最厉害的物理学家就是杨振宁,没有之一,相当于「霍金只是给他ti xie 的」的级别,因为霍金只是提出了黑洞,而且只是个假说,还没法验证;而杨获得诺贝尔奖.其中提出的一个理论(我忘了叫啥),非常重要,相当于门捷列夫提出的元素周期表一样重要、厉害。(这个老师说话比较直或者说接地气一点吧可能ti xie这个说的不太和谐...大家就看过了就过了好吧不喷老师了)


刚提的问,第二天就闹起了「清华学子怒批杨振宁」一事(原链接 侵删)


由图可知。


都5G了,就不用说明多图预警了。

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杨振宁很厉害,但是媒体让我们老百姓们知道他厉害了吗?没有让我们知道,再多么厉害的人也就默默无闻了,更恶劣的是诸多流言蜚语,恶意诋毁,瞎操心别人的生活,这种人极度恶心。所以,这个问题的关键是,媒体是否让国人了解到了真正的杨振宁?

注:媒体指自媒体,公众号、网路大V、浏览器的「小编们」等。

经评论区朋友提醒,纠正一点:《自然》排名不分先后。

微信仅仅搜索「杨振宁」就出现这些。

———————————正文———————————

杰出的物理学家霍金老先生去世了,网上直接刷屏,各种纪念,各种「最伟大」的头衔满天飞…全然不顾霍金老先生在天之灵的感受。如果他能看到这一幕的话,估计也会皱眉头吧。不过比起中国那些默默无闻的科学巨匠和泰斗来说,霍金算是幸运的,因为他说的每一句话,他人生的每一点际遇,任何一点成就都会被世人所熟知,然后受到足够的尊重和敬仰。然而,很多华人科学家,哪怕在成就上比霍金要高很多很多,却依然没有获得同样的尊重,甚至总是绯闻缠身。

这很不公平。

霍金的确是一位相当杰出的物理学家,但却远远谈不上「最伟大」。霍金还在世的时候就有一个全人类「伟大的物理学家」评选榜,但里面评选出的依然在世的最伟大物理学家是杨振宁老先生而不是霍金。2000年时《自然》评选了人类过去千年以来最伟大的物理学家,全人类总共只有20多人上榜(人类物理学终极封神榜单),杨振宁先生在这个评选中名列18位,并且他还是这个榜单里唯一一个活著的物理学家。与他一同登上这个榜单的其他人全部都是已作古的大牛,包括(牛顿,爱因斯坦,麦克斯韦,薛定谔,波尔,海森堡等等……)。

我们对霍金也抱有足够的敬意。毕竟因为严重疾病「渐冻症」的困扰,他的一生几乎都被禁锢在轮椅上,到了最后连发声都做不到,只能依靠键盘和电脑来和这个世界交流。

平常人若是遭此不幸估计连活下去的勇气都没有,更不要说成长为一名杰出的物理科学家。但是,霍金却做到了。被禁锢在轮椅上的他,不仅拚命学习,努力向命运抗争,逐渐成长为了一名杰出的前沿物理学探索者,其性格更充满了诙谐、幽默和机智,可以说是「身残志坚」的典范人物。加上霍金在科普工作上的贡献,作为全球最畅销的物理科普书籍作者,他所得到的尊重和地位配得上他的努力。这说明,西方媒体对科学家的宣传和重视是足够的。

但是,再怎么样这也不是神话霍金的理由。西方媒体怎么评价自己的科学家,那是人家自己的事,我们管不著。但是作为中国人自己,不假思索地跟著西方媒体的尾巴炒作,甚至越过西方媒体直接给霍金封神的做法,显然是有失公允的。——从昨天开始,各种「最伟大的科学家」逝世、「最聪明的大脑」离开了、「爱因斯坦之后的第一人」去世等等不实文章就在网上泛滥开来,这种架势估计连西方人都会看呆。

毕竟在西方甚至全球物理学的象牙塔里,从未有物理学权威机构正式授予霍金「第一」的荣誉称号,只有供职单位对他有过「之一」的荣誉评价。估计中国的亲美大V们,各个都以为自己是《自然》,可以随便给人授勋了吧。外媒对他去世的讣告内容是:「著名物理学家史蒂芬·霍金去世,享年76岁。」 请各种大V们自重,不要擅自篡改别人的讣告。篡改,是对逝者的极大不尊重。

尽管从专业领域上来说,霍金很难名列前沿物理王座。尽管如果要评选「爱因斯坦后的第一人」的话,杨振宁先生或与其同等伟大的前沿物理学家才有资格入围。但很遗憾的是,如今在中国打开网路输入霍金两个字,出来的全是各种溢美之词,而打开网路输入杨振宁三个字,则全部都是一些诽谤谣言或花边新闻,甚至还有许多恶毒的诋毁和羞辱之语。这很悲哀。怎能一边对别人家的大师盛赞若悬河,却又一边对自家的宗师弃之如敝屣呢?

