牛顿理论让卫星上了天,相对论让GPS精确定位,那杨振宁的理论有哪些实际的应用?

猪娃崽崽


理论和实际应用并不是一回事

很多人以为,原子弹的发明与爱因斯坦有很大的关系,实际上不然,质能方程与核能的应用并没有直接的关系。

牛顿是经典力学的奠基人,爱因斯坦是相对论的创立人,杨振宁则是现代规范场论的奠基人。他们三个人都是理论物理学家,并不是工程师。卫星上天与GPS定位,都是现代科技成就,是理论与实践相结合才能完成的任务,这些高科技都离不开现代工业,而现代工业则是全人类同努力发展出来的,后面有许多工程师及技术应用型科学家的默默奉献。我国的钱学森、邓稼先等人就是代表人物。



在近现代,理论往往超前于技术应用

杨振宁的理论属于物理学中的基础理论,为弱电统一理论与粒子物理学标准模型奠定了基础,可以让人类更好的认识和理解这个世界。至于其是否能够产生实际的应用,目前估计很难,以后能不能产生实际应用,我们也预料不到。

我们现在所谓的高科技还是在啃上世纪的老本,激光、半导体、核能等技术都是在这些理论的预示之下诞生的。目前生产生活中经常用到的还是经典物理学,人类的现代文明很大一部分源于量子物理及相对论的成就,目前还没有发挥到极致。技术应用到了极限时,估计基础科学又将会发生重大革命。

杨振宁的理论将来会产生多大的实际用处,可能要等到大统一理论完成的那一天我们才能预测到。目前看来跟现实生活毫无关系。

杨振宁确实很伟大

这么说吧,物理学界的天才确实很多,但杨振宁在物理学界能够排到前20名。作为一名中国人,本身就应该对此感到自豪。中国人并不笨,我们也能够对基础科学作出贡献。

到了大统一理论完成的那一天,杨老也早已经离世了。我现在应该庆幸,还能够和科学伟人生活在同一个时代。

年轻时没有回国及婚姻问题在某些人看来,似乎是杨振宁一生的污点。杨的婚姻一些保守人士很难接受,但其并没有违反现代道德准则。如果杨振宁跟随邓稼先的脚步在50年代回国,估计也就不会作出后面那些成就了,更不会获得诺贝尔奖。作为杜聿明的女婿,政治也是需要考虑的因素之一。在中美建交后,杨对中国基础物理的发展也是做出了一定贡献的。



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科学探索菌


这个问题相当鸡贼,后脑勺给老杨一棍,试图让他吃哑巴亏。我试着给出自己的想法,同学们自己思考一下。

老杨的理论是什么地位

我们先把科学理论发展历史这个概念理一理。

物理学从伽利略牛顿开始,演化出各类应用技术,诸如机械、化工等,最后麦克斯韦把电学和磁学一举拿下,所有理论归于一统。这就是“经典物理学”。

后来人算不如天算,爱因斯坦一众人借着“两朵乌云”把经典物理大厦强拆了,随后出现了两条岔路:量子力学和相对论,这就是“现代物理学”的起点。

物理学开始流传一个传说,只要统一了“四大基本力”,就能重建物理学大厦。四大基本力,简单来说就是:电磁力、弱力、强力、引力,据说这四个家伙包含了宇宙间一切作用关系。

狄拉克,把狭义相对论引入量子力学,将薛定谔方程进化成狄拉克方程,创立量子场论,把电磁力和带电粒子之间的关系全整明白了,顺手预言了反物质的存在。

老杨在这个时间点登场了,左手先来一个“杨-米尔斯理论”,右手再来“宇称不守恒”的慢动作,唱出一首惊才艳绝的“规范场论”,一举解决电磁力和弱力统一,史称“电弱统一”。按照老杨的思路,大家整出了“标准粒子模型”,把粒子产生的机制,粒子之间的强力、弱力、电磁力这三种作用关系都弄明白了,这基本就可以解答“物质是什么”这个近似于哲学的概念了。现代物理基本就走到了顶点。

