愛因斯坦的相對論總被人提及,為什麼楊振寧的楊-米爾斯理論卻很少會吸引人的眼球呢?

清明的星空


因為楊-米爾斯場太晦澀了,大家都認為愛因斯坦的相對論難,實際上楊-米爾斯場更難。

一個是宏觀的幾何美學,一個是微觀的晦澀難懂。

愛因斯坦憑著物理直覺,構建起來的廣義相對論主要框架,是一種純粹如玉一般的幾何美學。

而楊-米爾斯場是建立在20世紀20年代興起的原子碎片上的理論。紛繁複雜的微粒子,註定了楊-米爾斯場描述的繁瑣以及晦澀難懂。

楊-米爾斯場,是1954年由楊振寧和他的學生米爾斯共同發現的,被譽為一個多世紀之前描述光理論的麥克斯韋場的進一步推廣。但它比麥克斯韋場更為豐富,不僅可以描述光,還可以描述電荷,因此它可以用來解釋弱力與強力。

基於量子力學的楊-米爾斯場,是構建在眾多的原子碎片上的。為了能包容粒子們眾多的特點,楊-米爾斯場的計算相當繁瑣。同時在20世紀五六十年代,楊-米爾斯場還面臨一個最大的難題:無法重整化。

無法重整化的意思就是,計算結果會出現無窮大,此結果沒有物理意義。

而拯救楊-米爾斯場的人,是20年後的一個名叫胡夫特的研究生。他發現只要存在“對稱破壞”,楊-米爾斯場就可以獲得質量。並證明了楊-米爾斯場,是一個有明確界定的,粒子相互作用理論。

基於此,到了20世紀70年代,物理學家們才逐漸發現,楊-米爾斯場可以解釋所有的核物質。

核物質相對於宏觀物質來說,對大眾來說太神秘了。所以說,它的知名度肯定沒有愛因斯坦相對論高!但在物理學界,楊-米爾斯場一樣是牛逼轟轟的存在。

一個是自下而上的碎片收納箱,一個是自上而下的統一幾何網。

楊-米爾斯場和愛因斯坦相對論最大的區別就是,楊-米爾斯場描述的是微觀的難以感知的物質,而愛因斯坦相對論描述的是宏觀可感知的物質。

所以大家都喜歡拿相對論來開腦洞,各種天體運動與光速問題都可以成為熱門話題,但楊-米爾斯場描述的是微觀的東西,這些東西不是我們平時可以接觸或者想象的。

而量子力學大家連最基礎的“哥本哈根解釋”都難以消化,更不用說,支撐量子力學底層數學的楊-米爾斯場。

相對論難,但我們還可以想象;而楊-米爾斯場已經難到無法想象了,對於無法想象的事,自然關注度就不高了。

以楊-米爾斯場為基礎,才建立了量子力學的標準模型。但核心的關鍵是對稱性的概念。

簡單瞭解一下,物理學裡面的對稱性,你就知道,楊-米爾斯場比愛因斯坦相對論到底難多少了。

我大概說三種對稱性的描述。

第1種最簡單的時空對稱。

這種對稱是我們日常最常見的,比如說光的反射,雪花旋轉60度,形狀還是一樣的。相對論實際上就是時間與空間的旋轉。

第2種對稱需要重組一系列對象來建立。

比如我們經常見到的一種街頭小把戲。把三個相同的杯子,其中的一個裡面放了一個小球,然後不停的旋轉,變換他們的位置。那他們有多少種組合方式?

稍微計算一下,你就會發現總共有6種排列方式。對於看不見杯子裡面小球的人來說,這6種方式在外觀上看起來是一樣的。數學家將這種對稱對稱性描述為S3。

如果這三個杯子換成夸克,實際上就是我們熟悉的,由三個夸克組成的基本粒子,由強力控制的質子和中子。描述這個的物理方程,我們就稱這個方程具有SU(3)的對稱性。

大概理解下就行了哈。

第3種對稱型組合方式。

實際上就是描述由弱力控制的電子和中微子。類比上面的比喻,我們稱描述這個的方程具有SU(2)的對稱性。

說到這,即便我已經很通俗的用比喻的方式來介紹第2種與第3種,但是如果你不是學數學的,可能還是會覺得不好理解。

而愛因斯坦相對論玩的只是第1種對稱方式,而楊-米爾斯場玩的是所有的對稱方式。

總結

當然,理論也並不是越難越好,其實物理學反而追求的是簡單。所以“標準模型”的複雜也一直讓人詬病。盧瑟福曾說,基於標準模型的粒子物理學研究,就像是一種集郵。

總的來說,楊-米爾斯場沒有愛因斯坦相對論出名,並不是因為它不夠優秀,而是因為對大眾來說,太深奧和晦澀。

愛因斯坦的相對論,既有深度,又給人足夠的想象空間;楊-米爾斯場的深度綽綽有餘,但一般人,對它難以想象。


想法捕手


其實這個問題和另一個問題是一回事:你知道世界第一高山是珠穆朗瑪峰,那第二高呢?第三高呢?