平局今天说这些并不是要贬低谁或抬高谁,只是想要客观地讲清楚事实。客观事实是:霍金当然是十分了不起的,值得宣传和纪念以及学习。而杨振宁当然也是伟大的,同样值得我们宣传和学习。

然而现实却是常见迷恋霍金,少有崇拜杨振宁。很多人转发霍金去世的新闻,其实根本没有看过他的物理学科普书籍,或者根本就看不懂。他们转发霍金只是为了假装自己有文化热爱物理学。不过很可笑的是,这群人当中有一部分平时也很喜欢转发关于诋毁杨振宁先生的谣言或无关紧要的花边新闻。——这就说明,他们根本没有文化,根本不懂物理学。他们不尊重宇宙,不了解宇宙,不欣赏物理、更不喜欢宇宙深处的那些秘密。因为一个对宇宙有真正崇高探索之心的人,是绝对会尊重和敬仰杨振宁先生的。

杨振宁先生和他的前沿物理学研究成果有多了不起?答案是:相当了不起!属于提升人类文明等级的范畴。在刘慈欣的伟大科幻作品《三体》里面,描述了这样一个概念。在宇宙高等文明眼里,低等文明等于是「虫子」。三体人就很喜欢对地球人说:「你们是虫子」。 那么,什么是高等文明?什么是低等文明?其划分标准,就是文明对物理规则的理解和掌握。这里面,前沿物理研究和掌握成果就是关键。

在科幻小说里,能够掌握量子场统一四大力场(万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力)的三体文明,随手就可以捏出一个「强互作用力材料」的探测器来,而这样的一个探测器就能在瞬间摧毁全部人类战舰。这种差距,就好像掌握了现代物理学化学之后,一个现代人抱著机枪就能消灭整个猿猴部落一样。而要掌握量子场统一四大力场,就需要在前沿物理上有突破性进展。杨振宁,就在这个领域取得了一小步的突破性进展。这其中的意义,可想而知。也就说如果人类文明有足够远的未来发展前景,那么几百年几千年以后,杨振宁的突破仍将指引人类文明在科学的道路上前进。

杨振宁最重要的已验证成果是「杨-密尔斯场」(「规范场」理论),已经把自然界中的四大力场,给统一了三种(弱电统一)!换句话说,人类要是有一天变成像「三体文明」那么厉害,能制造出「水滴」材料的话,杨振宁居功至伟。杨先生的研究成果不是简单的「前瞻性猜想」,而是有方程、可证明、可验算,且具备应用前景的结结实实的科学研究成果。

杨振宁先生在粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域,均为人类文明做出了里程碑式的伟大贡献。他曾经和R.L.米尔斯联手提出了著名的非阿贝尔规范场理论;他还和李政道联合提出弱相互作用中宇称不守恒定律;他甚至在粒子物理和统计物理方面做出了大量开拓性的成就,提出杨-巴克斯特方程,开辟了量子可积系统和多体问题研究的新方向。这些研究成果,任意砸出一个来,都是足以影响人类文明进程千百年之久的伟大发现。所以,他才被评入「最伟大的物理学家」权威榜单。

如果说,有一天外星文明不是称呼人类为虫子,有一天人类如果能制造出强互作用力材料,能够变成跨恒星系旅行的星际文明的话,杨振宁先生一生所作出的前沿突破性研究功不可没。但很遗憾,由于杨先生一直有一颗中国心,他的主要研究精力和教育培养人才心思放在了中国,所以他不断遭到西方媒体的刻意冷藏和贬低。而我们的舆论成也在西方媒体的熏陶和影响下,对杨振宁先生各种花边报道和边缘化处理。使得一代华人巨匠,在网上的口碑和影响力远远不如腐国科学家霍金。

单从物理学研究成就来说,霍金先生是杰出物理研究者,而杨振宁先生是伟大物理研究者。关于这一点,很多中国人并不知道。

网上关于杨先生的谣言以及诽讥讽文章实在太多太多,这是一个时代的悲哀和不幸。有人说杨振宁先生「为老不尊,妻子比自己小太多。」但这些人却不说,霍金同样爱科学更爱美人,且霍金还是离婚再娶。在从「默默无闻」走向「声名鹊起」后,霍金和自己相伴多年的妻子离了婚,然后迎娶了年轻漂亮的护士小姐姐,后来又离了婚,此后有一些其他恋情传出,但都没结果。