老杨因此一举封神,成为科学史上,继一牛二爱三麦之后,坐五望四的存在。

什么是高科技

举个我们国家的例子说明问题,都说航空发动机是工业皇冠上的明珠,那到底“明珠”在哪?那代表一个国家最高的科技实力。

虽然发动机结构设计复杂,制造难度刁钻,但这种难度无法与材料相比。很多同学就不信邪了,为啥材料这么难?这还不是人类科技太落后,什么都要靠试验,只能通过一次一次试验,才能找到最优方案。

类似的,F16的发动机图纸,早早就有了;中科院可以扫描出最先进芯片上所有的设计细节;如此等等。唯独材料,死死卡在瓶颈上!我国比美国落后,最大大部分的原因,就在于所谓的核心技术,归根结底,就是材料!

学术点说,就是我们搞不懂让不同的原子按照特定的规律排列。

新材料技术和量子力学

说到这里,有悟性的同学应该已经知道知识点了。以老杨理论为基础开发的标准粒子模型,就是人类解决材料问题的终极钥匙啊!你如果基本粒子特性都搞掂了,什么材料不是手到擒来?


人类文明步入新世纪以来的进步,都是由量子力学引领出来的新材料的革命。典型的就是半导体引发的电子计算机、通讯技术革命,这还只是我们把电子玩了个半熟的情况下取得的成就。如果能再前进一步,把“标准粒子模型”给吃透,人类可以玩转多几种基本粒子,那科技不得起飞了吗?

结语

不要用民科的思维以及非黑即白的思路,去理解老杨。

珍惜老杨吧,活着物理界第一人,当之无愧。


猫先生内涵科普


牛顿、爱因斯坦和杨振宁三位科学家都是纯理论物理学家,在历史上的地位牛顿和爱因斯坦排在第一、第二位,杨振宁可以排在前二十名大约十五六名的位置,而如果仅算在世物理学家杨振宁稳居榜首。


问题中说了牛顿的万有引力使卫星受控平稳的上天,而相对论的时间膨胀效应(速度导致和引力场导致)让GPS可以更加精确的定位,因为可以提前计算出时间膨胀的差并调整导航卫星上的时间。而对于杨振宁的理论成就大家了解最多的就是一个诺贝尔物理学奖,并且到底是因为什么理论获得的诺贝尔奖好像也并不清楚。

而对于杨老其他不亚于诺奖的理论就更不了解了,从这些就可以看出来杨老的理论或者说高能物理方面的成就现在并没有实际上的应用。也并没有让人类的生活水平变得更好,这些话杨老曾自己亲自说过。


在2016年杨老发的一篇文章坚决反对中国建造CEPC,文中提出了七大反对理由,其中有一点就是这样说的:

七十年来高能物理的大成就对人类生活有没有实在好处呢?没有。假如高能所建议的超大对撞机能实现,而且真能成功地将高能物理学更推进一大步,对人类生活有没有实在好处呢?我认为短中期内不会有,三十年,五十年内不会有。而且我知道绝大多数物理学家都同意我的这个说法。

目前高能物理研究的粒子物理标准模型就是基于杨老的规范场论建立起来的。现在杨老的理论可能并没有作用在实际生活中,但是随着发展对于宇宙更多的认识,在杨老理论框架上的不断搭建可以让我们更好更全面的了解宇宙这对于人类文明发展至关重要。


科学理论的发展带动科学技术的发展,最终一切看起来无用的理论都将成为人类文明高度的基石。一如当年法拉第被质疑“电磁感应定律”有什么用,法拉第的回答是“刚出生的婴儿有什么用?”现在我们已经知道了“电磁感应”到底有什么用。



科学黑洞


这问题提得确实傻毙了!蠢呆了!而且,还是个欺骗性诱导提问,向人们传递了一个混账逻辑。

用通俗的话说,这个提问违背了实事求是的精神。用哲学话语说,这个提问不符合思辩的逻辑。

首先,我们应该注意到基本事实。牛顿是1643年出生的,第一颗人造卫星是苏联在1957年10月7日发射上天的。两件事情的时间差有300多年,牛顿从来都没有想过人造卫星的事情。

