第一陳類等于零的二維復流形是有名的K3曲面,托爾羅夫(Todorov)用Calabi-Yau定理證明了其周期映射是滿射,蕭蔭堂利用Calabi-Yau度量證明了所有的K3曲面都是卡勒曲面。
而高維數(shù)的第一陳類為零的復流形的基本結構定理也隨之而來。
這些都是復幾何與代數(shù)幾何中著名的猜想,在卡拉比猜想證明之前,人們毫無辦法,望而卻步。
最令人驚奇的是上世紀80年代初,超弦學家們認識到第一陳類等于零的三維復流形,恰好是他們的大統(tǒng)一理論所需要的十維時空中的一個六維空間,這神秘的六維空間,在我們看不到的尺度里主宰著我們大千世界的千變?nèi)f化。
這個發(fā)現(xiàn)引發(fā)了物理學的一場革命。
物理學家們興奮地把這類流形稱為Calabi-Yau空間,Yau便是丘成桐的英文姓氏。
有興趣的朋友如果在Google中輸入Calabi-Yau,就會發(fā)現(xiàn)近40萬個條目。以至于不少物理學家都以為Calabi是丘成桐的名字。正如威滕(Witten)所言,在這場物理學的革命中,每一個有重要貢獻的人都會名揚千古。
復二維(或?qū)嵥木S)的“K3曲面”的第一陳氏類等于零(第6章會進一步討論K3曲面)。根據(jù)卡拉比猜想,這表示K3曲面就像環(huán)面一樣,可以支持黎奇平坦度規(guī)。但是和歐拉示性數(shù)為零的二維環(huán)面不同,K3曲面的歐拉示性數(shù)是24。這里的重點是,雖然在復一維時,歐拉示性數(shù)等于第一陳氏類,但在較高維度時,兩者間可能有極大差異。
很顯然,弦論需要的是更復雜的幾何形體,在葛林與史瓦茲成功化解宇稱破壞的問題之后,尋找這個幾何空間就變成當務之急。因為只要找到卷曲額外六維的適當流形,物理學家就可以放手做一些真正的物理學了。最初的嘗試也是在1984年,葛林、史瓦茲,以及倫敦國王學院的魏斯特(Peter West)決定檢視“K3曲面”,這是數(shù)學家已經(jīng)研究超過一世紀的一大類復流形,更何況我證明的卡拉比猜想,顯示這些曲面上存在黎奇曲率為零的度規(guī),因此K3曲面當時更吸引物理學家的注意。史瓦茲回憶說:“我理解的是,為了確定我們居住的較低維空間不具有正宇宙常數(shù),這個緊致空間必須是黎奇平坦的,這是當時大家認定的宇宙事實?!保ê髞碛捎诎的芰康陌l(fā)現(xiàn),意味著宇宙常數(shù)是一個非常小但卻是正值的數(shù),弦論學者設計了一個比較復雜的方法,從緊致黎奇平坦空間,推導出我們四維世界的微小宇宙常數(shù),這是第10章討論的主題。)
K3曲面的名稱既暗示它猶如世界第二高峰K2峰那么崇高,又表示三位探討這個空間的數(shù)學家:庫默(Ernst Kummer)、前面提到的凱勒以及小平邦彥(Kunihiko Kodaira)。不過K3曲面只是實四維(復二維)的流形,和弦論需要的六維不合,葛林、史瓦茲、魏斯特之所以選擇K3曲面作為初始的研究目標,部分原因是有位同事告訴他們,已經(jīng)沒有更高維的類似流形了。盡管如此,葛林說:“我自己絕不認為我們可以厘清這個問題……即使我們當時能得知正確的訊息(即存在類似黎奇平坦K3的六維流形)也一樣。”史瓦茲補充說,拿已被研究透徹的K3曲面做嘗試,“并不是真的是要進行緊致化,我們只是試試玩玩,看看能得到什么,看它和反常消除能怎么結合”。從此以后,K3曲面一直是弦論學者重要又常用的緊致化“玩具模型”
K3曲面也是探討弦論對偶理論的基本模型.