当然这些都是人家霍金的私事,不需要拿出来为外人道。其实这个世界上,只要是单身的男女,在爱情面前都是应该平等的,都应该是自由的。两个单身男女的自由婚恋,就是基本人权,凡是对此说三道四的都是不道德的行为。媒体大亨默多克前妻邓文迪也比他小很多,霍金的护士小姐姐也比他小太多太多,齐白石续弦的妻子也同样小很多很多,也没见人说三道四。但唯独杨振宁和翁帆,总是被人拿出来瞎评论,这很不公平也不正常。难道杨振宁对人类文明的贡献还不如一个外国商人吗?

有人说,翁帆嫁给杨振宁是图钱,但这很好笑也很荒诞。杨振宁是富翁吗?当然不是!杨振宁先生曾经在美国有房产,不过早就变卖了,房产变卖之后的钱全部捐献给了国家。当时中国的经济很困难,杨振宁先生的捐款极大地改善了国内一些物理实验室的教学设备。后来杨先生返回国内,清华大学一年给他的教授聘金约合13万美金,这比美国科学院开给杨振宁先生的工资要低很多很多。然而即便是这些工资,杨先生也都将它全部捐赠了。

并且杨振宁在国内的学术讲座和实验室建设指导全部都是义务劳动,没有向任何人索要报酬。 更重要的是,翁帆女士的家境很好,根本不缺钱。事实上翁帆父亲是潮州中国旅行社的老总,家庭条件较好。比起什么都捐掉了的杨振宁来说,翁帆娘家或许更殷实一些。

而翁帆作为女孩子,却是一个学霸(广外硕士、清华博士)。在学霸的精神世界里,只有高山仰止的终极学霸才值得自己仰慕。而杨振宁,无疑就是这样的一个人。从认识到相知,杨振宁的聪慧大脑、魅力人格以及如海洋一般深厚的学识逐渐征服了翁帆,两人擦出了爱情的火花。网上有一段话叫做,女人对男人的爱慕始终源自于崇拜。这一点,似乎是一种定律。

翁帆敬仰杨振宁,也爱上了杨振宁,两人终于走到了一起。不图钱,不求名,婚后两人相扶相持,一直在为中国的物理学教育事业做贡献。——如果这都不算爱,那还有什么好悲哀?如果你看不惯这样的爱情和婚姻,那请问你还看得惯什么?——只是,由于我们的舆论环境很差,两人在一起之后,翁帆还承受了来自社会舆论上巨大的压力。但是面对这些羞辱谩骂、诋毁造谣和流言蜚语,她和杨振宁却选择了沉默和坦然接受,他们从未对此高声辩解过什么,也没有激动抗议过什么,无论多少横加指责他们都独自承受了。然而他们的沉默,似乎更是给了宵小们猖狂放纵的理由,他们愈发迷上了上网发文欺负和诋毁杨振宁夫妇。

还有人说以前中国贫穷的时候杨振宁在美国享福,而现在中国富有了杨振宁才回来捞名利。但实际上,这都是谣言。根据周小平了解,以及权威渠道提供的材料显示,杨振宁先生无论是过去还是现在,一直都有一颗中国心,始终在为中国物理学做奉献。

杨振宁和钱学森关系很好,并且和两弹元勋邓稼先先生也是亲密挚友。他们不仅在学术上有诸多交流,且杨振宁还在生活和工作上对邓稼先有诸多帮助。在邓稼先遭到困难的时候,杨振宁老先生还积极发声坚决支持邓老。对此邓老的夫人许鹿希也曾经说过:「他们之间的情义堪比战友和亲兄弟。」

杨振宁的确没有和钱学森一起在中国最危险的时候回国,似乎没有「雪中送炭」,但这并非是他的本意。当年杨振宁先生有过回国的念头,但是大家研究之后没有同意。钱学森老先生是做应用物理研究的,他的研究成果可以直接用于造导弹,是新中国最最迫切需要的东西。但是杨振宁先生不一样,杨先生是搞前沿物理研究的,他的研究成果在当时的中国国内很难马上发光发热。因此当时大家的意见都是,希望他继续留在国外发挥作用。

而杨振宁先生也的确接受了这一建议,继续留在国外做研究。同时他还为这个国家和民族的科学家对外交流和学习作出了最为积极的贡献。——要知道当时的新中国极度孱弱,西方有些国家个别政客甚至会直接骂中国人是黄祸、黄皮猪、垃圾人种。所以有些国际科学交流学术会议或场合,总是特别排斥中国科学家,这十分不利于中国科学事业的发展。