事實就是這麼殘酷:不是第一,知名度就會遠遜於第一。

有的朋友會說:我知道世界第二高山是喬戈裡峰,我還知道世界第三高山是干城章嘉峰,還有第四……

那你確實很厲害,但你一定學過,或是對地理很有興趣。

科學也是這樣。即便是文科生,沒有專門學過物理,一定知道愛因斯坦的名字,知道量子力學這個說法,知道牛頓。

但如果不去專門學習,很難知道除了這些No.1之外,還有很多也很偉大的科學家。

這可能就是所謂的「學科壁壘」:你必須稍微花一些力氣才能知道的東西。

你認真學了高中物理,那你除了知道牛頓、愛因斯坦之外,還可能會知道波爾、麥克斯韋、薛定諤。

你認真學了本科階段的物理,你大概就能「聽說」大部分物理學家的名字了。

而只有你真的鑽到了某個學科,比如粒子物理、量子場論,你才能認識到楊振寧的貢獻,才能知道楊-米爾斯理論到底是什麼。這背後還需要掌握大量的背景知識。

愛因斯坦的工作,在很多標準下,都可以說比楊老的工作要重要,但也沒有天上地下的差別,至少楊振寧老先生的貢獻,比一眾只知道揪著私生活噴的噴子要不知高到哪裡去了。


章彥博


首先,楊-米爾斯方程實際幾乎一文不值。很多人對楊振寧的吹噓吹到天了!楊振寧回國的原因,主要是國外的學術期刊都不願意再發表他論文了,原因就是他很久都沒有新意了,唯獨國內的期刊還肯發表他的論文。沒人肯再發表楊振寧論文,這就是對楊振寧的評價,也就是認為他的新論文一文不值唄。

楊-米爾斯理論只是N個大統一理論中的一個,而且沒有作出解,也就是沒有解出來,沒有任何實際用途。而真正實現了電磁力、弱作用、強作用理論統一的是別人,而且別人也因此拿了諾貝爾物理學獎:S.格拉肖、S.溫伯格和薩拉姆提出的SU(2)×U(1)模型,預言了弱中性流和粲數的存在及其性質,均為以後一系列的實驗所證實。由於他們對電弱統一理論的重大貢獻,這三位學者獲得了1979年度諾貝爾物理學獎。這三位學者的成就其實也就是對楊-米爾斯理論的否定,因為人家的模型正確統一了三大作用力,也就無需楊-米爾斯理論了。

如果楊-米爾斯理論真有價值,那麼合夥人一定也會名聲大噪,然而米爾斯卻默默無聞,只是找到一個不知名的Oklahoma State University去當助理教授,一輩子也沒什麼進展,可見那個理論實際一文不值。

統一理論實際是愛因斯坦提出來的,然後N多人都想去解決,楊-米爾斯只是其中一個方程式,但是卻沒有解,而格拉肖等人成功用其他理論解決了三大作用力的統一,並獲得實驗驗證。因此楊-米爾斯方程實際只是一堆失敗嘗試理論中的一個(沒有解出來的一個方程式),卻被國內某些人捧上天了。

牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋為什麼被稱為大師呢?是因為他們不但提出了理論,還把公式解出來了,被實驗或者觀測現象所驗證,並能指導實踐。而楊-米爾斯理論是什麼?一個沒有解出來的方程式而已,沒有解出來能有什麼價值?大多數物理學家認為那個方程完全無解,因此也就毫無價值。

真正讓楊振寧出名的還是那個宇稱不守恆定律,然而那個定律其實很多科學家都早於楊振寧發現,在一個半年前的論壇上大家就已經討論宇稱不守恆了,唯獨楊振寧和李政道搶先發表為論文,感覺像是搶注商標成功一樣。別人為啥不搶先發論文呢?是因為大家還沒想出來如何來驗證。後來吳健雄想出來一個巧妙的方法:用兩套實驗裝置觀測鈷60的衰變,她在極低溫(0.01K)下用強磁場把一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向左旋,把另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉向右旋,這兩套裝置中的鈷60互為鏡像。實驗結果表明,這兩套裝置中的鈷60放射出來的電子數有很大差異,而且電子放射的方向也不能互相對稱。實驗結果證實了弱相互作用中的宇稱不守恆。首先提出宇稱不守恆的不是楊振寧,想出方法驗證的也不是他,他卻因為搶先和李政道發表論文而得獎。

