https://site.douban.com/265016/widget/notes/190826100/note/536756004/
丘成桐談幾何：從黎曼、愛因斯坦到弦論
2016-01-25 07:49:57
 |
數學家丘成桐
編者按：
2015 年12月21日下午，在中國科技會堂，為了紀念廣義相對論誕生一百周年，著名數學家丘成桐先生發表了題為“幾何：從黎曼、愛因斯坦到弦論”的演講，追溯了 為廣義相對論發展奠定基礎的的黎曼幾何，回顧了影響廣義相對論發展的物理學突破，並談及量子力學和引力理論相結合、引力場量子化將成為這個世紀的重要問 題，而弦理論是一個相當不錯的起點。
● ● ●
我從事廣義相對論研究已經四十多年，參與了整個廣義相對論的發展。今天，我想從幾何的觀點來講講廣義相對論。
（一）黎曼幾何：改變人類的時空觀
如果沒有黎曼幾何的發展，愛因斯坦將會需要更多的時間來創立偉大的廣義相對論。值得一提的是，他的博士論文全部是通過他自己想象寫出來的。
現代幾何學的發展推動我們對於空間的認識。黎曼（Bernhard Riemann）和他的老師高斯（Johann Carl Friedrich Gauss）毫無疑問是現代幾何學的兩位奠基人。高斯是現代幾何學的先父，而真正的創始人可能是黎曼。
 |
黎曼
黎 曼的一生短暫，隻在世40年，就英年早逝。他的學術生涯雖然隻有短短16年，但是他發表的每一篇文章都開創了整個幾何和數學不同方麵的領域，尤其是現代幾 何。1854年，黎曼在《論關於作為幾何學基礎的假設》的講師資格論文中開啟了現代幾何學的概念。黎曼幾何這一漂亮的理論變革了人們對古希臘幾何學家所引 入的空間的認識。可以說如果沒有黎曼幾何的發展，愛因斯坦（Albert Einstein）將會需要更多的時間來創立偉大的廣義相對論。值得一提的是，他的博士論文全部是通過他自己想象寫出來的，除了高斯的一些工作以及赫爾巴 特（Johann Friedrich Herbart）的哲學作品，黎曼可以借鑒的文獻很少。
黎曼開創幾何最重要的目的是解釋物理現 象，他認為：幾何學定理無法從一般的量綱概念導出，而必須借助那些可以區分空間和其他實體的性質。這些性質隻能通過實驗發現····· 我們隻能研究他們的可能性，判斷是否可以將其延拓到可觀察範圍之外，不可測量的巨大或微小······或者空間所依存的物理現實是一個離散的多樣體，或者 它的度量關係的基礎需要追溯到它的元素的結合力的外部來源······
我們現代的幾何學是包括了幾何、分析與數學物理的一門綜合的科學。 這正是黎曼160年前研究幾何學時采用的觀點。與黎曼同時代的數學家中，最重要的一個人是柯西（Cauchy）。柯西和黎曼都是複分析的奠基人，但黎曼與 柯西不同的是，他從幾何和微分方程的觀點來研究複分析，引進了“黎曼麵”的基本概念。這個概念是19世紀和20世紀最重要的概念之一，影響到高能物理的發 展。
黎曼還是第一位引入獨立於歐氏幾何的空間概念的學者。他用坐標來測量長度，麵積和曲率等幾何量。他希望這些值與坐標的選取無關，這叫做等效原理，是愛因斯坦後來用作推導他的場方程的一個基本假設。愛因斯坦受到黎曼工作的深刻影響。
黎 曼還引入了黎曼曲麵的抽象概念。他設想所有自然存在的光滑二維曲麵都可以描述為黎曼曲麵。這個發現很重要，黎曼麵被應用到不同的物理範疇中。在過去30年 中，物理學家對一種稱為超弦的理論極度著迷，根據這一理論，粒子是時空中振動的微小的弦。振動中的弦掃出一張二維曲麵。黎曼觀察到二維曲麵存在一種全純函 數賦予的結構，也即共形幾何。這啟發了共形場論的誕生。現代粒子物理學家的工作依賴於對這些共形結構的深刻理解。黎曼麵在日常生活中也有應用，比如計算機 圖形學和地圖繪製。
 |
 |
上圖為黎曼曲麵，下圖為共形映射
黎曼以後，龐加萊（Jules Henri Poincaré）推進了幾何發展。龐加萊在19世紀後期證明推廣了黎曼的單值化定理。這是一個很重要的定理，影響到今天多維空間的發展。
黎 曼幾何的主要奠基人是三位意大利學者：列維·齊維塔（Levi-Civita,）、克裏斯托費爾（Elwin Bruno Christoffel）和路易吉·比安基（Luigi Bianchi）。由於身體不佳，黎曼臨終前幾年都在意大利過冬療養，他在意大利的四年影響了一批學者。其中前述三位學者成功發展了黎曼流形的微積分。
 |
列維·齊維塔（左）、克裏斯托費爾（中）、路易吉·比安基（右）
（二）數學的美與愛因斯坦方程
當愛因斯坦最後成功解釋天體現象的時候，有人問愛因斯坦，假如你觀測到的天象和你的理論有不同的時候，你會怎麽講？愛因斯坦講，“我會替造物者惋惜，居然不懂得用到這樣漂亮的理論。”
1905 年，當愛因斯坦在洛倫茲和龐加萊的幫助下發現狹義相對論時，人們認識到三維空間與時間是不可分割的。時空的數學定義由愛因斯坦的老師閔可夫斯基 （Hermann Minkowski）給出。他引入一個與黎曼度量類似的新度量，找到一個以羅倫茲群為等距變換群的黎曼空間，用來描述狹義相對論的幾何基礎。
 |
洛倫茲（左）、閔可夫斯基（右）
閔 可夫斯基的發現對於希望統一狹義相對論和牛頓力學的愛因斯坦來說是一個很大的啟發。當時，這兩個理論是不兼容的。所有的信息不能超光速傳遞，這是狹義相對 論的要求。可是牛頓力學是要求超距作用的，太陽重力場影響地球的轉動，是同一個時間，根本不用光速，它就傳達到地球來了。前者要求信息低於光速傳播，而後 者要求超距作用。愛因斯坦對這兩個理論矛盾的研究引入了等效原理，提出運動方程由等效原理決定：引力定律不受觀測方式或坐標選擇的影響。通過思想實驗他意 識到，描述重力的位勢依賴於方向。
愛因斯坦在思索這應該是何種類型的量時，他的數學家朋友馬塞爾·格羅斯曼（Marcel Grossman）告訴他，他所需要的數學概念應該是黎曼幾何中的某個張量，類似於牛頓力學，重力場運動方程包含位勢的二階導數，這個量也應該與坐標選擇無關。
張 量的概念產生於19世紀末，由克裏斯托費爾(Christoffel Elwin Bruno）提出。隨後，愛因斯坦邀請數學家格羅斯曼幫忙。格羅斯曼在全世界最好的圖書館——哥廷根圖書館，發現由19世紀的意大利幾何學家裏奇 （Ricci）引入的裏奇張量恰好符合這些特性。裏奇張量是黎曼曲率張量的二次縮並得出來的張量。這個發現發表在愛因斯坦和格羅斯曼於1912年和 1913年合寫的兩篇論文中。他們用裏奇張量定義空間中物質分布的物質張量。
 |
格羅斯曼（右）、裏奇（左）
不 過，因為物質張量滿足守恒律，而裏奇張量本身並不滿足守恒律，所以這個方程組不兼容。同時，他們寫下的方程組在解釋物理現象時，並不成功。雖然方程很漂 亮，也滿足了很多事情，可是愛因斯坦仍然無法解釋水星近日點進動和牛頓方程預言的偏差問題，所以他知道這個方程還是沒有成功。
有一到兩年的時間，愛因斯坦幾乎想放棄等效原理這樣基本的看法，企圖采取特殊的坐標來解決和觀察不和諧的問題。作為一代大師的數學家希爾伯特卻不願意這樣做。因為從數學的觀點來講，不能找特殊的坐標係統來解決這個問題。希爾伯特答應他，用數學的美來解決這個問題。
當 廣義相論論最後成功解釋天體現象的時候，有人問愛因斯坦，假如你觀測到的現象和你的理論有不同的時候，你會怎麽想？愛因斯坦說，“我會替造物者惋惜，居然 不懂得用到這樣漂亮的理論。”為什麽漂亮呢？因為用了等效原理，同時能夠解釋天體的問題。愛因斯坦後來多次講到，數學的美是很重要的，甚至比實踐還要重 要。
愛因斯坦方程的成功，起源於對稱應用在物理學上的巨大威力。等效原理可以說是用對稱學來找到物理方程的重要的方法。推導愛因斯坦的場方程的時候，最重要的就是等效原理，等效原理其實就是對稱群的利用。
對 稱群的應用起源於十九世紀數學家伽羅華（Évariste Galois）和索菲斯·李（Marius Sophus Lie），以及二十世紀的女數學家埃米·諾特（Emmy Noether）。艾米·諾特是有史以來最偉大的女數學家。1915年，諾特正在哥廷根，和希爾伯特是同事。她有沒有直接影響愛因斯坦的想法不得而知，但 是諾特用對稱群來研究物理方程的理論影響至今。艾米·諾特可以說是有史以來最偉大的女數學家。
 |
艾米·諾特
所 以我們知道，愛因斯坦完成廣義相對論的時候，主要想法是對時空有一個哲學的思想，就是盡量滿足等效原理，同時要跟牛頓力學是能夠推導，能夠平行的。通過思 想的實驗，也通過數學的思維，他能夠得出這樣的結論。所以他堅持物理最基礎的部分必須要通過這個過程：要有思想實驗般的思考，同時要有哲學的思想，還有數 學的思維。
廣義相對論的這個方程，通過一百年的觀察，基本上都是正確的。愛因斯坦跟希爾伯特互相競爭，也互相幫忙。1915年，二人相 遇。他們之間的討論激發了兩人的靈感並促成了廣義相對論中愛因斯坦運動方程的誕生（希爾伯特發現了希爾伯特作用量，可以用來簡潔地推導愛因斯坦方程，而愛 因斯坦直接創建了這個方程）。數學家希爾伯特甚至比愛因斯坦更早地推導出了這個方程。
愛因斯坦發覺他的方程可以用來解釋時空和物質的分布 是互相影響的，不像牛頓力學裏麵認為的時空是固定的，時間和空間是沒有關係的。他發覺時空不停在改變。發現這些方程可以用來解釋光線偏折。在此過程中，愛 因斯坦做出了一個基礎性的概念突破：不僅僅物質的存在產生重力從而彎曲時空纖維，而且重力直接來源於時空的曲率。過了不到兩年，天文觀察證實了這個發現。 1918年，愛因斯坦因此一舉成名。這是一個劃時代的觀念上的大突破。
 |
曲率產生重力
愛 因斯坦方程有很多不同的解，因為愛因斯坦在構造這個方程的時候，他找到了方程，可是並沒有限定這個解的唯一性。這個解有它的邊界條件，有它的初始條件，這 兩個條件愛因斯坦都沒有解決。不但不曉得，直到現在過了一百年以後，我們對這個問題還是在辯論。愛因斯坦在1915年發現這個方程，不到一年，當時正研究 球形對稱星係如何影響重力的史瓦西（Karl Schwarzschild）發現愛因斯坦方程的一組解，這個解是球對稱的（史瓦西解可以應用於單一球狀行星的天文研究）。
 |
史瓦西
史 瓦西解讓愛因斯坦得以計算並觀察很多引力場的重力是怎麽樣的。通過這個解，我們可以模擬太陽係：行星的質量遠輕於太陽，它們在史瓦西幾何裏可以被看成是沿 著測地線移動的微粒。測地線可以通過計算得到，它們不必是閉合的圓周。例如水星的運行軌道已經被發現是一個具有微小偏差的圓形軌跡，每世紀進動43秒。同 時，史瓦西解還有助於推算光線彎曲度。正如愛因斯坦所預測的，太陽產生的重力會改變時空的幾何。因此，從行星射向地球的光線在經過太陽附近時會產生彎曲。 通過計算史瓦西幾何中的零測地線，可以推算光線的彎曲度。計算結果與實驗數據的吻合令人滿意。這是這一重力的新理論開創初期所取得的重要成就之一。
史瓦西解在今天依然重要，我們做全球定位GPS的時候，仍然要用到這個解。因為地球是一個重力場，我們的光線受到這個重力場的影響，假如不用這個解的話，算出來的結果不對。史瓦西解讓我們知道光線通過太陽的引力場時會有偏差，這是很重要的成就。
 |
 |
光線偏差
廣義相對論受到黎曼幾何發展的重要影響，反過來講，愛因斯坦所取得的巨大成功深刻影響了黎曼幾何的發展。在廣義相對論提出之後，幾何學家認識到了愛因斯坦度量的美——特別是那些滿足真空愛因斯坦方程的度量。
（三）廣義相對論反哺數學：規範場理論與卡魯紮的創意
卡魯紮發現，在四維空間裏有效的理論，在拿走這些圓之後，通常是重力四維空間中的愛因斯坦方程的非真空解。這些圓創造了一種物質，即電磁場。這絕對是一項驚人發現。
為 了進一步說明，我們應該指出，在愛因斯坦的廣義相對理論之後，很多作者試圖去理解如何將麥克斯韋的電磁理論與愛因斯坦的重力理論統一起來。這項研究導致了 幾何學與物理學的一些重要發展。由於麥克斯韋電磁學方程和重力場方程表麵上看來並不接近，所以想要將它們統一起來，就要融合對於這兩個偉大的理論勢必產生 的種種不同的建議，其中一個最重要的建議來自赫曼·外爾（Hermann Weyl）。
外爾受到列維·齊維塔（(Levi-Civita ）和嘉當（Joseph Cartan）的影響，成功地將麥克斯韋的電磁理論建立在規範場論基礎上。最初，外爾所用的不保持長度的規範群受到愛因斯坦的否定。在他提出基本構想的十 年後，受到量子力學中相位理論的影響，外爾構建完成了阿貝爾規範場理論。這在數學和物理中是一項根本性突破。在數學裏，我們將規範場論稱為幾何學中的聯絡 理論，它給出了向量沿著空間中封閉環路移動的規則，這些向量可以通過很廣泛的方式來定義。
規範場的理論在數學上其實是相當普遍的理論，可 是應用到物理上以後，它變成重要的理論。因為在數學上，從嘉當、霍普夫、惠特尼，他們就推廣了規範場的理論，他們提出了所謂的“向量叢”的觀念，他們認為 基本上，我們給空間中的每一點都賦予一個線性空間。這個附上的空間可以任意扭曲，正是這些扭曲給物理和幾何注入了新的觀點。向量叢被應用於粒子物理學的量 子化，其結果就是楊—米爾斯理論。在這個理論中楊振寧和米爾斯將外爾的理論一般化到更加廣泛的叢（從交換的規範群到非交換的規範群），到了以後，整個規範 場理論是影響到整個高能物理的重要的結果。
 |
楊振寧和米爾斯
現 在，我們知道楊-米爾斯理論決定了自然界中所有基本力的相互作用。有意思的是，這個理論影響到了數學本身的發展，有助於理解四維流形幾何拓撲的基本結構， 其中就包括宇宙的幾何形態。西蒙·唐納森（Simon Donaldson）在這方麵做了開創性的工作，但四維空間的幾何構造還遠未被滲透。
廣義相對論除了影響赫曼·外爾的規範場的理論以外，還產生了第二個很重要的理論。
當 時愛因斯坦的廣義相對論是四維空間，愛因斯坦其實很想從四維時空裏麵推導到電磁場，但是不知道如何做。 1921年，德國數學家和物理學家卡魯紮（Kaluza）提出了將愛因斯坦廣義相對論推廣到五維時空的大膽設想。他提出，通過在四維空間的每個點附上一個 圓，將愛因斯坦的工作平行推廣到五維時空。他根據愛因斯坦的理論來研究相應的五維真空。卡魯紮發現，在四維空間裏有效的理論，在拿走這些圓之後，通常是重 力四維空間中的愛因斯坦方程的非真空解。這些圓創造了一種物質，即電磁場。這絕對是一項驚人發現。克萊因隨後將這項理論向物理方向進行了更深的發展。愛因 斯坦也很欣賞這個理論。但不久之後，人們發現使用這項理論會創造出一種自然界尚未被觀察到的超重的標量粒子。隨後這項理論就被物理學摒棄了。
盡 管如此，在四維的愛因斯坦時空中添加維度的想法很有創意。通過這種方法，當時空是簡單乘積，洛倫茲對稱的愛因斯坦度量可以約化為額外空間的愛因斯坦度量。 雖然放棄了這個理論，但是這個理論很漂亮，所以有很多不停的改進。在四維空間添加維度的想法，一直以來都在發展，這個理論以後發展成現在弦論裏的四維空 間。
 |
愛因斯坦、洛倫茲合照，1921年
（四）卡拉比－丘流形的誕生
有了超對稱的這個觀念以後，我看卡拉比先生的問題，和愛因斯坦的方程就容易得多了。最後我完成了卡拉比猜想，這個過程很不容易，因為我需要建立一整套理論基礎。
我 記得當我還是研究生時，愛因斯坦用時空幾何來替代重力的創見很令我著迷：在赤道上兩地，兩人同時朝北移動，本以為是平行移動的兩人，卻發現快到北極時，竟 然越來越靠近對方，就像兩人之間有吸引力。這種吸引力的作用實際上來自於地球的正曲率。反之，若空間曲率為負，例如雙曲空間，兩人將漸行漸遠，感受到排斥 力。
我對於尋找空間拓撲結構作用下真空愛因斯坦方程的解很感興趣。如愛因斯坦所說，這樣的空間存在，並且拓撲結構本身能夠產生重力。由於 重力是由時空的完全曲率張量來表示，我們希望找到這樣一個具有非平凡曲率的真空。物質可以僅用時空的部分曲率，即裏奇曲率張量來描述。裏奇張量在愛因斯坦 方程裏被用來描述物質的分布。如果裏奇張量為零，那這個時空就不存在物質。所以我非常想要找到這樣一個裏奇曲率為零同時又具有非平凡曲率的時空。
找 到這樣一個例子是我讀研究生時給自己定下的目標。直到有一天，我在圖書館看書時發現一篇意大利幾何學家歐亨尼奧·卡拉比（Eugenio Calabi）的論文，發現在我想到這個問題的二十年前，卡拉比就已經在思考完全不同條件下的類似問題了。卡拉比的靈感並不是來自廣義相對論。他所感興趣 的問題是複數域的幾何。我很興奮，因為我覺得卡拉比這個問題會幫助我解決剛才廣義相對論的問題，找到那個沒有物質的真空。
黎曼球麵的高維推廣、龐加萊度量在高維流形的推廣滿足愛因斯坦方程。同時，它也表現出某種內在的對稱，我們現在稱之為超對稱。這是一個很奇妙的對稱，到現在實驗室還沒有找到，可是超對稱在這四十年來對物理理論有很重要的影響，很多重要的理論都是通過超對稱來了解的。
令 我驚訝的是，卡拉比的觀點給出了一種簡單的將完整而複雜的愛因斯坦方程約化為複流形上更簡潔的數量方程的方法。這個方程是一個相當複雜的非線性方程，我們 稱之為蒙日—安培方程（Monge-Ampere equation）。卡拉比猜測這個方程總是可解。在相當長的一段時間裏，沒有人知道該怎樣處理這類非線性方程，無論是在一般空間還是彎曲空間中。連一個 例子都沒有被發現。因此大部分人不相信卡拉比猜想是正確的，包括當時所有的年輕幾何學家，也包括我。
有了超對稱的這個觀念以後，我看卡拉 比先生的問題，和愛因斯坦的方程就容易得多了。最後我完成了卡拉比猜想，這個過程很不容易，因為我需要建立一整套理論基礎。這一學科最終被稱為幾何分析， 很多朋友都參與了這一學科的開創。他們是理查德·舍恩（Richard Schoen）、鄭紹遠、利昂·西蒙（Leon Simon）、凱倫·烏倫貝克（Karen Uhlenbeck）、理查德·漢密爾頓（Richard Hamilton），以及之後的克裏夫·陶布斯（Clifford H Taubes）和西蒙·唐納森。他們都是一流的學者，還兼研究其他重要的學科。
幾 何分析學科的建立是過去四十年來幾何學中非常重要的發展，我有幸親身參與了很多發展。盡管如此，在1984年之前，我幾乎不知道這些發展能和物理的弦論聯 係起來。由於舍恩和我在廣義相對論上的研究進展，我和物理學家有了相當多的交流。1982年，當時我在普林斯頓高等研究院任教時，加裏·霍洛維茨 （Gary Horowitz）成為了我的博士後。我的學生都對我的解有興趣，但是與之後認識的安迪·斯特羅明格（Andy Strominger）和愛德華·威滕（Edward Witten）一起討論數學和物理的聯係時，我會向他們提到我應用卡拉比猜想構造愛因斯坦度量，他們似乎沒有對此表現出什麽興趣。
 |
2002年北京國際弦論會議：前排左起斯特羅明格，格羅斯，丘成桐，霍金，威滕
1984年的一天，我去聖地亞哥與太太團聚。正在欣賞美麗的海景時，我接到了安迪·斯特羅明格和加裏·霍洛維茨的電話。他們很興奮地告訴我，一個被稱為弦論的關於量子引力的新理論被發現了。
在 這個理論裏，粒子表示為時空中微小的振動的弦。為了使這一理論與量子力學相容，這個理論要求時空是十維的。他們提議建立一個十維時空模型——將四維時空乘 上一個微小的六維空間。這個六維空間非常微小，以至於肉眼無法觀測，而這個十維空間在普通人看來就呈現為四維時空。這個六維空間需要滿足愛因斯坦方程，同 時他們希望這個時空具有對稱性，從而使得量子場論更完美。額外的超對稱伴隨著一類卡拉比和我研究過的六維流形，而我已經證明了它的存在。我的朋友急切地想 要知道這樣的流形是否存在，至少在數學上是否正確。當我告訴他們這樣的流形確實存在而且很多時，他們著實地感到興奮。
之後，坎德拉 （Candelas），霍洛維茨，斯特羅明格和威滕等四位作者寫了一篇革命性的論文。他們將弦論中的六維空間稱為卡拉比—丘（Calabi—Yau）流 形。這些空間成為過去的三十年中數學和物理研究中非常熱門的主題。數學為物理提供了一個非常重要的平台，同時物理的直覺靈感推動數學前進。
 |
卡拉比-丘空間
弦 論還遠未被證明是正確的還是錯誤的。另一方麵，由弦論所激發的數學卻是正確和漂亮的。一些非常重要的數學公開問題就是由於弦論所激發的靈感得以解決。它們 可以建立在嚴格的數學理論上。由此，數學為驗證由弦論所激發出的構想是否正確——或至少是否自洽，提供了一種方式。不容置疑的是那些結果在數學上都是正確 的。雖然這很振奮人心，但還仍然沒有能夠證明弦論是統一自然的理論。
二十世紀物理學的兩大支柱毫無疑問是量子力學和廣義相對論。廣義相對論比量子力學的基礎來的紮實，比量子力學重要，但在應用上不如量子力學，主要的原因我想是因為廣義相對論裏麵的方程是非線性方程，解這個方程比較困難。
量 子力學進展神速，在短時間內，就在實驗室裏驗證出各種重要的現象，對於粒子物理、化學、通信技術，乃至現代工業的一切進展都有奠基性的貢獻。這裏有幾個原 因，它有不斷的實驗的支持，從實驗室觀察到新的現象，不但可以驗證和修訂現存的理論，還可以引導物理學家提出新的學說。在觀察現象時，它所需要的數學比較 簡單，它的數學基礎是線性分析，而這些基礎很多已經由希爾伯特提出的無限維空間的譜分析提供。至於進一步的規範場理論由外爾提出時還是比較線性化，因為初 步的規範場論是用可交換群來做規範群。
但是數學家，例如埃利·嘉當（Joseph Cartan）、夏爾·埃雷斯曼（Charles Ehresmann）和陳省身先生，很早就討論過纖維叢的聯絡理論。他們沒有意識到外爾在物理學上的工作。直到1954年，楊振寧和米爾斯重新發現數學家 的理論可以用到粒子物理，並將外爾理論推廣到了非交換規範群。但是需要的數學遠比線性理論來得複雜，這個複雜性讓物理學家在應用規範場論到高能物理上停頓 了十多年，因為要將比較非線性的規範場理論量子化是很困難的事情，而沒有量子化成功的理論，對解釋高能物理的現象沒有任何用處。
1970 年，年輕的博士生荷蘭物理學家傑拉德·特·胡夫特（Gerard 't Hooft）完成了規範場量子化的第一步重要工作，高能物理迅速進入到新紀元，幾年後，高能物理的標準模型建立成功。直到今天，它的結論都相當正確，經過 實驗室證明，它已經融合了宇宙間的三個力場。引力場理論的基礎在1915年完成，愛因斯坦寫下正確的引力場方程，而希爾伯特寫下它的拉格朗日量。引力場在 基礎的問題上已經得到解決，在這個方向來說，它比量子力學來得結實。但在現代物理中，量子場論發揮了極為重要的貢獻，遺憾的是我們還沒有能力建立起一個嚴 格的非線性的四維量子場論。
 |
胡夫特
非 線性理論的進展比較緩慢，它需要高度困難的數學工具，同時往往會有預測不到的現象的產生。大部分物理學家試圖用電子計算機來做計算，這當然是很有幫助的方 法，但是在理論還未研究清楚前，除了極為特殊的情況下，我們一籌莫展。天文的觀察直到這三十年來才有比較大的進展。這也是引力理論發展緩慢的一個原因。
我 認為，21世紀將會是量子力學和引力理論相結合的世紀。我們希望從引力場的觀點提供量子力學和粒子物理的新的想法，而引力場量子化將成為這個世紀的重要問 題，弦理論是一個相當不錯的起點。無論是超對稱還是高維空間的想法都需要實驗的證明，但是任何證明支持這些觀念的現象都會是人類對於宇宙認識的一大步。我 們需要大量的物理學家，數學家，工程師參與這個世紀大問題。假如我們中國的科學家能夠帶動這個研究，我想都會青史留名，不隻拿諾貝爾獎那麽簡單。這是一個 很重要的事情，希望我們中國的科學家能夠努力。
謝謝。
本文由王國磊、陳曉雪根據當天演講整理，未經丘成桐先生本人審閱。
關注知識分子，輸入數字編號閱讀近期熱文：
【 16 】獨家解密 | 48年前“兩彈一星元勳”飛機失事前後
【157】突破CT極限：如何發現早期肺癌的苗頭？
【149】12年了，5萬美元獎金還沒分配出去：屠呦呦與國家科技獎勵辦的糾葛（續）
【 7 】史料揭秘 ：屠呦呦與國家科技獎勵辦的一次糾葛
【 22 】數學有多美？看看這位法國奇男子怎麽說
 |
知識分子，為更好的智趣生活。
選擇“Disable on www.wenxuecity.com”
選擇“don't run on pages on this domain”
