第508章 營養跟不上了
被沈奇點名的數院男生上台,小伙子胸有成竹拿起粉筆,刷刷刷奮筆疾書。
男生使用中學代數知識創建了一系列有規律性的等式:
(1-x)(1+x)=1-x^2
(1-x)(1+x+ x^2)=1-x^3
(1-x)(1+x+ x^2+ x^3)=1-x^4
男生將括號打開依次展開,正負x的1次方、2次方、3次方相互抵消。
之後是一波行雲流水的操作,男生得到等式:1+2x+3x^2+4x^3+……=1/(1-x)^2
《數論史》中記載,歐拉當時取上式中的x=-1,得到1-2+3-4+5-6+……=1/4
雖然數字的絕對值不斷變大,但由於正負號的存在而相互抵消,所以得到了1/4。
這是條件收斂法,數院男生就是這麼做的,他繼續將偶數位的總和擴大到2倍,再將等式兩邊都除以-3,最終推導出1+2+3+4+5+……=-1/12。
「謝謝這位同學。」沈奇滿意男生的答案,轉而面向全體同學問到:「歐拉用無窮多的正整數相加,得到一個負數,他究竟想表達什麼?」
有同學說到:「所謂無窮大,就是不知是正還是負。」
「OK,回答正確。歐拉最初賦予無窮大的意義,對當時的數學的意義不大,但對200多年後的數學和物理意義重大。」沈奇在黑板上寫出幾個簡單的式子。
沈奇把-1/12這個歐拉公式代入光子的能量公式中,於是光子的能量=2-(D-1)/12
令D=25
則2-(25-1)/12=0
「D就是維度,所以令人震驚的結果產生了,基於18世紀的歐拉公式,我們發現,在25維空間中,光子的質量為0!」沈奇講課的思維跳躍性很強,一下子從18世紀穿越到了20世紀。
「這麼吊?」
「我營養跟不上了,我喝點營養快線。」
同學們聽的很過癮,然而不是每一個人都能立即跟上沈奇的教學思路。
「歐拉公式與20世紀前半段提出的相對論並不矛盾,與20世紀後半段提出的弦理論同樣吻合,下面我們進入高維空間的部分。」沈奇講課天馬行空,他以一部小說引出歐拉公式,讓一位同學用奧數競賽的方式證明歐拉公式,然後過渡到25維空間、相對論和弦理論。
「弦理論適用於25維以內的空間,超弦理論只適用於9維以內的空間。」
「換個說法吧,根據超弦理論的觀點,我們所在的空間不是普通的三維空間,而是超空間。」
「在超空間中,除了普通的數字確定的坐標之外,還存在以格拉斯曼數表示的額外維度。」
「在I型超弦理論中,提到了32維的旋轉對稱性。」
「而規範場論規定,圓的旋轉對稱性就是電磁力的規範對稱性。」
「另外,在擴充了電磁力規範場論的楊-米方程理論中,高維度空間的旋轉對稱性就是規範對稱性。」
「一旦超對稱性預言的粒子被我們發現,就會打開驗證超弦理論的新道路,這將刷新人類對空間的認知。」
「有同學提到了LHC和希格斯玻色子,我要說明一下,希格斯玻色子的發現,證明了電磁力和弱力之間的對稱性會發生自發破缺,它是『上帝粒子』,但我們依然需要比『上帝』更有說服力的證據。」
……
沈奇越講越高深,這已經不是高等代數了,而是一門融合了代數、相對論、高維度物理的綜合性課程。
同學們原本在做筆記,此刻他們啥也不做了,就是坐著聽課。
一位年輕講師小聲嘀咕:「沈教授這課講的很過癮,觸及到了數學和物理的終極理論,然而大一學生能完全聽懂嗎?」
「大一學生如果能聽懂,他們本科畢業後就可以直接當教授了。」旁邊的一位助教心說,大一學生能聽懂個毛線哦,這節課的信息量太大了。
如果要解釋一個專業術語,那麼將涉及到更多的專業術語,這需要聽課者具備極其深厚的理論知識儲備。
很明顯,即便是在同齡人中出類拔萃的燕大本科一年級學生,也很難儲備如此巨量的知識信息。
沈奇也不管學生們能不能聽懂,他就按他的方式講課。
學生們的表情是刺激與懵逼共舞,痴迷與痴呆齊飛。
聽的爽歪歪,但具體是爽到哪裡了,歪歪在何處,學生們也說不清楚。
還有10分鐘下課,沈奇強行收尾,他在最後時刻施展出光一般的手速,以超乎想像的速度寫滿了一黑板符號。
這年頭都是多媒體教學,老師們習慣了播放PPT講義,「敲黑板」逐步演變為一種代名詞,代表著重點內容、重要考點。
沈奇做報告做演講,也都是PPT形式播放,唯獨上課,他喜歡傳統的黑板模式。
黑板模式有幾個好處,一是可以練字兒,二來給同學們一定的思考時間,老師寫黑板的時候,學生有時間消化吸收知識。
看著滿黑板的數學符號,大多數學生依舊是痴迷+痴呆狀態,不知道沈教授寫的是什麼,總而言之感覺很厲害的樣子。
剛才那位上台做證明的男生拍案而起,他特別激動:「這……這是黎曼zeta函數!」
沈奇望向男生:「喲呵,你很強啊小伙子,是的,這是黎曼zeta函數,所以呢?」
「所以……所以……」這位男生知其然不知其所以然,卻仍是全教室最聰明的一位學生。
「所以我們回到了這節課的主題——數學,再天花亂墜的東西,最終也要依靠數學來解釋。黑板上寫的內容,是用黎曼zeta函數來證明正整數無窮相加得負數的歐拉公式,將這個結果代入光子的能量公式,你們會發現……」
「哦,下課了,這是我留給你們的課後作業,請大家在課後思考一個最基本的數學問題,複數s的函數的實部比1大,會推導出怎樣的結果?」沈奇以黎曼zeta函數結束了這節高代課,這節課的信息量確實很大,但沒關係,只要學生能聽懂最後5分鐘就行了,整節課的精華就是最後5分鐘。
萬一學生連最後5分鐘也沒聽懂那咋辦?
那就得請教老師呀。
下課後,學生們將沈奇團團圍住虛心請教。
(本章完)