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量子物理寶石幾何結構
　　近日物理學家報告稱發現了類似寶石的幾何物體，它能夠極大的簡化對粒子交互作用的計算并挑戰了時間和空間是現實的基本組成部分的概念。“這是完全新穎而更簡單的方法，”英國牛津大學數學物理學家安德魯-霍季斯(Andrew Hodges)這樣說道。
　　它揭示了粒子相互作用——作為自然界最基本的事件——可能是為了重造量子場論而付出長達十多年的努力產生的幾何學高度發展的結果，量子理論是用于描述基本粒子和它們之間相互作用的理論。在此之前計算粒子相互作用需要運用包含上千個術語的數學方程式，現在可以通過計算相應的寶石“Amplituhedron”新多維幾何結構的量來描述，且它只會產生相當于一個術語的表達。
　　“這種效率性真是令人難以置信，”美國哈佛大學的理論物理學家雅各布-布杰利（Jacob Bourjaily）這樣說道，他還是描述這一新穎觀點的兩篇文章其中一篇的作者。“你可以輕易的在紙上進行之前用計算機無法實現的計算。”
　　量子場論的新幾何版本還能夠幫助尋找能夠無縫連接大規模和小規模宇宙的量子引力理論。目前為止從量子規模將引力結合進入物理定律的嘗試都遭遇了荒謬的無限性和深度悖論。這個Amplituhedron，或者類似的幾何物體，將幫助移除兩大根深蒂固的物理定律：位置性和統一性。
　　“兩者已經深深的根植于我們思考事物的常規方式，” 美國新澤西州普林斯頓高等研究院的物理學教授尼瑪-阿卡尼-哈馬德(Nima Arkani-Hamed)這樣說道，他也是這兩篇新文章的首席作者。
　　位置性指的是粒子只能在時間和空間的臨近位置發生相互作用，統一性是指一個量子力學相互作用的所有可能結果的可能性總和為1。這些概念是量子場論的中央支柱，但在某些情景里也涉及引力，兩者都會發生分解，這暗示著沒有一個是自然的基本方面。
　　研究粒子相互作用的最新幾何方法從開始的假設里移除了位置性和統一性，Amplituhedron并非建立于時空和可能性，這些特性僅僅作為寶石幾何學的結果出現。常見的時空以及環繞運行的粒子只是一個設想。“這種更好的構想使得你會從完全不同的角度看待事物，”英國劍橋大學的理論物理學家大衛-斯金納（David Skinner）這樣說道。
　　Amplituhedron本身并不描述重力，但阿卡尼-哈馬德和他的同事認為可能存在另一個相關的幾何物體描述重力，它的特性將解釋粒子為什么存在，以及它為何隨著時間的推移似乎在三維空間里移動。由于“我們知道最終我們將需要找到一個沒有位置性和統一性的理論，” 布杰利說道。“這是描述引力量子理論的起點。”
　　Amplituhedron像一個更高緯度的精密多面的寶石，它里面包含能夠被計算的現實的基本特性——散射振幅，它代表一個特定粒子集在碰撞后變成某種其它粒子的可能性。這些數目便是粒子物理學家計算并在類似大型強子對撞機的粒子加速器里進行高精度測試的對象。
　　這個用于計算散射振幅的60年歷史的方法是由諾貝爾獎獲得者物理學家理查德-費曼(Richard Feynman)提倡的。他繪制了所有散射過程可能發生方式的線圖并總計了不同方式的可能性。最簡單的費曼圖表看起來像棵樹：碰撞中的粒子聚集在一起，類似樹根，產生的粒子則像樹枝一樣分散開來。更加復雜的圖表則有回路，碰撞的粒子會變成不可見的“虛擬粒子”，彼此相互作用直到伸出真正的最終產品。圖表可能有一個回路、兩個回路甚至多個回路——越來越多的散落過程的巴洛克式迭代對最終振幅的貢獻只會越來越少。虛擬粒子從未在自然界內被發現過，但它們從數學角度上來說是實現統一性所必不可少的。
　　“費曼圖表的數量是如此巨大以至于即使非常簡單過程的計算也無法進行，直到計算機時代的到來才改變這一現狀。” 布杰利說道。一個看似簡單的事件，例如兩個名為膠子的亞原子粒子碰撞產生四個更少能量的膠子（這在大型強子對撞機里每秒要發生幾十億次），涉及220個圖表，它們共同產生了上千個術語用于計算散射振幅。到1986年，費曼的設備魯布-戈德堡機械(Rube Goldberg machine)已經變得日益明顯。魯布-戈德堡機械指的是一種被設計得過度復雜的機械組合,以迂回曲折的方法去完成一些其實是非常簡單的工作。
　　為了準備建造超導超級對撞機（這一項目隨后被取消），理論學家希望計算出已知粒子相互作用的散射振幅以確定一個背景，使得有趣或者外來的信號能夠凸顯。但是，即使是兩膠子至四膠子的過程也是如此復雜，一組物理學家兩年前就已經寫道“他們在可見的未來可能也無法評估這一過程。”
　　美國伊利諾伊州美國能源部費米國家加速器實驗室的理論學家斯蒂芬-帕克（Stephen Parke）和湯米-泰勒（Tommy Taylor）認為這一陳述是項挑戰。他們利用了少數數學技巧將2膠子-4膠子的振幅計算從幾百萬個術語簡化到只有9頁長的方程式，而這是20世紀80年代的計算機能夠處理的。然后，基于他們在其它膠子相互作用中觀察到的散射振幅樣式，帕克和泰勒想了一個更簡單的一術語表達，經電腦證實后者相當于9頁的方程式。
　　換句話說，量子場論的傳統機械——往往涉及幾百個費曼圖表，帶有上千個數學術語——模糊了某些本來更簡單的事物。正如布杰利所言：“你為什么要將上百萬的事物相加，如果結果僅僅是一個功能而已？”“在那時我們就知道我們得到了一個重要的結果，我們當時就知道了，但問題是我們該如何處理它呢？”

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