03.06 楊振寧到底有多厲害?誰能用淺顯易懂的方式,講講他的理論嗎?

通急飯


理論物理學

楊振寧的主要成就其實在理論物理學方面。那具體都有哪些科學成就呢?

如果簡單統計一下,楊振寧在四個領域凝聚態物理學、統計力學、場論、粒子物理這四個細分領域有重大的科學家貢獻,其中具有開創性的科學成果加起來差不多能有10多個。

其實能夠同時在多個領域都能取得巨大成就的科學家並不多,歷史上那些獲得巨大成就的科學家都是在某個細分領域登峰造極。

楊振寧最被大家熟悉的理論其實是宇稱不守恆,他因為宇稱不守恆與李政道在1957年獲得了諾貝爾物理學獎。

當然,很多網上的謠言提到楊振寧和李政道的事情,都會各種抹黑楊振寧,其實雙方對於誰先相處宇稱不守恆是各執一詞的,但都有一點是明確,那就是他們都承認這是他們一起做出來的成果。

而且大多數人不瞭解的是,宇稱不守恆是李政道研究生涯中最重大的成果,在這之前和在這之後,李政道都沒有能夠拿得出具有開創性科學成果。而楊振寧則截然相反,對於楊振寧來說,宇稱不守恆即使往最好的說,也就只能勉強擠到第三。他的楊米爾斯理論和楊巴斯特方程其實都是要比宇稱不守衡更重要的科學成就。

說白了,如果楊振寧沒有宇稱不守恆,他依然是目前世界上最頂級的物理學家,歷史地位不會受到絲毫影響,而且他依然會憑藉楊米爾斯理論或者楊巴斯特方程獲獎(至於為什麼,我們下文會說到);但如果李政道沒有了宇稱不守衡,那他可能只能算是一個三流的科學家。

楊米爾斯理論和宇稱不守恆

由於篇幅關係,我們就僅談談楊米爾斯理論和宇稱不守恆。楊米爾斯理論是楊振寧和米爾斯一起做出來的科學成果。

那這個理論是幹嘛用的呢?說實在的,一開始楊振寧和米爾斯也不知道。

但後來楊米爾斯理論在近70年的理論物理學的發展中起到了至關重要的作用。要了解這個問題,我們要先從自然界的四種作用力說起。在宇宙中存在這四種基本作用,引力,強力,弱力和電磁力。

這四種力可以理解萬物的膠水,把物質粒子黏在一起構成物質。其中,強力和弱力確保了原子核可以被構成,弱力和電磁力確保了原子結構。而引力則是把物質巨大一起的力,這也是我們最熟悉的力。

而在此之外,牛頓描述了引力的相關理論,還給出了著名的萬有引力公式。

同樣的,麥克斯韋搞定了電磁力的相關理論,給出了著名的麥克斯韋方程。

上世紀中期科學家就一直在試圖找到描述想辦法描述強力和弱力,並且還試圖統一這四種作用力。而楊振寧的楊米爾斯理論就可以用來描述強力,有5位科學家利用楊米爾斯理論描述強力而獲得了諾貝爾物理學獎。(之所以沒有頒給楊振寧是和楊振寧已經獲得過諾貝爾物理學獎有關,歷史上能同時獲同一個獎項的只有約翰巴丁一個人,成就絕大的愛因斯坦都沒有做到。)

楊米爾斯理論雖然能夠描述強力,但是弱力遲遲沒有得到解決。正是楊振寧和李政道提出的宇稱不守恆以及吳健雄等人的實驗證實。給科學家研究弱力打開了突破口,他們同時是基於楊振寧的楊米爾斯理論,提出了弱電統一理論。

於是,理論物理學家成功完成了強力,弱力,電磁力的統一,而引力一直未能納入到這個理論。而基於這些理論,科學家建立了粒子物理學標準模型。

這是繼牛頓力學,麥克斯韋方程,愛因斯坦相對論和量子力學之後,又一次重大的突破,並且在這條理論當中實現了狹義相對論和量子力學的結合。

可以說,楊振寧和米爾斯的楊米爾斯理論在整個粒子物理學標準模型的建立過程中起到了極其重要的作用,是骨架理論。這也是為什麼楊振寧在理論物理學界能有如此崇高地位的原因之一。

楊振寧在理論物理學史上的地位

如果非要給理論物理學家們排個榜單,那麼在第一梯隊當中會有牛頓,麥克斯韋,愛因斯坦。因為這三位憑藉一人之力就完成了一個偉大的理論,並且開創了一個新時代。

僅次於第二梯隊的科學家有各個細分領域的開創者,比如:熱力學的大神玻爾茲曼,實驗物理學的鼻祖伽利略,還有量子力學的一群奠基人等等

同樣地,為粒子物理標準模型的建立立下汗馬功勞的人也在第二梯隊,他們當中就包括楊振寧,希格斯,溫伯格,蓋爾曼,費曼等人。(至於第二梯隊是什麼樣的座次,每個人都有每個人的看法。)

因此,楊振寧是可以躋身理論物理學史上第二梯隊的偉大科學家。


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