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从牛顿发明微积分，到爱因斯坦提出相对论，物理研究逐渐从“实验-理论”转为“理论-实验”，数学也在研究中发挥着越来越重要的作用，甚至弦理论完全就是在数学中发展起来的。数学推动着理论物理大踏步前进，然而我们很少听说物理对数学做出了什么贡献，不过最近，三位物理学家却在物理研究中，意外发现了一个简单的数学方程式，或将打开通往未知世界的大门。 这三位物理学家是美国费米国家加速器实验室的斯蒂芬·帕克，芝加哥大学的张西宁和布鲁克海文国家实验室的彼得·丹顿，他们从事着中微子的研究，需要计算中微子振荡的概率。中微子存在三种不同的“味”，即电中微子（νe）、μ中微子（νμ）以及τ中微子（ντ），在传播过程中，中微子会在这3种味间不断变化，就像一位漂亮的姑娘穿着魔法衣服向你飞奔而来，一会儿红色，一会儿黄色，一会儿蓝色，让你眼花缭乱。好吧，这个比喻可能有点不太恰当，应该说你看见一位漂亮的姑娘向你飞奔而来，但跑来的过程中，你却发现她在3个不同的姑娘间不断变化，一会儿是电薇薇，一会儿是缪薇薇，还有一会儿陶薇薇，不怎么好形容，粒子的世界确实不好理解。总之，这就是中微子振荡。 科学家们用一个非常复杂的三阶矩阵来描述这些姑娘间幽灵般的变换，以测算她（们）扑到你怀抱时，究竟是电薇薇、缪薇薇还是陶薇薇，这就叫根据特征值求解特征向量。以前的办法是先求解特征多项式，找到特征值，再得出特征向量，非常复杂。三位物理学家发现，三位姑娘（特征向量）之所以不断变换，是因为她在奔跑的过程中喜欢跳舞，一会儿旋转，一会儿跳跃，一会儿匍匐，不同的状态（味）看起来就像是三个不同的姑娘。三位物理学家想，哎，也许不用管她蹦蹦跳跳的，只要知道她刚开始的特征值，就可以知道她是什么“味”了。于是他们删除了原始矩阵的行和列，创建了一个小矩阵，再和原始矩阵组合起来，结果只用一个方程式，就获得了特征向量。 由于在任何论文中都没有这个方程式，他们认为可能发现了新的基础数学事实，但又不敢相信，于是不顾菲尔兹奖获得者、天才数学家、加州大学洛杉矶分校教授陶哲轩主页上不欢迎随便打扰的警告，给他发送了一封电子邮件，称偶然发现了一个方程式，如果它是正确的，将会在线性代数中一些最基本和最重要的对象之间建立出乎意料的联系。 陶哲轩刚开始不相信是真的，因为这个方程式太短、太简单、太好了，如果是真的，早就应该存在于教科书中了。但仔细审视后，他发现这个方程式意义巨大，因为小矩阵的特征值编码了隐藏的信息，以后不需要知道矩阵中的任何元素，就可计算出任何东西了。10天后，陶哲轩和三位物理学家一起发表了一篇论文，公布了这一新的方程式。俄亥俄州立大学的粒子物理学家约翰·比科姆称，这个方程式具有广泛的应用，谁知道它将打开怎样的一扇门。 当然，可以肯定的是，这个方程式可以大大简化并精确计算中微子的振荡概率，或许会对科学家们寻找宇宙大爆炸后反物质究竟去哪儿了有所帮助。因为中微子和反中微子之间的差异，可能是导致宇宙大爆炸后物质多于反物质的主要原因，是我们这个宇宙，包括我们之所以存在的根本。 精彩回顾： 徐德文5分钟科学频道公众号：xudewen028，最新、最前沿、最有趣！ |
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