本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文
也許您從沒有聽說過這個名字——艾米·諾特，一位出生於19世紀末的德國女性數學家。也許您會認為，歷史上有很多傑出的女性科學家，她又有何特別呢？我的回答是：艾米·諾特的工作徹底改變了我們理解宇宙的方式，當你看到宇宙暴脹理論、超對稱粒子、廣義相對論、量子理論、弦理論以及未來的萬有理論等等這些科學理論時，都不應該忘記艾米·諾特，因為正是她創造了著名的諾特定理，而諾特定理是所有這些現代理論的核心概念，是現代物理學的基礎。
青年艾米·諾特也許這樣說並不能讓你加深對這位女性科學家的印象。是的，艾米·諾特於1935年去世，距今已經84年。如今，除了那些專業的物理學家，很少有人知道她，那是她個人的悲哀，也是那個時代的悲哀，因為在20世紀初，即使在西方，女性的社會地位也很低，而在充滿雄性荷爾蒙激素的科學界，給予女性的只有數不盡的障礙，即使是最偉大的思想，也往往很輕易地被忽視。下面先簡單介紹一下她的生平，這樣可以讓大家對她有更多的了解。
晚年艾米·諾特1882年，艾米·諾特出生於德國埃爾朗根，她的父親是一位猶太裔知名數學家，執教於埃爾朗根大學。小時候的諾特並沒有表現出特別的數學天賦，但是她往往能解決一些其他同齡孩子不能解決的問題。那個年代的德國，女性受到很多歧視，甚至不能成為正式的大學生。到了1904年，歧視女性的政策有所改變，諾特正式進入大學學習，並在1907年獲得了博士學位。但是，作為一位女性，諾特很難獲得一個有收入的學術職位，因此她從事了數年沒有薪金的工作，這是時代決定的，諾特無法改變。
諾特定理1922年，諾特進入哥廷根大學，由於她是女性，又是猶太裔身份，僅獲得了一個非終身的、沒有薪金的名譽教授頭銜。到了1923年，情況略有好轉，她可以從學生的學費中支取微薄的薪金，用以維持極其簡樸的生活。儘管受到了不公正的對待，但是諾特對學術的嚴謹態度以及她個人散發出的人格魅力，使她深受同事和學生的尊敬和愛戴。但好景不長，1933年，諾特被德國納粹驅趕，在顛沛流離中乘船來到了美國，進入了賓夕法尼亞州的布林莫爾學院工作。兩年之後的1935年，因為手術併發症，諾特不幸離世，享年53歲。
諾特定理描述物理規律中的對稱性諾特在有生之年，開創了一門名為「抽象代數」的數學學科，不僅如此，在如今的數學文獻中，都可以見到「諾特環」、「諾特群」和「諾特模」等等重要的數學概念。諾特走的是一條完全獨立的數學道路，因此她的研究被稱為「諾特學派」，她本人更被譽為「抽象代數之母」和「現代數學之母」。在物理學上，諾特提出了後來享譽物理學界的「諾特定理」。諾特定理的重要性在於，它連接了兩個物理學中非常重要的概念——守恆定律和自然界中的對稱性。
標準模型守恆定律在物理學上很重要，比如說能量守恆定律，它的意思是說，一個特定的量必將保持恆定，無論你怎麼努力，能量都不能被創造或者毀滅。能量守恆的確定性在物理學中讓物理學家們解決了很多難題，例如理解核聚變的過程等等。對稱性說的是，如果對一個物體進行某些操作，在操作完成之後，這個物體看起來和操作之前是完全一樣的，那麼就說這個物體是對稱的。比如一個球體，無論你怎麼操作，它看起來都是一樣的。對稱性不僅存在於大自然中，同樣存在於物理學定律中，一個精確的物理方程在時間和空間的不同位置不會改變。
標準模型中的對稱性諾特定理宣稱，每一個對稱性都有一個相關的守恆定律，反之亦然。在20世紀初，愛因斯坦正是藉助諾特定理，才最終完善了廣義相對論。到了20世紀下半葉，諾特定理又成為了構建粒子物理學標準模型的基礎。標準模型精確描述了微觀的粒子世界，並且預言了希格斯玻色子的存在。在當代，物理學家們在開創新的物理理論時，仍然必須依賴於諾特定理。在諾特去世八十多年後，諾特定理依舊繼續閃耀著耀眼的光芒，尤其是在粒子物理學中，相關的對稱性是被稱為「規範對稱」的隱藏對稱類型，而在電磁學中也發現了這種對稱性，它決定了電荷守恆。
宇宙暴脹模型在21世紀的物理學發展中，物理學家們正在尋找一種能夠將量子理論與廣義相對論結合在一起的新理論，通常被稱為「量子引力理論」，而弦理論作為唯一的候選理論，因為包含了很多對稱和超對稱，當然也更少不了諾特定理。所以可以毫不誇張地說，如果有一天真的出現一個萬有理論，，那麼諾特定理無疑將是其中極其重要的一部分。文章最後，小編還要引用幾位科學巨匠對艾米·諾特的評價，既是文章的結尾，更是對艾米·諾特的緬懷。
「她是從女性接受高等教育後出現的最富創造力的數學天才，是數學史上最偉大的女性」——諾獎得主愛因斯坦；「諾特定理一直是20世紀21世紀物理學的指路明燈」——諾獎得主弗蘭克·維爾切克 （全文完）