而杨振宁先生在那个特殊的年代,利用自己在前沿物理学界积累的人脉和影响,积极在国外活动,说服各个国际学术研究交流组织,帮助中国科学家参与国际交流。杨振宁先生的努力,感动了很多国家的科学家,他们纷纷站出来帮助中国科学家,为中国打开了学术交流的大门。

并且,杨振宁先生留在在美国做的物理研究的那些年里,工作性质和「给美国人造导弹」没有任何直接关系。他所主持的最前沿物理研究,短时间内不可能作为任何武器应用,并且这些学术成果,杨振宁先生都印在脑子里,带回了中国。 1971年杨振宁开始回到中国旅居并开展物理学教育以及讲座。七十年代的中国并非像今天一样富足,而是依旧十分贫穷落后,很多家庭都吃不饱饭,还有数亿人在温饱线上挣扎。

由于当时国内局势和经济形势依然很不乐观,所以物理学科研条件和物理学科知识储备十分短缺,很多方面的研究都是一片空白。因此杨振宁回到中国旅居后,把自己的家产都捐给了国家,然后全身心地投入了搭建前沿物理学教育体系的工作当中。

他,独自一人把清华大学的冷原子凝聚态的科研水平提高了几十年。

他,义务参与建设了中国六十多个一流的物理实验室。

他,全身心投入了中国物理学的教学工作,开展诸多免费讲座交流和实验指导。——也就是说他和钱学森、邓稼先、于敏一样,同样是值得我们学习和敬仰的伟大科学家。

并且虽然他才是真正由权威《自然》评出的「在世物理学第一人」,但是杨振宁先生比较低调,他自己从不宣扬这一点,他甚至总是称赞其他科学家的成果,他不认为自己是什么「第一人」,对这些权威杂志的评选榜单他从不放在心上,更不挂在嘴边。所以,无论是从专业上还是从人品上,杨振宁先生本身就是一个活著的宝库,他生活和工作的每一天价值都是无限的。

如今杨振宁先生年事已高,但即便已经如此年迈,他还是依然活跃在中国物理领域的教育工作上,每年都要进行许多场前沿物理学讲座和辅导。对杨老先生而言,不战斗到生命的最后一刻他是不会罢休的。他热爱宇宙,迷恋物理,教书育人。春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干。他从不在意这个国家的网路上有多少针对他和爱人的讥讽和恶意文章,他也不在乎这个世界有多少人真正理解他的科学事业和赤子之心。或许对他而言,那颗聪明绝顶的大脑里早已只在乎头顶的星空,只在乎心中的祖国,而不在乎世间的庸俗了。

来自微信公众号「今日平说」,有删减。

链接:

周小平:西方媒体对得起霍金,中国媒体对得起杨振宁吗??

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已同意转载。

侵删。


关于这个问题,我们还是从罗彻斯特会议说起。


杨振宁在罗彻斯特会议上鼓足勇气说,会不会宇称是不守恒的呢?说实话,对于讲故事来说,我很希望我此时对你们说,杨振宁抛出了一个离经叛道的观点,举座皆惊。这样的描述充满了戏剧的张力,就好像迈克耳逊- 莫雷实验之后,爱因斯坦大声宣布以太并不存在,光速是不变的一样。然而,对于西桃之谜来说,宇称不守恒的观点并不是什么惊世骇俗的观点,很多初次接触西桃之谜的物理学家都会想到如果宇称不守恒,这个西桃之谜也就不攻自破了。


但问题是,过去已经有太多的实验符合宇称守恒的信念,宇称守恒不仅仅是物理学家们的一种执念,它确实是有大量的实验基础的。科学家们都认同实验是检验理论的唯一标准,没有实验基础的理论都是空中楼阁。所以,在罗彻斯特的会议上,杨振宁再次提出宇称是否守恒时,既没有举座皆惊,也几乎没有人同意,杨振宁自己也是心虚的很。


重大转机是在罗彻斯特会议结束后没多久到来的,在纽约的一家餐馆中,杨振宁和李政道突然想到:似乎之前所有的所谓证明宇称守恒的实验都没有仔细地按照不同的相互作用来分类,会不会宇称仅仅是在弱相互作用时不守恒,而在其他相互作用时是守恒的呢?