牛顿第一定理是万有引力,人造地球卫星与万有引力扯得上关系的,恐怕只有人造卫星的第一宇宙速度一一7.9KM/秒。

同样的道理,阿基米德的浮力定量是浮力等于排开水的重量。但在阿基米德之前很久,人类就能造船。阿基米德与造航母有一根毛的关系。

研究过理论之后,哲学家们说:理论是灰色的,生命之树长青。

物理学家分为两种,一种是理论物理学家,人数不多,因为与实用离得太遥远。另一种是实验物理学家,其学术成果都可以直接实用。如丁肇中以及李政道在瑞士的欧洲大型对撞机那里,长期从事基本粒子的实验,发现了中子、质子、夸克等等。更多的发明和发现,是实验物理学。实验物理学家也是很懂理论的,杨振宁的获奖论文就是与李政道合著的,两人分享了1957年的若贝尔物理奖。

所谓理论物理学,就是脑袋里理想化,抽象化的东西,如果不经过实验或实践的检验,那基本上就是个屁,牛顿的理论被颠覆得有点多。事实上,理论物理学家要看实验报告,在实验结果的基础上,推演理论。没有实验物理学,理论就是空中楼阁,水中月亮。实践是检验真理的唯一标准。

中国的老子李耳,就是个理论家,很玄乎,所以老子的理论叫作玄学。老子说:三十辐共一毂,当其无,有车之用。

难道能说是老子让高铁在大地上奔驰的吗?难道能说是嫦娥让登月的吗?

玄学当然不是实证科学,玄学可以不要严格的,标准的论证程序和方法。老子连论题都可以不确定,甚至连道的概念都可以不确定。老子开篇说:道可道,非常道。名可名,非常名。道的内涵和外延并没有界定。

中国的火箭导弹是钱学森主持搞的,钱学森是空气动力学家。但是,钱学森一个人是搞不出来的,还需要各个方面专家的合作,如材料、燃料、电气、遥感、控制、弹道等等。

人造卫星太复杂,有千万个零部件,绝对需要各方面科学家的合作,缺一个都不行。GPS是全球卫星定位系统,光卫星就多达近百颗,爱因斯坦用不着懂无线电学,或者材料学与信息学。

所以,把人造卫星的功劳归于牛顿,把GPS的功劳归于爱因斯坦,都是荒唐可笑的。杨振宁和李政道的宇称不守恒,到目前为止,尚没有任何实际和实用的价值。请注意!宇称不守恒不是杨振宁一个人提出来的,刻意省略李政道有点不道德。事实上,1950年代,物理学界热议宇称守恒或不守恒,李杨二人主张不守恒,并且用论文予以论证。

不要过高估计理论的作用。西方的经济学,套在中国的经济运作中,多次证明牛头不对马嘴。

当然,人们应该向杰出的理论物理学家致敬。他们毕竟有力地推动了物理学的发展,给点奖励也是应该的,若贝尔物理奖已经奖励了207个人。


华中小隐


作为经典物理学的开创者,牛顿创立的物理学理论至今还与我们的生产和生活息息相关,例如,卫星上天离不开牛顿力学。不过,在某些方面,牛顿力学并不适用,这需要用到适用范围更广的相对论。

作为现代物理学最重要的奠定人,爱因斯坦创立的相对论让我们深入地了解了这个世界的规律。在速度接近光速以及在强引力场的情况下,牛顿力学无法适用,只能用相对论,这已经得到了大量实验的证实。事实上,牛顿力学是相对论在低速、弱场下的近似理论。

相对论的一个最重要应用是导航卫星(包括GPS和北斗卫星)的时钟校准。根据狭义相对论,导航卫星相对于地表的运动速度很快,所以上面的原子钟每天会走慢7微秒。根据广义相对论,导航卫星比地表更加远离地心,所受的地心引力较弱,所以上面的原子钟每天会走快45微秒。结合狭义和广义相对论的时间膨胀效应,导航卫星始终的原子钟每天会走快38微秒。

