刚刚，物理学或将迎来大变天：统治了我们半个多世纪的费曼图，可能要被一种神秘的“宇宙几何”取代了！

你没听错，这是两位顶尖女数学家——克劳迪娅·费沃拉（Claudia Fevola）和安娜-劳拉·萨特尔伯格（Anna-Laura Sattelberg）——发表在《美国数学学会会刊》上的惊人发现。她们的研究指出，从最微小的粒子碰撞到浩瀚宇宙的起源，其背后的终极秘密，可能并非一套复杂的公式，而是一个完美的几何形状。

几十年来，物理学家们一直在两套看似无法调和的理论之间挣扎：描述宏观宇宙的广义相对论和掌管微观世界的量子场论。而现在，数学家们可能找到了连接这两者的“圣杯”——正几何（Positive Geometry）。

◆ 01 昔日王者：费曼图的辉煌时代

要理解这场变革有多颠覆，我们得先认识一下曾经的“王者”——费曼图。

如果你看过《生活大爆炸》，你一定对谢耳朵办公室里那些画着各种粒子碰撞的涂鸦不陌生。那不是乱画，那就是费曼图。自20世纪中叶以来，它就是粒子物理学家的“标准答案”。

简单来说，费曼图把复杂的粒子相互作用过程，变成了一张张直观的简笔画。每个点、每条线都对应着一个复杂的数学积分。物理学家通过计算这些积分，就能得出粒子散射的概率。可以说，没有费曼图，就没有现代粒子物理学的大厦。

但问题是，这些计算极其繁琐，随着粒子数量和相互作用复杂度的增加，计算量呈指数级爆炸，让最强大的超级计算机也望而却步。物理学家们一直在寻找更简洁、更根本的描述方式。

◆ 02 新的挑战者：宇宙的答案是“形状”？

现在，数学家们带着“正几何”登场了。

这个理论的核心思想简直可以用“大道至简”来形容：粒子相互作用的最终结果，可能直接对应某个高维几何体的“体积”。

比如，你不再需要进行那些令人头秃的积分计算，只需找到那个代表特定粒子碰撞的、独一无二的几何形状，然后算出它的体积，就能得到物理学家梦寐以求的答案。

这个领域的明星代表就是2013年被提出的“振幅多面体”（Amplituhedron）。它就像一个高维度的水晶，其特定部分的体积精确地给出了粒子散射的概率。这不仅是计算上的捷径，更暗示了一个深刻的物理现实：

时空和概率这些我们习以为常的基本概念，可能都只是这个更深层几何结构的“投影”。

这就像我们看皮影戏，我们看到的是二维的影子在移动，但背后真正驱动一切的是三维的皮影人偶。费曼图描述的是“影子”的运动，而正几何则试图直接抓住背后的那个“人偶”。

◆ 03 从粒子到宇宙：一张几何蓝图绘到底

如果说正几何仅仅简化了粒子物理的计算，那它还不足以“改写定律”。真正令人震撼的是，这套理论似乎同样适用于宇宙的另一端——宏观宇宙学。

科学家们如何研究宇宙的起源？他们会分析宇宙中最古老的光——“宇宙微波背景辐射”，也就是宇宙的“婴儿照”，以及今天星系的分布模式。

而最令人吃惊的是，数学家们发现，描述宇宙早期状态的“关联函数”（correlators），也可以用一种名为“宇宙学多胞体”（cosmological polytopes）的正几何体来表示！

这意味着什么？这意味着，从最小的粒子到最古老的光芒，宇宙似乎在用同一种几何语言对自己进行书写。无论是粒子加速器里瞬间发生的碰撞，还是138亿年前宇宙大爆炸的余晖，它们背后的数学结构竟然是相通的。这为我们描绘了一幅前所未有的统一图景。

◆ 04 为什么这是一场革命？

费沃拉和萨特尔伯格的研究，正处于这场革命的前沿。她们的工作融合了代数几何、D-模理论和组合数学等多个高深的数学领域，为这个新兴的“正几何”框架提供了坚实的数学基础。

这项工作的重要性在于：

提供了统一的语言：正几何有望成为同时描述微观粒子和宏观宇宙的通用语言，向着物理学的“终极理论”迈出了重要一步。

揭示了更深的现实：它暗示我们所处的时空和物理规律，可能都是更深层、更纯粹的几何结构的表现。

推动了数学与物理的融合：这项研究得到了欧洲研究理事会（ERC）“UNIVERSE+”等重大项目的支持，吸引了全球顶尖的数学家、粒子物理学家和宇宙学家共同探索，真正实现了跨领域的强强联合。

当然，正如作者们所强调的，正几何还是一个非常年轻的领域，许多细节仍需完善和验证。但它所展现的巨大潜力，已经足以让我们对物理学的未来充满期待。

正几何，或许就是那把能同时解锁微观粒子和宏观宇宙的万能钥匙。

我们可能正站在一个新物理学时代的黎明。

参考文献：
Claudia Fevola and Anna-Laura Sattelberger. Algebraic and Positive Geometry of the Universe: From Particles to Galaxies.
Notices of the American Mathematical Society, Algebraic and Positive Geometry of the Universe: From Particles to Galaxies. 2025.13

出处：头条号 @徐德文-老徐和小徐