咱们稍微解释一下什么是弱相互作用,牛顿把力定义为物质之间的相互作用,万有引力是人类发现的第一种相互作用。电磁力是第二种。进入到量子时代后,人们又发现了弱力和强力。只是在粒子物理学中,人们习惯性的使用相互作用,而不是力这个词。而强相互作用是把质子和中子结合在原子核中的一种力。

有一种弱相互作用叫做 β 衰变。什么是 β 衰变?1896 年,德国物理学家贝克勒尔发现了铀原子的放射性现象,92 号元素铀能够自发衰变成 82 号元素铅。接著,卢瑟福和汤姆孙在一年后发现,铀在衰变过程中会产生三种不同的放射线,准确地说,大自然中没有线,所有的线都是由粒子组成的。你可能想问,他们怎么知道是三种不同的粒子呢?


这个原理其实很简单,就是让放射线通过一个磁场,然后他们就发现,在磁场中,放射线的偏转方向会不同,根据异性相吸的原理,也就知道了铀在衰变过程中,释放出带正电、负电和不带电的三种粒子。他们就把带正电的叫做 α 射线,带负电的叫做β射线,不带电的叫 γ 射线,那么发出 β 射线的衰变过程就叫做β衰变。


在随后的两个礼拜中,杨振宁和李政道设法找来了大量的有关 β 衰变的实验数据,然后开始动手计算,验证宇称是否守恒,这一过程涉及到极为枯燥和复杂的数学计算,而且当时还没有计算机可以作为辅助。最后,他们算出的结果一致

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来看看杨振宁先生最厉害的杨-米尔斯理论,你就知道他有多厉害了~

在上一篇文章《深度:宇称不守恒到底说了啥?杨振宁和李政道的发现究竟有多大意义?》里,长尾君用了很长的篇幅跟大家聊了聊宇称不守恒的事。大家也知道杨振宁和李政道先生因此斩获了全球华人的第一个诺贝尔奖,然而,对杨振宁关注多一点的人就会经常听到这样一个说法,说宇称不守恒虽然为杨振宁赢得了物理学界至高无上的诺贝尔奖,但这并不是他的最高成就,杨先生最大的贡献是杨-米尔斯理论

这下子很多人就懵圈了。杨-米尔斯理论是啥?上学的时候老师肯定没讲过,去百度上搜,搜出来结果更是一头雾水,那都是只有懂的人才能看得懂的东西。隐隐约约能感觉到杨振宁先生好像做了什么非常了不起的工作,但是要具体说他做了啥,在科学上有啥意义,就迷糊了。

杨-米尔斯理论到底重不重要?重要,当然重要,绝对的重要,这是现代规范场论粒子物理标准模型的基础。在讲宇称不守恒的时候我就说过,杨-米尔斯理论是一个背景更加宏大的故事。宇称不守恒虽然也影响了物理学的方方面面,但是我们把它单独拎出来还是马马虎虎能讲清楚的,而杨-米尔斯理论就不一样了,想要把它搞清楚,我们得把视角上升到整个物理学发展的高度上来,因为这是一个跟物理学主线密切相关的故事。

01物理学的主线

物理学家到底在研究什么?

大自然中有各种各样的现象,有跟物体运动相关的,有跟声音、光、热相关的,有跟闪电、磁铁相关的,也有跟放射性相关的等等。物理学家们就去研究各种现象背后的规律,然后他们得到了一堆关于运动啊,声学、光学、热学之类的定律,然后物理学家们就满意了么?

当然不满意,为啥?定律太多了

你想想,如果每一种自然现象都用一种专门的定律来描述它,那得有多少「各自为政」的定律啊。于是物理学家们就想:我能不能用更少的定律来描述更多的现象呢?有没有可能有两种现象表面上看起来毫不相关,但是在更深层次上却可以用同一种理论去描述?有没有可能最终用一套理论来描述所有的已知的事情

这个事情,本质上就跟秦始皇要统一六国一样,我决不允许还有其他六个各自为政的国家存在,必须让所有人遵守同样的法律,服从同一个政令,用同样的语言和文字,这样才和谐。物理学家的统一之路,也是这样浩浩荡荡地开始的。

牛顿统一了天上和地上的力,麦克斯韦统一了电、磁、光。到了19世纪,随著人们对微观世界研究的深入,许多在宏观上风牛马不相及的东西,在微观层面上却很好的统一了起来。比如我们熟悉的支持力、弹力、摩擦力之类的东西,在宏观上它们确实是不同的东西,但是到了微观一看:这些杂七杂八的力全都是分子间作用力造成的,而分子间作用力本质上就是电磁力。并且,这些分子、原子运动的快慢,在宏观层面上居然体现为温度,然后热现象就变成了一种力学现象。

于是,到了19世纪末,人类所有已知现象背后的力就都归结为引力和电磁力,其中引力由牛顿的万有引力定律描述,电磁力由麦克斯韦方程组描述。但尴尬的是,麦克斯韦方程组和牛顿力学这套框架居然是矛盾的,那么到底是麦克斯韦方程组有问题还是牛顿力学的这套框架有问题呢?

