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中国神童成哈佛最年轻正教授,又宣布加入美国国籍,他研究什么?

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中国学者尹希因放弃中国国籍移民美国而再次成为焦点,上一次成为新闻人物还是2015年9月他获聘“最年轻的华裔哈佛大学正教授”,实际上尹希入籍美国也是2021年的事,不知怎么突然又火了起来。


尹希被称为“神童”

在相当长时间里,尹希被人称作“神童”,不过他也确实对得起这个称号:12岁考入中国科技大学少年班,18岁以2万美元全额奖学金赴哈佛大学攻读博士,23岁获博士学位,25岁任哈佛大学助理教授,32岁晋升物理系正教授。算起来他已经在美国生活了21年,并在那儿结婚生子。

尹希一直留美的主要原因不只是在哈佛能拿到高工资,而是他研究的领域很“偏门”,有人说在全中国“找不出100个人”从事这项研究工作,这就是弦理论。


弦理论常以一维的弦扭曲成二维膜结构来解释微观粒子

也许有99.9%的朋友对弦理论都不了解,它太深奥了,甚至有些玄幻。但只要是科幻迷,就几乎没有不知道“多维空间”或“高维空间”的,这个多维空间就是弦理论对宇宙的描述。

传统物理认为,所有物体都有“长、宽、高”这三个维度,大到恒星和星系,小到原子、质子、电子,它们都是有尺度的“体”,微观粒子这些小的“体”组合在一起形成我们世界这个巨大的“体”,我们说空间是三维的。三维空间又在不断地变化,因此需要加上一个时间的维度:三维空间 + 一维时间,这就构成了我们的宇宙。


我们生活在四维的时空之中

在基础物理学中,宇宙不存在一维的点、线,也不存在二维的平面,所有物质都是由三维的体构成。点、线和面都是数学概念,是人类为了便于计算而创造出来的。

但基础物理学也有难以解决的深层次问题,我们用于探索宏观世界的“广义相对论”与研究微观世界的“量子力学”之间存在根本的冲突:对于微观粒子来说,引力太小,你无法用万有引力去解释原子核与电子之间的关系;而对于星系而言,电磁力几乎为零,我们同样不能用原子核内部的“强力”来诠释星系的运动。于是有些物理学家就试图寻找一种“大一统理论”,同时兼顾物质的微观状态和宏观运动。

但对于已经发展了几百年的基础物理学来说,弦理论是个很魔幻的理论框架。弦理论认为世界单纯由一维的“能量线”构成,这根能量线被称作“弦”,换句话说弦理论讲这个世界小到基本粒子大到恒星和星系,全是一根根一团团的线,而不是体,这与我们对世界的观察与理解相悖,是一种很疯狂的想法。


弦理论的世界

如果你就此认为搞弦理论的人都是“民科”,那就大错特错了。基础物理学源于对物质世界的观测,物理学家们通过各种仪器观察世界,做各种实验,通过计算找到规律,最后得出一系列的公理和定律。弦理论的学者们都是数学家,他们先假设了“弦”,再通过一系列极为复杂的计算来寻找它的规律,试图证明基础物理学家们认为“不存在的弦”可以通过振动、扭曲和运动产生出各种微观粒子,并实现能量与物质之间的转化——弦可以形成“膜”,膜构成世界,世界“至少有十个维度”。


尹希在讲二维共形场理论课程

通过这个尹希在2017年《二维共形场理论》课程(这节课长达1个半小时)中的讲课片段我们可以看出,他对弦理论的解释建立在一系列复杂算式推导的基础之上,这只不过是弦理论研究的一个缩影而已。

试图用数学方法来解释宇宙中宏观和微观的所有物理问题,这就是弦理论学家们一直努力做的事,他们取得了一部分成功,但距离最后的成功也许要几十年、几百年,也许永远不会成功。

但我们不能据此否定尹希和其他物理学者的成就,他们不仅用各种算式来追求真理,同时也在不断地培养一个个数学大脑,这些人将在许多领域为人类做出贡献。


尹希

2013年起,尹希受邀为中国科技大学物理学院讲授《超弦微扰理论》暑期班课程。尽管他认为哈佛大学是他研究物理学最好的地方,但未来“如果回来,我会和一群物理学家去国内发展科学”。

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