因此楊振寧的貢獻可有可無,少了他,也是一大堆人搶著要發表宇稱不守恆的論文。而真正統一了三大作用力的也是別人的理論、別人的模型、別人的諾貝爾獎。

後來至於楊振寧大大出名主要還是靠82歲娶了28歲老婆這件奇事,以及他強烈反對中國建最新的對撞機的事。他為什麼反對呢?是因為他認為高能物理已經發展到頭了,再也研究不出新東西了,他還有什麼可吹的


富貴財主7779


答:原因是多方面的,一個主要原因是:學習楊-米爾斯理論需要較高的起點,使得該理論不適合在大眾之中科普。


一、數學基礎不同

相對論和量子力學的基礎知識,對於學習過微積分的人,都能有一定的瞭解和掌握,當需要深入學習時,才涉及更深的數學技巧和知識。

但是楊-米爾斯理論一開始,就需要較高的數學基礎和物理理論基礎,包括群論、非歐幾何、線性代數、高等微積分、色動量子力學和廣義相對論等等,很難用通俗的語言講清楚,所以不適合在大眾之中科普。

就拿該理論的核心“楊-米爾斯方程”來說,對絕大部分人來說都是天書!

現代科學已經分化得很細,大部分前沿理論,都涉及艱澀難懂的數學知識;而與現代科學相關的書籍可分為兩種,一種是看了一頁就讓人頭疼的,另外一種是看了一行就讓人頭疼的,楊-米爾斯理論就屬於第一種。


二、理論本身的興趣點不同

相對論和量子力學的許多推論,都與我們常識違背,比如時間收縮效應、黑洞理論、薛定諤的貓(疊加態)、量子糾纏、量子隧穿效應等等。


這些現象能極大引起大眾的興趣,使得大眾願意來了解這些有趣的知識,所以很多科普工作者,也願意花時間在相對論和量子力學的科普上。

但是楊-米爾斯理論更注重數學上的解釋,難有什麼觀點能吸引大眾的關注,所以楊-米爾斯理論雖然在物理學界很有名,但是在大眾當中,知名度遠遠不及相對論和量子力學。


三、金牌效應

楊-米爾斯理論在理論物理中非常重要(統一了電磁力和弱力),但也比不上廣義相對論、狹義相對論和量子力學(注:楊-米爾斯理論和量子力學有一定聯繫);就如我們知道2004年雅典奧運會110米欄冠軍是劉翔,但是卻不知道亞軍和季軍是誰一樣。

大眾的焦點,總是聚集在“第一”身上,這叫做金牌效應。


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艾伯史密斯


愛因斯坦的相對論總被人提及,為什麼楊振寧的楊-米爾斯理論卻很少會吸引人的眼球呢?

看起來大家對愛因斯坦的相對論似乎很熟悉,因為理解一些延伸出來的比如質能方程或者質增效應或者空間膨脹以及引力等表面上的東西並不深奧,稍稍有些許數學知識大部分還是能理解的!

正因為如此,各種一知半解的民間科學家挑戰愛因斯坦的相對論,或者普朗克的量子力學,抱歉普朗克也躺槍了,但確實有.....但從來沒聽說過有人要挑戰楊振寧,或者我孤陋寡聞,哪位如果有聽說過的不妨出來818,願聞其詳!因為楊振寧和米爾斯合作的楊米爾斯理論門檻太高了,如果那麼多民間科學家到了這個層次就不是挑戰楊振寧了,將是膜拜.....正所謂鑽的夠深才會覺得自己瞭解得太少,而知識正是這樣!因此科學界沒有人去挑戰愛因斯坦!

從楊-米爾斯理論開始即要求相當的數學與物理以及廣義相對論等,幾乎無法用通俗的語言來描述,比如相對論中的各種簡化公式在楊-米爾斯理論中基本不存在,這個如果對大眾科普的話,估計還沒開講就跑掉一大半了,所以說起這個楊-米爾斯理論,甚至在普通大眾中瞭解的都不多!

也許最簡單與最容易描述的也就是這個電弱統一了......

但大眾對這些不會有興趣,而對於描述宇宙,天體,黑洞......等等卻是科普的熱點與重點,畢竟科普和科研是兩回事,而興趣與研究同樣是兩回事,所以選擇容易理解,也是更感興趣的話題就是非常自然的事情了!