爱因斯坦说麦克斯韦方程组没毛病,牛顿的框架有问题。于是爱因斯坦升级了一下牛顿的这套框架,在新框架下继续跟麦克斯韦方程组愉快地玩耍,这套升级后的新框架就叫狭义相对论

在狭义相对论这个新框架里,麦克斯韦方程组不用做任何修改就能直接入驻,这是一等公民。另外,牛顿力学里有些东西无法直接搬过来,但是稍微修改一下就可以很愉快的搬到这个新框架里来,比如动量守恒定律(直接用牛顿力学里动量的定义,在狭义相对论里动量是不守恒的,需要修改一下就守恒了),这是二等公民。还有一类东西,无论怎么改都无法让它适应这个新框架,这是刁民

刁民让人很头痛啊,不过还好,虽然有刁民,但是刁民的数量不多,就一个:引力。牛顿的万有引力定律在牛顿力学那个框架里玩得很愉快,但是它骨头很硬,不管怎么改,它就是宁死不服狭义相对论这个新框架,那要怎么办呢?当然,我们可以继续改,我们相信虽然现在引力它不服,但是以后总能找到让它服气的改法。但是爱因斯坦另辟蹊径,他说引力这小子不服改我就不改了,然后他另外提出了一套新理论来描述引力,相当於单独给引力盖了一栋别墅。结果这套新引力理论极其成功,而且爱因斯坦提出这套新理论的方式跟以往的物理学家们提出新理论的方式完全不一样,这种新手法带来梦幻般的成功惊呆了全世界的物理学家,然后爱因斯坦就被捧上天了,这套新理论就叫广义相对论

爱因斯坦用广义相对论驯服了引力,用狭义相对论安置好了电磁力之后,接下来的路就很明显了:统一引力和电磁力,就像当年麦克斯韦统一电、磁、光那样,毕竟用一套理论解释所以的物理现象是物理学家们的终极梦想。但是,爱因斯坦穷尽他的后半生都没能统一引力和电磁力。不仅如此,随著实验仪器的进步,人们撬开了原子核,在原子核内部又发现了两种新的力:强力弱力

这下可好,不但没能统一引力和电磁力,居然又冒出来两种新的力。所以,我们现在的局面变成了有四种力:引力、电磁力、强力和弱力。其中,引力用广义相对论描述,电磁力用麦克斯韦方程组(量子化之后用量子电动力学QED)描述,强力和弱力都还不知道怎么描述,统一就更别谈了

到了这里,我们这篇文章的主角杨-米尔斯理论终于要登场了,我先把结论告诉大家:现在强力就是用杨-米尔斯理论描述的,弱力和电磁力现在已经实现了完全的统一,统一之后的电弱力也是用杨-尔斯理论描述的。也就是说,在四种基本力里,除了引力,其它三种力都是用杨-米尔斯理论描述的,所以你说杨-米尔斯理论有多重要?

同时,我们也要知道,杨-米尔斯理论是一套非常基础的理论,它提供了一个非常精妙的模型,但是理论本身并不会告诉你强力和电弱力具体该怎样怎样。盖尔曼他们把杨-米尔斯理论用在强力身上,结合强力各种具体的情况,最后得到的量子色动力学(QCD)才是完整描述强力的理论。格拉肖、温伯格和萨拉姆等人用来统一弱力和电磁力的弱电统一理论跟杨-米尔斯理论之间也是这种关系。他们之间的具体关系我们后面再说,这里先了解这些。

以上就是一部极简的物理学统一史,只有站在这样的高度,我们才能对杨-米尔斯理论有个比较清晰的定位。统一是物理学的主线,是无数物理学家们孜孜以求的目标,杨-米尔斯能在这条主线里占有一席之地,其重要性不言而喻。有了这样的认知,我们才能继续我们下面的故事。

在物理学的统一史里,有一个人的工作至关重要,这个重要倒不是说他提出了多重要的理论(虽然他的理论也极其重要),而是他颠倒了物理学的研究方式。以他为分水岭,物理学家探索世界的方式发生了根本的改变。正是这种改变,让20世纪的物理学家们能够游刃有余的处理比之前复杂得多得多的物理世界,让他们能够大胆的预言各种以前想都不敢想的东西。这种思想也极其深刻的影响了杨振宁先生,杨振宁先生反过来又把这种思想发扬光大,最后产生了精妙绝伦的杨-米尔斯理论

那么这个人是谁呢?没错,他就是爱因斯坦。那么,爱因斯坦究竟发现了什么,以至于颠倒了物理学的研究方式呢?