虽然这个时间差非常小,但把它乘以光速之后,结果为11.39公里。如果这个时间差没有校准,导航卫星每天会累积相当大的误差,根本无法用于精确定位。

另一方面,我国著名物理学家杨振宁被公认为是当今在世的物理学大师,《自然》(Nature)杂志曾把他列为人类史上最伟大的20位物理学家之一。之所以杨振宁在物理学界有着如此之高的声誉,是因为他创立了十分重要的物理学理论,并且至今还在深刻影响理论物理学的发展。杨振宁研究的物理学十分艰深晦涩,即便是学物理的人也不一定懂得,更何况是对物理学知之甚少的普通人。

关于杨振宁的研究有两个方面必须要讲一下。第一个,他与李政道共同提出宇称不守恒定律,表明物理定律有着轻微的不对称性。这有助于我们理解宇宙为什么几乎只有正物质,而很少有反物质。由于这个贡献,杨振宁获得了诺贝尔物理学奖。

杨振宁的另一个贡献更加重要,那就是创立规范场论,首次统一了四大基本作用力的其中两个——电磁力和弱核力。在此基础上,后来的物理学家又把强核力纳入框架,创立了标准模型,该理论准确地描述了粒子加速器中所发生的一切。如果引力在未来也能纳入这个框架,建立起大统一理论,那么,杨振宁在物理学界的地位将会更进一步提升,排进前五未必不可能。

杨振宁的研究属于理论物理学,目前在现实生活中的应用还十分有限,更多的是指导理论物理学发展。这就像当年爱因斯坦创立相对论之后的很长一段时间里,相对论也没有实际应用。但在未来,当人类深入揭开宇宙的本质之时,就能有效使用宇宙规律,那时才会真正见识到杨振宁理论的强大。


火星一号



牛顿和爱因斯坦还有杨振宁都是理论物理学家,但牛顿的理论从提出到第一次工业革命大规模应用中间隔了几十年,而且直到今天我们都还在应用牛顿的理论,而爱因斯坦相对论从提出到小规模应用也用了几十年,并且今天的我们只能小规模的应用相对论中的质能方程和时间膨胀公式,因此现代科学还是在吃爱因斯坦理论的老本。

杨振宁最大的贡献就是“杨-米尔斯理论”,该理论为后来统一三大基本作用力的粒子物理学标准模型做出了不可磨灭的贡献,但是毫不夸张的说不管是杨振宁的理论还是后来的粒子物理学标准模型,诞生几十年来都没有为人类生活做出任何贡献,并且在未来几十年内也不可能为人类生活水平的提高做出任何贡献。


然而我们评价一个科学理论的好坏仅仅是看它现在有没有用吗?

显然不是!


当年法拉第提出电磁感应定律后就有人问这个理论有什么用,法拉第回答“刚出生的婴儿有什么用?”后来的故事我们都知道了,19世纪到现在的所有电器背后都是发电机,发电机背后就是电磁感应。

我们必须要认清一个事实,那就是现代科技是建立在一个世纪前的相对论和量子力学上的,物理学已经近70年没有过重大突破了,啃相对论和量子力学的老本就是现代高科技的真相,哪个国家啃的好哪个国家科技水平就高。



杨振宁和现代绝大部分理论物理学家们所研究的东西到22世纪都不一定能应用到现实生活中来,但这正是理论物理的迷人之处:她永远走在时代的前面等待着未来人类。

杨振宁的理论虽然现在没有任何实际应用,但几百年过后的未来人类将杨振宁的理论应用之后一定会反复想起他爱戴他崇拜他,就像今天的我们依旧尊敬并且崇拜去世64年的爱因斯坦一样。


宇宙探索未解之迷


牛顿理论让卫星上了天,相对论让GPS精确定位,那杨振宁的理论有哪些实际的应用?

