「但還有一種方法,或許有機會能走個捷徑。」
甲板上。
聽到楊振寧的這句話,黃昆下意識便握緊了桌子邊緣:
「什麼方法?是不是和驢有關?」
楊振寧原本作勢欲答,聽到驢這個字的時候忍不住一怔,生生止住了話頭:
「驢?這和驢有什麼關係?」
黃昆這才意識到自己似乎做出了下意識的反應,於是連忙有些尷尬的輕咳了一聲:
「哦哦,沒啥沒啥,只是想岔了,老楊你繼續,繼續。」
楊振寧有些古怪的看了眼黃昆,心說這位老同學該不會是上船前被驢給踢過吧
隨後他很快也深吸一口氣,將注意力和話題同時拉回了原處:
「老黃,我說的這個方法對你不,可能對於國內來說,都屬於一個比較陌生的領域。」
「實際上如果不是老趙他們的這篇論文給我帶來了一些啟發,我自己可能也想不到這方面。」
給黃昆打了個預防針後。
楊振寧頓了頓,繼續說道:
「老黃,你對ads時空了解多少?」
「ads時空?」
黃昆眉頭微微一掀,很快答道:
「老楊,莫非你說的是anti-de sitter也就是反德西特時空?」
楊振寧輕輕點了點頭。
早先提及過。
目前對引力描述最完美的理論便是廣義相對論,這個框架叫做「論」,但實際上它的理論核心是一個方程組。
也就是愛因斯坦引力場方程。
這是一組高度複雜的非線性偏微分方程組,要求解的未知函數既包括度規分量gμν,也包括能量動量張量的分量tμν。
眾所周知。
平直閩氏時空度規是:ηαβ=(1,1,1,1)以及號差±2。
所以引力場的空間幾何對角線元是:ds2=(1+2)dt2+(12)(dx2+dy2+dz2)
而引力場靜態引力勢為:h00=2,牛頓引力場勢為:▽2=4πgp
在近擬弱場下可以靜態歸一化,兩式相比較,就得到: h00=4
代用牛頓引力勢,輕鬆得到:▽2h00=16πp;(g=1)
在等號左側加上一個表示空間波動的四維算符達朗貝爾□:□h00=16πp
設想場的變化只因場源的波動,可有關係:
□=▽2+0(v2▽2)
又因為應力能量張量是 t00=p,□h00=16πt這就是「線性愛因斯坦場方程」。
從這個表達式不難看出,這個方程中對 hαβ是線性處理的,就好像一個立體的東西壓扁了給你看一樣。
那麼自然,質點系的引力場方程為: h00=8πt
引入愛因斯坦張量表示在彎曲時空中的靜態場量即是:
gαβ=8πtαβ。
同時假設時空物質隨着時空面的曲率而分佈,就像袋子裏的東西分佈在袋子裏一樣,無指標簡化表示即為:
g+Λ=±kt此即愛因斯坦場方程的基本形式。
Λ是宇宙學常數,愛因斯坦認為自己做錯的項目,所以現在先把它看成 0即可。
根據場量顯然系數 k=8π,左邊的是黎曼曲率 rαβ,而據比安基恆等式可以完成移項,所以就是: rac12rgac=8πgtαβ
若是在電磁場中,根據麥克斯韋方程,空間內真空光速平方系真空電容率與真空磁導率之乘積,即:
c2=μe
因此 rac12rgac=8πgμetαβ,又因為 tαβ是二階張量場切使用幾何單位制 c≡1,統一量綱,於是得到:
rac12rgac=8πgc4tαβ
此即電磁作用下的愛因斯坦場方程。(之前有讀者一直好奇場方程怎麼來的,有機會就寫了一下,全程靠記憶打出來的,應該沒錯,我這大概是起點第一個把場方程詳細推導過程寫出來的書?大概)
哪怕是截止到後世的2023年。
愛因斯坦場方程依舊沒有解析解,只有一些特解。
其中最著名的特解顯然就是史瓦西解,也就是史瓦西度規——早先提及過,度規就是解的一種說法。
而在這少數特解中,有一個解最為特殊。
它便是
ads,也就是反德西特度規。
它是愛因斯坦場方程在宇宙常數為負時的最大對稱真空解,通常也被稱為「點內空間」。
這個特解出現的時間很早,畢竟威廉·德西特是最早幾位和愛因斯坦共同研究時空結構的學者,反德西特度規和德西特度規都是用他名字命名的。
但是
這個特解雖然存世的時間很長,但一直以來都沒有多少物理方面的研究價值。
不過如今看來,似乎楊振寧在這方面發現了什麼?