02被颠倒的物理学

大家先想一想,爱因斯坦之前的物理学家是怎么做研究的?

他们去做各种实验,去测量各种数据,然后去研究这些数据里的规律,最后用一组数学公式来「解释」这些数据,如果解释得非常好,他们就认为得到了描述这种现象的物理定律,然后顺带著发现了隐藏在理论里的某些性质,比如某种对称性。在这里我们能清晰的看到实验-理论-对称性这样一条线,这也符合我们通常的理解。

但是,爱因斯坦把这个过程给颠倒了,他发现上面的过程在处理比较简单的问题的时候还行,但是当问题变得比较复杂,当实验不再能提供足够多的数据的时候,按照上面的方式处理问题简直是一种灾难。

比如,牛顿发现万有引力定律的时候,开普勒从第谷观测的海量天文数据里归纳出了行星运动的三大定律,然后牛顿从这里面慢慢猜出了引力和距离的平方反比关系,这个还马马虎虎可以猜出来。我们再来看看牛顿引力理论的升级版-广义相对论的情况:

上图是广义相对论的引力场方程,你告诉我这种复杂的方程要怎样从实验数据里去凑出公式来?况且,广义相对论在我们日常生活里跟牛顿引力的结果几乎一样,第谷观测了那么多天文数据可以让开普勒和牛顿去猜公式,但是在20世纪初有啥数据让你去猜广义相对论?水星近日点进动问题是极少数不符合牛顿引力理论的,但是人们面对这种问题,普遍第一反应是在水星里面还有一颗尚未发现的小行星,而不是用了几百年的牛顿引力有问题。退一万步说,就算你当时认为那是因为牛顿引力不够精确造成的,但是就这样一个数据,你怎么可能从中归纳出广义相对论的场方程?

经过一连串的深度碰壁之后,爱因斯坦意识到当理论变得复杂的时候,试图从实验去归纳出理论的方式是行不通的,洛伦兹不就是被迈克尔逊-莫雷实验牵著鼻子走,最终才错失发现狭义相对论的么?实验不可靠,那么爱因斯坦就要找更加可靠的东西,这个更加可靠的东西就是对称性

于是爱因斯坦在物理学的研究方式上来了一场哥白尼式的革命:他先通过观察分析找到一个十分可靠的对称性,然后要求新的理论具有这种对称性,从而直接从数学上推导出它的方程,再用实验数据来验证他的理论是否正确。在这里,原来的实验-理论-对称性变成了对称性-理论-实验对称性从原来理论的副产品变成了决定理论的核心,实验则从原来的归纳理论的基础变成了验证理论的工具。理解这一转变非常的重要,后面的物理学家都是这么干的,我们要先把思路调对,不然到时候就容易出现各种不适应。

爱因斯坦利用这样思路,先确定了广义坐标不变性,然后从这个对称性出发得到了一套新的引力理论,这就是广义相对论。这也是为什么其他科学家看到广义相对论之后一脸懵逼,而且说如果不是爱因斯坦,恐怕50年之内都不会有人发现这套理论的原因。爱因斯坦是第一个这么反过来干的,广义相对论大获成功之后人们才发现原来理论研究还可以这么干,这种思想后来被杨振宁先生发扬光大,并形成了「对称决定相互作用」这样的共识。

爱因斯坦完成广义相对论之后,继续朝著更伟大的目标「统一场论(统一引力和电磁力)」进军,在强力和弱力还没有被发现的年代,能够统一引力和电磁力的理论似乎就是终极理论了。我们现在都知道爱因斯坦终其后半生都未能完成统一场论,但是统一场论的巨大光环和爱因斯坦自带的超级偶像的磁场还是吸引了一些物理学家,也带来了一些有意思的新想法。

03规范不变性

我们再来理一理爱因斯坦的思路:爱因斯坦把对称性放在更加基础的位置,然后从对称性导出新的理论。他从洛伦兹不变性导出了狭义相对论,从广义坐标不变性导出了广义相对论,现在我们试图统一引力和电磁力,那么,有一个问题就会很自然地被提上日程:究竟什么样的一种对称性会导出电磁理论呢

这个问题很自然吧,但是它的答案却不是那么好找的,这么容易就让你找到导致电磁理论的不变性,上帝岂不是太没面子了?麦克斯韦方程组是从前人的实验经验定律总结出来的,并没有指定什么具体的对称性,那要怎么办呢?

