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当π遇见黑洞, 拉马努金公式与共形场论, 藏着宇宙规律

发布日期:2025-12-18 07:56    点击次数:136

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印度科学研究所高能物理中心的辛哈团队在《物理评论快报》发了篇论文,说他们发现110年前那个叫拉马努金的印度数学家留下的π公式,居然和描述黑洞、湍流这些复杂物理现象的对数共形场论能对上。

这个发现让不少物理学家拍案叫绝,你敢信?一个纯数学公式,隔了百年竟成了破解宇宙奥秘的钥匙。

从数学公式到宇宙密码,拉马努金的直觉跨越百年

拉马努金这辈子没接受过系统的数学教育,全靠自学。

1887年出生在印度贡伯戈讷姆,家里穷,连纸都买不起,他就拿石板写字,拿沙子当草稿纸。

但这人脑子里像装了台超级计算机,13岁就能自己推导三角函数公式,15岁啃下大学数学教材,还在空白处写满自己的发现。

1913年,26岁的拉马努金给英国数学家哈代写了封信,里面塞了120个没证明的数学公式。

哈代收到信的时候,估计以为是谁的恶作剧。

但当他看到那些关于素数分布、模形式的公式时,一下子坐不住了这些公式里藏着的数学思想,连当时顶尖数学家都没摸到边。

就是这样一个没受过正经训练的数学家,1914年在论文里随手写下17个π的计算公式,当时没几个人当回事。

谁能想到,百年后这些公式成了超级计算机的“导航图”。

现在用来算π到200万亿位的丘德诺夫斯基算法,根儿上就来自拉马努金的公式。

这公式厉害在哪儿,传统方法算π,算100位可能要迭代几十次,他的公式迭代一次就能出14位精确值,简直是数学界的“快充技术”。

拉马努金自己说,这些公式是梦里女神告诉他的,这话在当时听着就像胡扯。

但现在回头看,他那些公式里藏的不只是数学,更像是宇宙的底层代码。

辛哈团队这次研究就发现,他的π公式里那些特殊的系数和结构,跟描述黑洞视界附近物理状态的对数共形场论模型,居然能完美贴合。

当π遇见黑洞,共形场论里的数学回响

共形场论这东西,听着玄乎,其实就是研究那些“怎么放大缩小看着都一样”的物理系统。

比如水烧开到临界点时,液态气态界限模糊,这时候的状态就具有共形对称性。

你拿显微镜看局部和用望远镜看整体,结构长得差不多,这就是尺度不变性。

拉马努金的公式怎么会跟这扯上关系,辛哈和巴特团队一开始也没想明白。

他们本来是想从纯数学角度推导公式的物理意义,折腾了半年没进展。

后来换了个思路,把公式里的系数当成物理系统里的参数,建了个模型模拟黑洞周围的辐射场,结果发现计算出来的关联函数,跟对数共形场论里描述霍金辐射的数据几乎重合。

这还不是个案,研究团队还发现,公式里的级数结构能解释湍流形成的过程。

你看河水流动时,大漩涡套小漩涡,小漩涡再套更小的漩涡,这种多层级的混乱状态,用传统物理方程很难算准。

但把拉马努金公式里的收敛结构套进去,计算效率一下子提高了30%,误差还更小了。

最让人觉得不可思议的是黑洞热力学,霍金当年提出黑洞会辐射能量,但具体辐射强度怎么算,一直是个难题。

直到辛哈团队用拉马努金公式里的模形式结构重新构建了二维共形场论模型,才发现黑洞熵的计算居然能简化成一个类似π的级数求和。

这种数学和物理的跨世纪呼应,比科幻小说还精彩。

数学预见物理的千年传统,在拉马努金这里到了新高度。

历史上黎曼几何等了半个世纪才被广义相对论用上,群论熬了百年成了粒子物理的工具,但拉马努金的独特之处在于,他是在完全没有物理背景的情况下,仅凭数学直觉就摸到了宇宙规律的边。

他生前留下的2.5万页笔记,现在看来简直是给未来科学家留的藏宝图。

里面提到的mocktheta函数,前几年被弦理论学家用来描述量子黑洞的微观状态,分拆函数则成了研究时空维度离散化的关键工具。

这些当年被认为“没用”的纯数学游戏,现在全成了物理研究的香饽饽。

现在科学界有个共识,拉马努金那些没被破解的公式里,可能还藏着量子引力、暗物质这些未解之谜的答案。

印度科学研究所已经启动了笔记数字化工程,准备用AI挨个分析公式的物理意义。

说不定再过十年,我们又能看到某个“拉马努金公式”和新的物理发现撞个满怀。

说到底,数学到底是人类发明的工具,还是宇宙本身就有的规律?拉马努金的故事似乎在告诉我们,有些数学真理就像埋在地下的石油,早就在那里,等着人类去开采。

而那些像他一样拥有“直觉天线”的数学家,就是最早闻到石油味的探矿者。

从1914年的草稿纸到黑洞模型,拉马努金用一个π公式,给我们搭了座跨越百年的桥,桥那头,是更广阔的宇宙奥秘。



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