03.03 爱因斯坦的相对论总被人提及,为什么杨振宁的杨-米尔斯理论却很少会吸引人的眼球呢?

清明的星空


我个人认为这主要是门槛不同。

爱因斯坦和相对论

爱因斯坦和牛顿算得上是科学界的两个传奇了,而且他们的故事也是流传的很广的。这也是为什么霍金的名气要比很多顶级的物理学家更幽默的原因,很多时候故事更容易让一个科学家寻思火起来。

而爱因斯坦的相对论和他这个人一样也充满了传奇色彩。首先是爱丁顿说过的那句名言,世界上懂得相对论的人不超过3个。其次,还有爱因斯坦的大脑的故事,让很多人觉得理论很艰深。但是相对论的很多结论都可以被形象地表示出来,比如:钟慢效应,尺缩效应等等,还有好玩的双生子佯谬等等。

所以谈论相对论的人非常多,但是真的懂得相对论的人却很少。

杨米尔斯理论

而杨米尔斯理论就和相对论完全不一样了。首先杨振宁和米尔斯的名声其实远不如爱因斯坦。也没有那么多传奇的故事,自然不会引发很多人想要知道这个理论。其次,杨振宁拿到的是宇称不守恒的诺贝尔奖,让很多人误认为宇称不守衡的科学成就高于他剩余的其他科学成就。

然后就是艰深的程度。其实很多人看到方程就懵。这也包括相对论场方程等等。而杨米尔斯理论的方程也远远超出一般人所能理解的。

最后就是远离我们的日常生活,我们不知道杨振宁的杨米尔斯理论,依然可以过得很好。当然不知道相对论也可以,不过相对论有时候充当的是谈资,但杨米尔斯理论连谈资都算不上。


钟铭聊科学


其实这个问题和另一个问题是一回事:你知道世界第一高山是珠穆朗玛峰,那第二高呢?第三高呢?

事实就是这么残酷:不是第一,知名度就会远逊于第一。

有的朋友会说:我知道世界第二高山是乔戈里峰,我还知道世界第三高山是干城章嘉峰,还有第四……

那你确实很厉害,但你一定学过,或是对地理很有兴趣。

科学也是这样。即便是文科生,没有专门学过物理,一定知道爱因斯坦的名字,知道量子力学这个说法,知道牛顿。

但如果不去专门学习,很难知道除了这些No.1之外,还有很多也很伟大的科学家。

这可能就是所谓的「学科壁垒」:你必须稍微花一些力气才能知道的东西。

你认真学了高中物理,那你除了知道牛顿、爱因斯坦之外,还可能会知道波尔、麦克斯韦、薛定谔。

你认真学了本科阶段的物理,你大概就能「听说」大部分物理学家的名字了。

而只有你真的钻到了某个学科,比如粒子物理、量子场论,你才能认识到杨振宁的贡献,才能知道杨-米尔斯理论到底是什么。这背后还需要掌握大量的背景知识。

爱因斯坦的工作,在很多标准下,都可以说比杨老的工作要重要,但也没有天上地下的差别,至少杨振宁老先生的贡献,比一众只知道揪着私生活喷的喷子要不知高到哪里去了。


章彦博


我认为,e=mc2才是宇宙的终极规律,至于其他的理论,都是绕弯子没有任何意义,

能量是波和虚空运动,能量衰减被相互限制在一个相对大小的空间内运动,显示出来的属性叫物质,如胶子,电子,质子和中子,同时也叫质量,返过来,物质的限制空间被打破,又回到波和虚空的能量态,如黑洞,中子星等

现实中天体黑洞就是个最好的实证。

最重要的,大道至简,所以e=mc2才更伟大


上古仙道


答:原因是多方面的,一个主要原因是:学习杨-米尔斯理论需要较高的起点,使得该理论不适合在大众之中科普。


一、数学基础不同

相对论和量子力学的基础知识,对于学习过微积分的人,都能有一定的了解和掌握,当需要深入学习时,才涉及更深的数学技巧和知识。

但是杨-米尔斯理论一开始,就需要较高的数学基础和物理理论基础,包括群论、非欧几何、线性代数、高等微积分、色动量子力学和广义相对论等等,很难用通俗的语言讲清楚,所以不适合在大众之中科普。

就拿该理论的核心“杨-米尔斯方程”来说,对绝大部分人来说都是天书!