隨後楊振寧沉吟了一會兒,繼續說道:
「老黃,你應該知道,在反德西特時空中,時空不是漸近下趨向平坦的。」
「也就是說,在距離中心天體較遠處,時空依然有曲率存在,而並非一般的平直空間。」
「所以我在想,如果我們能以ads為理論基礎,整合出一個能夠描述引力子的模型,然後再去尋找它在宇宙中的跡象」
「這樣一來,有沒有可能不需要達到普朗克能級,就能夠發現引力子的存在呢?」
黃昆聞言一怔。
不過很快,他便消化起了楊振寧的想法。
ads是一個數學上沒有問題的場方程特解,和民科或者那些沒有根據的猜想完全不是一個性質——很多人提及時空,都會下意識以為是科幻小說的概念。
但實際上這些科幻概念之所以會出現,有相當多都是因為已經有了物理或者數學上的模型。
當初的曲率引擎是阿庫別瑞度規這事兒已經提過好幾遍了,這裏另外舉個例子。
1916年的時候。
奧地利物理學家路德維希·弗拉姆提出了蟲洞的概念。
1935年。
愛因斯坦和納森羅森對蟲洞理論進行了完善,他們對稱了蟲洞的度規,引入徑向分量grr和該蟲洞喉嚨的徑向坐標 r0,做出了一個數學模型,叫做愛因斯坦羅森橋。
這玩意兒就是後世幾乎所有科幻小說里飛船會穿越的蟲洞——這玩意兒真是個數學模型
這還沒完呢。
按照原本歷史發展。
眼下這個時期再過一年,羅伯特·富勒和約翰·惠勒就會發表論文證明:
如果蟲洞連接同一個宇宙的兩個地方,那麼這類蟲洞是不穩定的。
沒錯,是證明,而不是猜想。
所以時空這玩意兒在物理界也好,數學界也罷,並不是一個很玄乎的概念——真正玄乎的不是【時空】,而是【文明】。
愛因斯坦羅森橋如此,此時的楊振寧同樣如此。
楊振寧用非常正式或者說嚴肅的態度引入了ads理論,這個理論由於場方程的限制保持着對稱性,也就是維持理論的基本框架。
但與此同時。
他又摒除了廣義相對論中不支持引力子存在的「場」概念,轉而在元強子也就是標準粒子模型中尋找一個合適的支點作為夥伴。
再然後以這個全新的組合理論,來尋找可能存在的引力子。
換而言之。
這應該是一個專門為引力子而適配的模型。
想到這裏。
黃昆不由看向了楊振寧,問道:
「老楊,除了ads之外,你搭配的另一個支點理論是什麼?」
楊振寧這次卻沒有直接回答他,而是望向了一直沒怎麼出聲的李政道:
「你的看法呢?」
李政道抬起眼皮,意味深長的看了楊振寧一眼。
楊振寧的這句話可不是在暗指李政道只聽不說,更不是想讓李政道出醜,而是想給李政道一個展現自己能力的機會。
畢竟黃昆如今可是華夏的學部委員,他此行除了迎接楊振寧等人之外,更兼具了初步觀察幾人的職責。
或許他本人由於專業問題沒法實時聽懂一些理論,但只要回去把這些消息一複述,國內自然會有聽得懂的人來做出判斷。
「」
隨後李政道沉默了幾秒鐘,緩緩說出了自己的答案:
「我認為可以用量子系統方程作為切入,因為它可以在某些情景下不引入引力的概念。」
眾所周知。
量子力學一共有四大關鍵方程:
薛定諤方程、海森堡方程、狄拉克方程和密度矩陣方程。
不過李政道所說的量子系統方程並不是以上任意之一,而是一個涉及到了純態的方程。
量子系統一般都用態矢量來表示,劇本正交態的系統性質。
隨後李政道寫下了一個有些複雜不便展示的表達式,將它與楊振寧此前的ads度規靠到了一起。