星辰大海路上的種花家


我認為,e=mc2才是宇宙的終極規律,至於其他的理論,都是繞彎子沒有任何意義,

能量是波和虛空運動,能量衰減被相互限制在一個相對大小的空間內運動,顯示出來的屬性叫物質,如膠子,電子,質子和中子,同時也叫質量,返過來,物質的限制空間被打破,又回到波和虛空的能量態,如黑洞,中子星等

現實中天體黑洞就是個最好的實證。

最重要的,大道至簡,所以e=mc2才更偉大


上古仙道


我個人認為這主要是門檻不同。

愛因斯坦和相對論

愛因斯坦和牛頓算得上是科學界的兩個傳奇了,而且他們的故事也是流傳的很廣的。這也是為什麼霍金的名氣要比很多頂級的物理學家更幽默的原因,很多時候故事更容易讓一個科學家尋思火起來。

而愛因斯坦的相對論和他這個人一樣也充滿了傳奇色彩。首先是愛丁頓說過的那句名言,世界上懂得相對論的人不超過3個。其次,還有愛因斯坦的大腦的故事,讓很多人覺得理論很艱深。但是相對論的很多結論都可以被形象地表示出來,比如:鐘慢效應,尺縮效應等等,還有好玩的雙生子佯謬等等。

所以談論相對論的人非常多,但是真的懂得相對論的人卻很少。

楊米爾斯理論

而楊米爾斯理論就和相對論完全不一樣了。首先楊振寧和米爾斯的名聲其實遠不如愛因斯坦。也沒有那麼多傳奇的故事,自然不會引發很多人想要知道這個理論。其次,楊振寧拿到的是宇稱不守恆的諾貝爾獎,讓很多人誤認為宇稱不守衡的科學成就高於他剩餘的其他科學成就。

然後就是艱深的程度。其實很多人看到方程就懵。這也包括相對論場方程等等。而楊米爾斯理論的方程也遠遠超出一般人所能理解的。

最後就是遠離我們的日常生活,我們不知道楊振寧的楊米爾斯理論,依然可以過得很好。當然不知道相對論也可以,不過相對論有時候充當的是談資,但楊米爾斯理論連談資都算不上。


鍾銘聊科學


題主在問題中還提到了相對論、量子糾纏、薛定諤的貓,和這些相比,楊米爾斯理論的確在公眾中很少被人提及。很少被公眾瞭解,不是因為楊米爾斯理論不偉大,在我看來是因為很難做出面向大眾的關於楊米爾斯理論的科普。

知道相對論的人很多,但能夠理解運動的尺變短、運動的鐘變慢的人就要少很多,能寫出鐘慢尺縮公式的人會變得更少。相對論的出現極大改寫了人們對時間、空間的認識,其產生的強烈震撼至今仍迴盪在公眾心中。速度增大時間居然變慢,長度居然會收縮,這種奇特的現象與日常生活形成的經驗總結不相容。依託相對論,湧現出很多科幻小說,也有很多關於相對論的科普作品面向大眾。所以相對論能夠在公眾中收穫人氣。


量子世界也是非常的奇特,量子糾纏的奇特被一些自媒體廣泛提及,不確定性原理、測量導致塌縮等等也與人們的日常思維不匹配。量子世界的奇妙也為科幻作品、科普作品提供了優秀的素材,薛定諤的貓甚至被用到了愛情中。儘管量子力學是高冷的,量子力學中的貓、一些奇特的現象還是很接地氣很吸引人的。

霍金的《時間簡史》風靡全球,其中一個原因就是裡面出現的公式極少,只有一個質能方程。霍金曾說過,每增加一個公式就會導致銷量減少一半。越是高深就越容易曲高和寡。

楊米爾斯方程是非線性偏微分方程,從形式上看就要比相對論的一些公式複雜難懂。極少有科普文章能夠面向公眾科普清楚楊米爾斯方程,理論的高深使得在公眾中很少有市場。

科學成就的高低不是看在公眾中有多高的知名度,主要還是看科學共同體的評價。楊振寧1994年獲美國的鮑爾獎時,授獎詞中將他的楊米爾斯場排在了牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦的工作之列。從中可以感受到楊米爾斯理論的偉大。