现代科学已经分化得很细,大部分前沿理论,都涉及艰涩难懂的数学知识;而与现代科学相关的书籍可分为两种,一种是看了一页就让人头疼的,另外一种是看了一行就让人头疼的,杨-米尔斯理论就属于第一种。


二、理论本身的兴趣点不同

相对论和量子力学的许多推论,都与我们常识违背,比如时间收缩效应、黑洞理论、薛定谔的猫(叠加态)、量子纠缠、量子隧穿效应等等。


这些现象能极大引起大众的兴趣,使得大众愿意来了解这些有趣的知识,所以很多科普工作者,也愿意花时间在相对论和量子力学的科普上。

但是杨-米尔斯理论更注重数学上的解释,难有什么观点能吸引大众的关注,所以杨-米尔斯理论虽然在物理学界很有名,但是在大众当中,知名度远远不及相对论和量子力学。


三、金牌效应

杨-米尔斯理论在理论物理中非常重要(统一了电磁力和弱力),但也比不上广义相对论、狭义相对论和量子力学(注:杨-米尔斯理论和量子力学有一定联系);就如我们知道2004年雅典奥运会110米栏冠军是刘翔,但是却不知道亚军和季军是谁一样。

大众的焦点,总是聚集在“第一”身上,这叫做金牌效应。


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艾伯史密斯


杨振宁多厉害,爱因斯坦算什么,杨振宁所有成果都是诺奖级别的,无人可比,是人类历史上最伟大的科学家,没有之一。他娶翁帆是一个美丽的爱情故事,堪比梁山伯与祝英台。总之他做的任何事都值得别人跪舔。还得加上一句,不接受任何反驳[吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐][吐]


三生石zsm


很简单,因为他是中国人。


月下风清吟


你看看两个理论的方程表达式的复杂程度就知道了。

只要不是学物理的,对于相对论的认识基本就停留在F=mc∧2

这个公司初中生都能看懂。

至于杨米尔斯理论的数学表达式实在没法打出来,自己上网搜搜吧。

不是学物理的研究生以上学历,你看得懂表达式里那些符号代表的意义就算我输!


青椒肉丝23


首先,杨-米尔斯方程实际几乎一文不值。很多人对杨振宁的吹嘘吹到天了!杨振宁回国的原因,主要是国外的学术期刊都不愿意再发表他论文了,原因就是他很久都没有新意了,唯独国内的期刊还肯发表他的论文。没人肯再发表杨振宁论文,这就是对杨振宁的评价,也就是认为他的新论文一文不值呗。

杨-米尔斯理论只是N个大统一理论中的一个,而且没有作出解,也就是没有解出来,没有任何实际用途。而真正实现了电磁力、弱作用、强作用理论统一的是别人,而且别人也因此拿了诺贝尔物理学奖:S.格拉肖、S.温伯格和萨拉姆提出的SU(2)×U(1)模型,预言了弱中性流和粲数的存在及其性质,均为以后一系列的实验所证实。由于他们对电弱统一理论的重大贡献,这三位学者获得了1979年度诺贝尔物理学奖。这三位学者的成就其实也就是对杨-米尔斯理论的否定,因为人家的模型正确统一了三大作用力,也就无需杨-米尔斯理论了。

如果杨-米尔斯理论真有价值,那么合伙人一定也会名声大噪,然而米尔斯却默默无闻,只是找到一个不知名的Oklahoma State University去当助理教授,一辈子也没什么进展,可见那个理论实际一文不值。

统一理论实际是爱因斯坦提出来的,然后N多人都想去解决,杨-米尔斯只是其中一个方程式,但是却没有解,而格拉肖等人成功用其他理论解决了三大作用力的统一,并获得实验验证。因此杨-米尔斯方程实际只是一堆失败尝试理论中的一个(没有解出来的一个方程式),却被国内某些人捧上天了。

牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦为什么被称为大师呢?是因为他们不但提出了理论,还把公式解出来了,被实验或者观测现象所验证,并能指导实践。而杨-米尔斯理论是什么?一个没有解出来的方程式而已,没有解出来能有什么价值?大多数物理学家认为那个方程完全无解,因此也就毫无价值。

真正让杨振宁出名的还是那个宇称不守恒定律,然而那个定律其实很多科学家都早于杨振宁发现,在一个半年前的论坛上大家就已经讨论宇称不守恒了,唯独杨振宁和李政道抢先发表为论文,感觉像是抢注商标成功一样。别人为啥不抢先发论文呢?是因为大家还没想出来如何来验证。后来吴健雄想出来一个巧妙的方法:用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。首先提出宇称不守恒的不是杨振宁,想出方法验证的也不是他,他却因为抢先和李政道发表论文而得奖。

因此杨振宁的贡献可有可无,少了他,也是一大堆人抢着要发表宇称不守恒的论文。而真正统一了三大作用力的也是别人的理论、别人的模型、别人的诺贝尔奖。

后来至于杨振宁大大出名主要还是靠82岁娶了28岁老婆这件奇事,以及他强烈反对中国建最新的对撞机的事。他为什么反对呢?是因为他认为高能物理已经发展到头了,再也研究不出新东西了,他还有什么可吹的


富贵财主7779


因为杨-米尔斯场太晦涩了,大家都认为爱因斯坦的相对论难,实际上杨-米尔斯场更难。

一个是宏观的几何美学,一个是微观的晦涩难懂。

爱因斯坦凭着物理直觉,构建起来的广义相对论主要框架,是一种纯粹如玉一般的几何美学。

而杨-米尔斯场是建立在20世纪20年代兴起的原子碎片上的理论。纷繁复杂的微粒子,注定了杨-米尔斯场描述的繁琐以及晦涩难懂。

杨-米尔斯场,是1954年由杨振宁和他的学生米尔斯共同发现的,被誉为一个多世纪之前描述光理论的麦克斯韦场的进一步推广。但它比麦克斯韦场更为丰富,不仅可以描述光,还可以描述电荷,因此它可以用来解释弱力与强力。

基于量子力学的杨-米尔斯场,是构建在众多的原子碎片上的。为了能包容粒子们众多的特点,杨-米尔斯场的计算相当繁琐。同时在20世纪五六十年代,杨-米尔斯场还面临一个最大的难题:无法重整化。

无法重整化的意思就是,计算结果会出现无穷大,此结果没有物理意义。

而拯救杨-米尔斯场的人,是20年后的一个名叫胡夫特的研究生。他发现只要存在“对称破坏”,杨-米尔斯场就可以获得质量。并证明了杨-米尔斯场,是一个有明确界定的,粒子相互作用理论。

