昨夜,三位超引力理论提出者获得了300万美元的基础物理学特别突破奖。当地时间2019年8月6日,奖金高达300万美元的基础物理学特别突破奖宣布授予超引力理论的提出者,物理学家Sergio Ferrara、Daniel Z. Freedman和Peter Van Nieuwenhuizen。广义相对论将引力相互作用视作物质对时空的弯曲作用,而基本粒子理论将相互作用视作物质对量子场的作用。
这两种矛盾的描述长久困扰着物理学家,而超引力理论将描写空间弯曲的引力与描写基本粒子的量子场结合了起来。我们知道时空的坐标一般都是用实数来描写的。在超引力理论中,人们假设时空还有一种费米性,因此引入了反对易数,并利用实数和反对易数一起来描写这种有费米性的时空。
当地时间2019年8月6日,基础物理学突破奖评选委员会宣布,奖金高达300万美元的2020年基础物理学特别突破奖授予超引力的提出者,物理学家Sergio Ferrara(CERN)、Daniel Z. Freedman(MIT和斯坦福大学)和Peter van Nieuwenhuizen(纽约州立大学石溪分校)。这三位科学家因提出了超引力理论而获此殊荣。
在超引力理论中,描写基本粒子量子变量成为描述时空几何的一部分。
超引力理论不是广义相对论的替代理论,而是广义相对论的超对称版本:这个理论中使用的代数包含了表示部分时空几何的变量——在爱因斯坦的理论中构成引力的几何。自从超引力理论提出四十年来,它一直对理论物理学产生着巨大的影响。超引力理论表明,超对称性能够解释我们在现实世界中所看到的所有现象,包括引力。
它代表着我们目前对粒子物理学理解的完成,对“自然界的什么理论同时与量子力学和狭义相对论这两个基本原理相容?”这一问题给出了一个严格缜密的数学解答。它还为建立一个从基本层面上描述时空的完整的量子引力理论提供了基础——人们现在依然为之奋斗。
超对称和超引力的概念非常令人信服,物理学家至今仍在苦苦寻找实验证据来证实他们的预测。科学家希望,大型强子对撞机的实验中会出现这些粒子的证据。不过到目前为止,证据还没有出现。如今,物理学家正在扩大他们的研究范围,寻找新粒子的非传统特征,包括超对称性和超引力预测的那些特征。他们也在精确地测量那些已知的过程,观察是否存在与标准模型的预测不一致的地方。
超引力理论是数学物理的一个重大发现。
它认为时空带有一种费米性,并因此引入了一种反对易数。在超引力理论中,时空是有由对易的实数和新的反对易数来描写的。用这一新观念所建立的超引力理论,是一种非常特殊的量子场论,其带有超对称。这一类量子场论有许多非常奇妙的性质,它吸引了很多人在这一方向做研究,也取得了很多进展。但我们所生活的时空是否真有这种费米性,超引力理论是否真的能描写我们的世界,还有待于实验验证。
目前的高能加速器实验没有找到任何超对称的迹象。
《返朴》的一些文章介绍了对时空的另一种不同的看法。我们认为,时空是由许许多多具有量子特性的量子比特来描写的,而不是由对易的实数和新的反对易数来描写的。当构成时空的量子比特海具有一种由弦网来描写的量子纠缠时,弦的端点可以是费米子(其对应于电子夸克等费米子),而弦的密度波是描写各种相互作用的规范场(其对应于光子胶子等传播力的粒子)。
这也是一种量子时空,而且是一种同时带有费米性和规范性的量子时空。但这种量子时空没有超对称,也不被超引力理论来描写。