如果四大基本力中引力是時空的彎曲,其他三種呢?

黃潔儀

這是一個很好的問題。早在1915年愛因斯坦發明了廣義相對論以後,他就開始著手把這種幾何化的思想運用到當時廣為人知的另一種相互作用力—電磁力上了。雖然愛因斯坦最終沒有統一引力和電磁力,但是受愛因斯坦影響,有不少當時的物理學家都在試圖用幾何化的方法理解電磁力,其中就包括大數學家希爾伯特的學生、德國數學家和物理學家赫爾曼.外爾(Hermann Weyl)。他提出電磁場對應於時空的局部尺度伸縮(規範變換),但是很快其他科學家對這個理論表示了反對,因為這會推導出一些錯誤的結論。後來,外爾和其他物理學家修改了這個理論,把局部尺度伸縮量變成了虛數,但保留“規範變換”這個名字。於是電磁場變成了一個時空中每個點上定義的複數空間中的旋轉—U(1)規範對稱理論。這實際上說明,電磁場不是時空本身的幾何性質,而是存在於時空中每個點上附著的額外空間裡,數學家形象地把這種“長滿了額外空間的時空曲面”叫做“纖維叢”,著名的華裔數學家陳省身先生正是受到了外爾的影響成為了“纖維叢”領域的奠基人之一。

後來,人們又發現了另外兩種作用力—強相互作用和弱相互作用。很快,物理學家們(楊振寧和米爾斯做了開創性的工作)就用類似的規範場論的方法解釋了這些作用力。現在這個理論叫標準模型。也就是除了引力是時空本身的幾何性質之外,其他三種作用力是對應於時空上附屬空間的性質。

儘管外爾本人並沒有統一引力和電磁力,但是他的規範場論的思想對數學家和物理學都產生了深刻的影響,陳省身先生和楊振寧先生都對外爾高度讚揚,認為他是20世紀上半葉最出色和全才的大數學家和物理學家,對於現代數學的發展以及理解和建立統一場論和基本粒子標準模型產生了深遠的影響。



張雙南


分享到:


相關文章: