在某一页的底部,哥德尔用普通德文写了一句简短的话:
“如果存在一个模型,其中连续统是?2,那么必然存在某种对称性,使所有实数集都具有某种不变性质。但这样的对称性会破坏选择公理。”
肖宿盯著那句话,思绪一顿。
他之前在证明孪生素数的时候,將筛法问题转化为群表示论的上同调计算,然后利用表示刚性导出了必然性。
哥德尔当年也在想类似的事情。
只是他想的不是素数分布,而是实数集的对称性。
他试图用某种“不变性质”来刻画模型的结构,但被选择公理挡住了。
后来科恩用力迫法绕过了这个障碍,而哥德尔的手稿里,藏著另一条没有走通的路。
肖宿的手轻轻翻过一页。
后面有几页是关於旋转宇宙的草图。
哥德尔画了一个示意图,试图表现在一个整体旋转的宇宙中,光线是如何沿著闭合类时曲线返回过去的。
那些草图画得很隨意,但展现出来的几何直觉令人震惊。
肖宿合上box 4a,拿起了哥德尔-爱因斯坦的通信。
爱因斯坦的信纸中,抬头上印著“普林斯顿高等研究院”。
日期是1949年4月15日。
他的的笔跡潦草而有力,大部分使用的是德语,偶尔夹杂著几个英文单词。
他快速扫过內容,目光停在了中间的一段文字上:
“lieber g?del,
ihre l?sung der feldgleichungen ist mathematisch einwandfrei. aber die physikalische interpretation macht mir sorgen. wenn zeitreisen m?glich sind, dann ist die kausalit?t verloren. und ich glaube an die kausalit?t.”
“亲爱的哥德尔,您的场方程解在数学上无可挑剔。但物理解释让我担忧。如果时间旅行是可能的,那么因果性就完了。而我相信因果性。”
哥德尔的回信很冷静,逐条分析了爱因斯坦的论证。
他承认时间旅行在物理上可能带来悖论,但他指出,这些悖论在数学上可以被严格定义,不一定就会导致导致逻辑矛盾。
最后他写下了自己的一个独特的想法:
“die zeit ist kein kontinuum, sondern eine mannigfaltigkeit.”
“时间不是连续统,而是一个流形。”
肖宿看著这句话,眼睛一亮,敛眸思索了一会儿。
他似乎想到了別的什么。
之后,在1949年5月,爱因斯坦寄来的回信中这样的写到:
“ihre argumente sind logisch konsistent. aber ich fuhle, dass etwas fehlt. vielleicht ist die geometrie nicht die ganze wahrheit.”
“您的论证在逻辑上一致。但我感觉少了些什么。也许几何並不是全部的真相。”
哥德尔和爱因斯坦的爭论,本质上是关於“几何”与“动力学”的关係。
爱因斯坦相信几何足以描述一切,所以他后半生都在追求统一场论。
哥德尔则更谨慎,他认为几何可能只是表象,更深层的是逻辑结构。
但肖宿觉得不这些都不够完善。
最近他一直在思索ns的通解,这个问题十分复杂。
ns方程的解是否存在奇点?
奇点附近会发生什么?
这些问题需要的不是纯粹的几何直觉,也不是纯粹的代数技巧,而是一种能把几何、分析、代数结合起来的框架。
从量子力学的数学基础,到广义相对论的几何结构,再到统计力学的相变理论。
那些领域和数学交织在一起,边界十分模糊,但也正是这种模糊的地方,往往藏著新的洞见。
他合上哥德尔-爱因斯坦的通信档案盒,在登记表上签字,然后站起来走向另一个书架。
管理员看到他的动作,轻声问:“需要帮助吗?”
“赫尔曼·外尔的档案。”
他想知道,这位横跨数学与物理的哲人,在这样一篇混沌中是如何思考的。
从《空间-时间-物质》中对广义相对论的数学奠基,到后来规范场论中“尺度不变性”的执著尝试,外尔一生都在探索几何与物质的深层关联,他始终试图用更精细的数学结构来捕捉自然的统一性。
肖宿觉得,外尔或许不会像爱因斯坦那样坚信几何的终极性,也不会像哥德尔那样退守逻辑的纯粹性。
管理员点点头,很快取来另一个档案盒。
外尔的手稿比哥德尔的整齐得多。
他的字跡清晰优美,每一页都標註了日期和编號,公式推导工整,几乎可以直接付印。
但仔细看,还能再页边看到铅笔写的批註,有些地方被划掉重写,有些地方还画了小小的几何示意图。
肖宿翻到1931年前后的部分。
那是外尔写《群论与量子力学》的时期。
手稿里有大量关於李群表示论的推导,尤其是旋转群so(3)和su(2)的表示。
那些內容后来成了標准教材,但手稿里有一些细节没有出现在最终版本中。
比如一页关於“规范场”的早期笔记。
外尔用德语写道:
“如果我们將相位变换局部化,那么必须引入一个补偿场,类似於广义相对论中的联络。这个场的变换规律与电磁势完全相同。也许麦克斯韦方程就是这种局部相位不变性的几何结果。”
下面画了一个示意图,试图表现纤维丛上的平行移动。
肖宿盯著那页笔记,脑子里飞快地闪过一系列图像。
纤维丛、联络、曲率、规范场……
这些概念后来成了杨-米尔斯理论的基础,也是粒子物理標准模型的数学语言。
外尔在1931年就已经触摸到了这些思想,只是当时量子力学还在发展,群论还没成为物理学家的標准工具。
他翻过几页,看到另一段更抽象的推导。
外尔试图把规范场的思想和爱丁顿的仿射场论结合起来,构建一个统一理论。
他写了一大串张量方程,然后在下面划了一条线,写了一个词:“noch nicht klar.”(还不清楚。)
而那正是肖宿现在面对的问题。
ns方程、量子场论、广义相对论……
这些理论各自成功,但彼此之间的缝隙太大了。
要用一套统一的数学语言描述它们,需要的不仅是物理直觉,更是深层的数学结构。
外尔当年想做的,和肖宿现在想做的,在结构上是同构的。
如何用群论描述对称性?
如何用几何描述动力学?
如何在奇点附近找到合理的近似?
这些问题没有標准答案,只有前人在思考尽头留下的笔跡,让我们看到他们是如何被困住,又如何绕路,如何最终抵达。
肖宿往后翻,看到一页画满了示意图的草稿。
在这里,外尔试图表现三维旋转群so(3)和二维酉群su(2)之间的同態关係。
那种对应是李群表示论的核心,也是他在自监督学习研究中频繁使用的工具。
他合上档案盒,在笔记本上写下几行字:
“外尔:规范场→联络几何。
哥德尔:时间流形→逻辑结构。
爱因斯坦:几何统一→因果性困境。
如何描述奇点附近的对称性破缺?
可能与ns方程的解存在性相关。”
他看了看时间,已经到了日暮时分。
肖宿站起来,把档案盒放回原处,在登记表上签了字。
管理员轻声问:“明天还来吗?”
“嗯。”
肖宿走出善本室,沿著走廊回到电梯。
他脑子里还縈绕著那些手稿里的痕跡。
那些痕跡没有给出答案。
但前人思考的问题,和他现在思考的问题,是同一个问题的不同侧面。
关於对称性,关於奇点,关於如何用数学描述这个世界的底层结构。
肖宿现在面对的问题,和他们的爭论有某种同构性。
走出图书馆,德利涅正站在台阶上等他。
“怎么样?”
德利涅问。
肖宿沉默了一会儿,然后说:
“他们的方法都很好。但有些问题,他们只是刚刚开始。”
德利涅看著他,眼里有一点光闪过。
“那你呢?”
肖宿抿了抿唇,没有回答。
第142章 他们只是刚刚开始
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