基于此,到了20世纪70年代,物理学家们才逐渐发现,杨-米尔斯场可以解释所有的核物质。

核物质相对于宏观物质来说,对大众来说太神秘了。所以说,它的知名度肯定没有爱因斯坦相对论高!但在物理学界,杨-米尔斯场一样是牛逼轰轰的存在。

一个是自下而上的碎片收纳箱,一个是自上而下的统一几何网。

杨-米尔斯场和爱因斯坦相对论最大的区别就是,杨-米尔斯场描述的是微观的难以感知的物质,而爱因斯坦相对论描述的是宏观可感知的物质。

所以大家都喜欢拿相对论来开脑洞,各种天体运动与光速问题都可以成为热门话题,但杨-米尔斯场描述的是微观的东西,这些东西不是我们平时可以接触或者想象的。

而量子力学大家连最基础的“哥本哈根解释”都难以消化,更不用说,支撑量子力学底层数学的杨-米尔斯场。

相对论难,但我们还可以想象;而杨-米尔斯场已经难到无法想象了,对于无法想象的事,自然关注度就不高了。

以杨-米尔斯场为基础,才建立了量子力学的标准模型。但核心的关键是对称性的概念。

简单了解一下,物理学里面的对称性,你就知道,杨-米尔斯场比爱因斯坦相对论到底难多少了。

我大概说三种对称性的描述。

第1种最简单的时空对称。

这种对称是我们日常最常见的,比如说光的反射,雪花旋转60度,形状还是一样的。相对论实际上就是时间与空间的旋转。

第2种对称需要重组一系列对象来建立。

比如我们经常见到的一种街头小把戏。把三个相同的杯子,其中的一个里面放了一个小球,然后不停的旋转,变换他们的位置。那他们有多少种组合方式?

稍微计算一下,你就会发现总共有6种排列方式。对于看不见杯子里面小球的人来说,这6种方式在外观上看起来是一样的。数学家将这种对称对称性描述为S3。

如果这三个杯子换成夸克,实际上就是我们熟悉的,由三个夸克组成的基本粒子,由强力控制的质子和中子。描述这个的物理方程,我们就称这个方程具有SU(3)的对称性。

大概理解下就行了哈。

第3种对称型组合方式。

实际上就是描述由弱力控制的电子和中微子。类比上面的比喻,我们称描述这个的方程具有SU(2)的对称性。

说到这,即便我已经很通俗的用比喻的方式来介绍第2种与第3种,但是如果你不是学数学的,可能还是会觉得不好理解。

而爱因斯坦相对论玩的只是第1种对称方式,而杨-米尔斯场玩的是所有的对称方式。

总结

当然,理论也并不是越难越好,其实物理学反而追求的是简单。所以“标准模型”的复杂也一直让人诟病。卢瑟福曾说,基于标准模型的粒子物理学研究,就像是一种集邮。

总的来说,杨-米尔斯场没有爱因斯坦相对论出名,并不是因为它不够优秀,而是因为对大众来说,太深奥和晦涩。

爱因斯坦的相对论,既有深度,又给人足够的想象空间;杨-米尔斯场的深度绰绰有余,但一般人,对它难以想象。


想法捕手


题主在问题中还提到了相对论、量子纠缠、薛定谔的猫,和这些相比,杨米尔斯理论的确在公众中很少被人提及。很少被公众了解,不是因为杨米尔斯理论不伟大,在我看来是因为很难做出面向大众的关于杨米尔斯理论的科普。

知道相对论的人很多,但能够理解运动的尺变短、运动的钟变慢的人就要少很多,能写出钟慢尺缩公式的人会变得更少。相对论的出现极大改写了人们对时间、空间的认识,其产生的强烈震撼至今仍回荡在公众心中。速度增大时间居然变慢,长度居然会收缩,这种奇特的现象与日常生活形成的经验总结不相容。依托相对论,涌现出很多科幻小说,也有很多关于相对论的科普作品面向大众。所以相对论能够在公众中收获人气。


量子世界也是非常的奇特,量子纠缠的奇特被一些自媒体广泛提及,不确定性原理、测量导致塌缩等等也与人们的日常思维不匹配。量子世界的奇妙也为科幻作品、科普作品提供了优秀的素材,薛定谔的猫甚至被用到了爱情中。尽管量子力学是高冷的,量子力学中的猫、一些奇特的现象还是很接地气很吸引人的。

霍金的《时间简史》风靡全球,其中一个原因就是里面出现的公式极少,只有一个质能方程。霍金曾说过,每增加一个公式就会导致销量减少一半。越是高深就越容易曲高和寡。

杨米尔斯方程是非线性偏微分方程,从形式上看就要比相对论的一些公式复杂难懂。极少有科普文章能够面向公众科普清楚杨米尔斯方程,理论的高深使得在公众中很少有市场。

科学成就的高低不是看在公众中有多高的知名度,主要还是看科学共同体的评价。杨振宁1994年获美国的鲍尔奖时,授奖词中将他的杨米尔斯场排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。从中可以感受到杨米尔斯理论的伟大。


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