楊振寧則全程沒有表達反駁,也就是說李政道的思路和他是一致的。
黃昆則將兩張紙挪到了面前,開始做起了組合。
這種涉及到大量數學的組合過程,對他來說倒是要比一些理論概念更加好理解——畢竟其中很多參數和固態物理是互通的。
「適配導數算符,即滿足agbc=0,則aζb+bζa=0」
「最大對稱的時空所以要有最大的killing矢量場,黎曼曲率張量的定義abζcbaζc=rabcdζd帶入得」
「把這個張量等式化在坐標里」
「12345678abcdefg」
幾分鐘後。
黃昆有些驚疑不定的抬起頭,猶疑着對楊振寧問道:
「老楊,你們準備從對偶的情況入手?」
楊振寧輕輕點了點頭:
「沒錯。」
黃昆頓時默然。
怎麼說呢
楊振寧和李政道想到的這個模型,從某種意義上來看確實挺有意思的:
模型的兩個支點來自不同的理論,關聯的情景也不相同,甚至連時空維數也不一樣。
但是
在引入對偶的概念後,它忽然發生了某些變化。
所謂對偶,指的是如果一個物理系統有兩種不同但等價的描述方式,那麼這兩種描述方式是對偶的。
比較知名的例子有經典二維ising模型的自對偶,二維xy模型的粒子渦旋對偶。
還有一維相互作用費米子體系的玻色化,原則上也算是一類對偶。
在楊振寧和李政道他們做出的這個對偶模型中。
當一個理論是強耦合的時候,另一個理論就是弱耦合的。
二者用一個很微妙的方式,將廣義相對論和量子力學的一些東西結合在了一起。
根據黃昆剛剛做出的簡單演算。
楊振寧此前推導出的量子化環路積分在這個模型下是成立的,但是也就僅此而已了。
如果換做其他任何一個粒子,無論是電子、質子還是中微子,它們都在模型下是失效的——至少數學上如此。
比如說質子。
如果根據這個對偶計算,一枚質子的質量最終會顯示300多克,中微子的質量甚至是負的
不過這情況早就在黃昆的預料之中,畢竟楊振寧一開始就說過了,這是專門為引力子做的模型。
接着黃昆放下手中的筆,對楊振寧問道:
「老楊,這個框架已經做出來了那麼技術上的應用呢?」
「你準備怎麼使用這個框架,去撈引力子這條大魚?」
早先提及過。
引力子理論上的能級接近普朗克尺度,這種尺度別說現在了,過一百年估摸着都有些夠嗆。
黃昆雖然不至於沒逼數到現在就想找到引力子,但也沒那麼寬廣到可以等上個一百多年——那時候估摸着華夏足球隊都能拿世界盃冠軍了吧?
他能接受的時間線在20-30年左右,再晚不能超過四十年。
畢竟四十年後,他們這批人差不多都已經接近或者已經辭世了。
而想要確定具體時間,具體的項目應用就顯得很關鍵了。
項目的難易、合理與否,直接關係着出結果的時間——至少是理論上的時間。
隨後看着目光灼灼的黃昆,楊振寧沉默了幾秒鐘:
「老楊,你還記得我之前和你說的那句話嗎?」
「——以ads為理論基礎,整合出一個能夠描述引力子的模型,然後再去尋找它在宇宙中的跡象。」
「你仔細想一想,這句話的重點在哪裏。」
「重點?」
黃昆重複了一遍楊振寧的話,旋即呼吸一滯:
「老楊,你是說宇宙中的跡象?」
楊振寧輕輕點了點頭,深沉的抬頭看向了天空:
「沒錯,宇宙,準確來說是」
「原初引力波。」
註:
手術的恢復期比我預計的要長好多這個月全勤沒了,哎