其实杨振宁在2016年发表的关于CEPC(大型环形电子对撞机)反对意见中就有说明,对于高能粒子物理的研究,也就是杨振宁主要研究方向对人类生活并没有直接利用价值,在可以预见的未来也不会有更大的用处!那么问题来了,为何还有研究高能粒子物理?让牛顿经典力学和爱因斯坦的相对论发挥到极致就可以了嘛......

一、经典力学对于时代的贡献

尽管已经将牛顿的经典力学从神坛上拉下,但不可否认的是我们生活中方方面面都无法脱离经典力学,飞机、火箭甚至我们日常出行的汽车火车等等,都离不开三大定律的范畴,还有万有引力定律也是人类赖以飞出地球的重要保障,另外还有数学的微积分,则是有史以来最伟大的数学工具之一,让函数、速度、加速度和曲线的斜率等第一次可以通过计算得出准确的数值!而且牛顿对于光学也有涉及,咱普通爱好者用得起的牛反说的就是牛顿反射式望远镜!

二、爱因斯坦的理论对于现代社会的精细化补充

我们日常的应用都是宏观力学时代所奠定的,只有与速度以及引力扯上关系的GPS定位与精深的天文观测等实际应用时才能真正体会到爱因斯坦这位大神的伟大,当然爱因斯坦并不仅仅是相对论,还有质能方程与光电理论,这两个大家都知道了,前者指导核裂变和核聚变,光电这是光电感应和太阳能电池的理论基础,也许这就是爱因斯坦最接地气的几个实际应用了!

三、杨振宁的理论对于世界又有如何的帮助?

假如要在实际应用找出来的话,也许根本就没有相关案例可以参考,杨振宁获得诺贝尔奖的宇称不守恒定律以及对高能粒子物理产生巨大影响的“杨-米尔斯理论”对弱电统一以及建立粒子物理的标准模型的贡献是难以估量的!

但是很抱歉,这些研究对于现代人类的生活一点帮助都没有,或者说我们的世界中还找不到他们实际发挥作用的位置,那么我们是否可以说杨振宁研究一点用都没有,就如杨振宁自己说的既然对社会没有积极影响,那就不用建设CEPC了吗?然而事实上,当广义相对论在瑞典诺贝尔评奖委员会上被那个阿尔瓦·古尔斯特兰德医生无情嘲讽时,所处的局面就像现代社会对于高能粒子物理的理解,当然我们已经不会那么狭隘,更不会去攻击高能粒子物理的研究,因为未来的突破方向可能就在统一场理论!

我们不知道完美未来的大统一后会有怎么样的技术出现,也许我们只能不靠谱的猜测下,比如出现反重力的飞行器,或者能够了解纬度与空间的秘密,制造出跨越光年的飞行器!可能这需要时间的积累,更需要无数科学家的努力,杨振宁开了个好头,我们希望未来人才辈出,后继有人!


星辰大海路上的种花家


牛顿的经典力学

我们在中学学习的经典力学非常熟悉的牛顿三定律是300多年前牛顿一己之力创造的用以描述宏观物体运动规律的总结,牛顿写了一本书叫做《自然哲学与数学原理》就是牛顿力学的由来;

现如今,我们大多数生活工作使用到的力学还是牛顿力学,只有在高速运动和微观粒子运动领域情况下,牛顿力学才不适用,可以说牛顿力学造就了我们现在基础的力学大厦,在导弹发射轨迹运算,卫星轨道计算,逃离速度都是用的牛顿力学的成果精确得出。

广义相对论和狭义相对论让GPS定位更加准确,误差更小。

虽然说相对论对于卫星的修正误差不大,但是为了更加精确的军用级别分辨率,那么相对论是一定要考虑的;

1、卫星高速运动,卫星上的原子钟时间会慢于地球表面的原子钟;(狭义相对论)

2、卫星在太空,距离地球远,受到的引力比地面的小,卫星上的原子钟时间会快与地面上的原子钟;(广义相对论)

综合起来大约每天有38纳秒的误差,如果不考虑相对论,那么误差会慢慢变大,导致GPS实际效果达不到要求。

杨政宁宇称不守恒和杨米尔斯场

宇称不守恒

要解释宇称不守恒我们先看看守恒对称在物理学有多重要;

能量守恒对应时间平移不变性,动量守恒对应空间平移不变性(空间平移不变就是说物理定律在北京和在上海都一样,在不同的空间物理定律相同),角动量守恒对应于旋转不变性。有了这种概念以后,能量、动量、角动量守恒定律不过是一种对称性的体现;

宇称是用来描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数,引记为P。它只有两个值+1和-1,在强力,引力,电磁力中得到证实。(目前四种基本力强力、弱力、电磁力、引力;强力描述原子核内的作用,弱力描述原子衰变作用)

1956年李政道、杨振宁在研究这个问题时,仔细地分析了关于宇称守恒的各种实验资料,发现至少在弱相互作用领域,宇称守恒定律从未得到过实验的验证,而只不过是一个理论上的推论而已,而后李杨两人提出在弱相互作用中宇称不守恒!(最后被中国物理学家吴健雄证实)。

杨米尔斯场:

它所建立的弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,已经为实验所证实,特别是这理论所预言的传播弱相互作用的中间玻色子,已经在实验中发现(人们现在希望能完成万有统一理论,现在就差引力还无法统一)。

通过杨米尔斯场得到的启发,盖尔曼提出夸克概念并得到认可,并且通过夸克理论确定了62种基本粒子模型;这些模型就把我们世间所有物质的组成基本粒子给总结出来了。


热点追踪部



牛顿的万有引力做出了对自然界最基本的描述,它的提出为物理科学界奠定了重要的基础。因为有牛顿的引力方程,我们可以计算出火箭需要多大逃逸速度才可以逃离地球的引力吸引。我们也开始利用力的运动方程来计算炮弹的移动,也就是让子弹飞一会儿——导弹。

爱因斯坦在相对论中提到的相对时间说明,宇宙中的物体并不是都在一个时间段,而是各个物体的时间都是相对的。在引力大的地方,物体的时间会变慢,而在引力小的地方,物体的时间则会流逝的非常快。

解释相对时间最好的比喻就是:把水放在热锅上烧,会很快蒸发,而把水放在阴凉处,会蒸发的慢一点。

因此在卫星上的时间和在地面上的时间是不一样的,因为引力大小不一样。所以科学家们得利用相对时间效应方程来调节地面与卫星上的时间,使两者始终保持一致 。

杨振宁在全世界都是非常著名的。他的宇称不守恒已经荣获了诺贝尔物理学奖。而他的最高成就却是杨米尔斯论,在物理科学界中完成对弱力和电磁力的统一。注意是完成了弱力和电磁力的统一,说明老杨的理论在未来科学界的发展空间是很大的,目前杨老的理论还属于初步阶段现在,并没有实际运用。但是在未来会有很多人很多地方运用到杨老的理论 。杨老的理论已经成为了电磁弱力学的基础模块。

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杨振宁的贡献主要是在粒子物理、场论、统计力学等几个方面,这些领域还没有在实际应用中广泛的体现出来,当然这是需要一个时间的过渡的。

任何一个纯粹的科学理论都需要漫长的消化期,比如第一次工业革命也是在牛顿死后四十年后才开始的,牛顿的力学在其中起到了基础性的作用,也可以说是牛顿为人类打开工业革命的大门提供了钥匙。

再比如爱因斯坦,爱因斯坦的成就很多,在激光、相对论、量子力学等各个方面都有杰出的成就,但放到应用上也是几十年之后的事情了。

杨振宁的贡献是让当时的物理学可以顺利的进行下去,无论是弱相互作用的宇称不守恒、还是杨-米尔斯规范场,将三种基本力融会贯通,创立了现代物理的粒子标准模型,这对于物理学的发展是起着建设性的作用的,可以说是在步履蹒跚的老人后面推了一把。

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