刁博


對於大多數人來說,相對論比楊-米爾斯理論更有趣,相對論更容易吸引大眾的眼球。這背後的原因無外乎與創立理論的人以及理論本身有關。

首先,愛因斯坦本人要比楊振寧出名很多。愛因斯坦已經成為了智慧的化身,只要說到最聰明的人,大部分人首先會想起的就是愛因斯坦。愛因斯坦的名字經常出現在義務教育的教材中,所以大家都知道愛因斯坦。在物理學上的成就,愛因斯坦和牛頓穩坐歷史前二,人們只會記住那些排名最前的人。而楊振寧的成就稍遜於愛因斯坦,並且他也基本沒有出現在通識教材中,不瞭解物理的人根本就不知道他是誰。

其次,相對論涉及到時間、空間、引力、光速等大眾非常熟悉的概念,即便不是學物理專業的人也能說上兩句。有關相對論的概念通常具有趣味性,而且還經常被寫入科幻小說中,所以大家對相對論更熟悉一些。而楊-米爾斯理論對於不是學這方面的人來說完全就是天書,很難與我們的常識相聯繫起來。

雖然大家對相對論更熟悉一些,但這並不意味著相對論“很簡單”,大多數人對相對論的瞭解也僅限於皮毛。尤其是廣義相對論的引力場方程,它涉及到微分幾何和張量分析,這對於大多數人來說也是猶如天書。

另一方面,雖然楊-米爾斯理論的知名度沒有相對論高,但它在現代物理學中有著十分重要的地位。以楊-米爾斯理論為基礎,物理學家首次成功地把四大基本自然力中的兩個——弱核力與電磁力——統一在一起。在弱電統一的基礎之上,強核力又得到了統一,由此構建了現代物理學中最為重要的理論——粒子物理標準模型,目前各種高能粒子加速器得到的結果都符合該理論的預言。

因此,楊振寧的物理學成就其實非常高。要知道,當年《自然》(Nature)雜誌把楊振寧評為人類有史以來最偉大的20位物理學家之一。楊振寧稱得上在世最偉大的物理學家,並且可以不用加“之一”。


火星一號


簡單來說,出現這一現象基於兩個原因。

1、國人、政治家、資本家的遠見與對未來發展方向的分析和需要的選擇。

(愛因斯坦理論之所以能宣傳甚廣,除開“愛因斯坦”理論本身存在時代科學理論引導力的因素外,最重要的是“推廣:愛因斯坦理論”有利於吸引科研人才、商業發展、樹立國家潛力威武、實力、名額的原因。)

2、學術氛圍原因——A、在國外,各自科學理論家提出的新奇理論,都會得到相關學科學者的關注、論證、支持、讚賞或反對與批判。而有實力、有威望、有天賦的自然現象原理探尋者“理論科學家”,提出的設想、提出的推論、記錄的假設思路,都有很多人、很多組織,為其投資、實驗、驗證其的理論的正確性。從而形成“知識”,得到傳承、教學;B、可是在國內及其大多落後國家,在面對,前沿、先潮的理論提出、公佈時,得到的絕對不是讚揚、討論、批判,而是“無視、或無聲研讀,默默研究直至完全轉化成自己的科研成果為之”,當然如果有一定關係、背景的則會成為共同研究者。總之非官方研究者很難獲得成功、名望、成果,更談不上“教學傳播研究收穫了”,這就進一步導致這一類國家的“科學理論發展落後於科學技術,導致所謂的科學研究成為了“實驗探索研究”,而非“科學理論指引研究方向、方法的明確技術開發、理論轉化產品研究。”

說實話,科技強國領先的是什麼,不是技術成果,而是科學理論的正確性,先驅性、體系性的領先,及其理論轉化成產品的時間用度的領先。

再者,宣傳一個“使用一生、奉獻一生”而成名的科學家,大家對其的只有尊敬,對應學術的人才會對其產生崇拜。因為“他、她”的成果與地位沒有傳奇,那是通過努力而獲得的。別人羨慕不來,映像也就不會太深刻,就更談不上好奇了。

如果中國想要成為未來的“學術、科研、創新”的世界中心,吸引全球科研人才,激發大眾對科研、科學人才的關注度、崇拜度、嚮往度,就只能從“民間科研者中”選擇出一位真正具備實力的人來推廣、宣傳。

因為自學能成為國家器重,全球科研人員認同,並且可以解決對應的難題,解開大眾對科學的迷惑,讓更多人相信科學、認同科學,才能真正引起全球科學熱潮、創新發明、創業研發潮流。

……

即:通過科研、學習科研理論,就能瞭解宇宙、世界的本質。這就是無上的吸引力。

《大統一理論……》通過“力”的變化規律,瞭解自然變化規律、瞭解宇宙星辰原理。等等

2018、10、24


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