被任命为罗马教廷科学院院士,并于2012年当选为美国数学学会会员。尽管对理论有很多批评,并且对其实验证据存在不确定性,但Witten博士认为弦理论可能是所有事物的终极理论,并且仍在努力为它提供新的见解。

继续阅读