不著急,诺特定理告诉我们对称性跟守恒定律是一一对应的,我现在不是要找导出电磁理论的对称性么?那么我就去看看电磁理论里有什么守恒定律呗,最好还是电磁理论里特有的。

说到电磁理论里特有的守恒定律,那肯定就是电荷守恒啊。电荷肯定是只有电磁学才有的东西,而且电荷守恒定律又是这么明显,不管是不是它,它肯定是嫌疑最大的那个,必须抓起来严刑拷问,看看跟它私通的对称性到底是什么。

外尔的严刑逼供下,电荷守恒招了:跟电荷守恒相对应的对称性是波函数的相位不变性,(在量子力学里粒子的状态是用波函数来描述的,既然波那肯定就有相位),但是由于历史原因,这个相位不变性我们一直称为规范不变性,也叫规范对称性

这个相位不变性,或者说规范不变性,我们怎么理解呢?为什么麦克斯韦的电磁理论里会有规范不变性呢?如果从公式里看就非常的简单,就是我给它这里做了一个相位变换,它另一个地方就产生了一个相反的相位,总体上刚好给抵消了;如果从直觉上去感觉,你可以想想,在量子力学里,波函数的模的平方代表在这里发现该粒子的概率,你一个波函数的相位不论怎么变,它的模的平方是不会变的啊。如果你还想继续深挖,我推荐你去看一看格里菲斯的《粒子物理导论》(回复「粒子物理导论」可以获取这本书的电子版),他在第十章里专门用了一章来讨论规范理论,而且很通俗。

总的来说就是:规范不变性导致电荷守恒

但是事情还没完,外尔接著发现了一件真正让人吃惊的事:我们上面说规范不变性导致电荷守恒,这里说的规范不变性指的是整体规范不变性,但是外尔发现如果我们要求这个规范不变性是局域的,那么我们就不得不包括电磁场

泡利针对这个做了进一步的研究,1941年,泡利发表了一篇论文,他在论文里严格的证明了:U(1)群整体规范对称性对应电荷守恒,它的局域规范对称性产生电磁理论,甚至可以直接从它推导出麦克斯韦方程组。U(1)群是群论里的一种群的名字,叫酉群(unitary group),或者幺正群,数字1表示这是1阶酉群,我们现在只需要知道对称性在数学上就是用群论来描述,而且通常不同的理论对应不同的群(这里电磁理论就对应U(1)群)就行了。

也就是说,我们现在终于找到了决定电磁理论的对称性,它就是U(1)群的局域规范对称性。U(1)群和规范对称我前面都解释了,那么问题的关键就落在对称性的整体局域的区别上了。

04整体对称和局域对称

整体对称,顾名思义,如果一个物体所有的部分都按照一个步调变换,那么这种变换就是整体的。打个比方,舞台上所有的演员都同步地向前、向后走,或者全都做同样的动作,观众看著演员都整整齐齐的,觉得所有人都像是一个人的复制品一样,这样的变换就是整体的。如果经过这样一种整体的变换之后,它还能保持某种不变性,我们就说它具有整体对称性

有了整体对称的概念,局域对称就好理解了,类比一下,如果一个物体不同的部分按照不同的步调变换,那么这种变换就是局域的。还是以舞台为例,导演为了使表演更具有个性,他想让演员表现出波浪的样子,或者是千手观音那样,再或者是形成各种不断变化的图案,这种时候每个人的动作变换就不一样了吧,也不会说所有人都像一个人的复制品一样了,这时候这种变换就是局域的。因为它不再是所有的人按照一个规则变换,而是局部的每个人都有他局域特有的变换规则。同样的,如果经过这样一种局域的变换之后,它还能保持某种不变性,我们就说它具有局域对称性

从上面的情况我们看出来,整体变换要简单一些,所有的地方都按照同样的规则变换,而局域变换就复杂多了,不同的地方按照不同的规则变换。所以,很明显,如果你要求一套理论具有某种局域对称,这比要求它具有整体对称复杂得多,局域变换对物理定律形式的要求就更加严格一些。但是,你一旦让它满足局域对称了,它能给你的回报也会多得多。

还是电磁理论的例子:整体规范对称性下我们只能得到电荷守恒,但是一旦要求它具有局域规范对称性,整个电磁理论,甚至麦克斯韦方程组都直接得到了。电荷守恒和麦克斯韦方程组,这就是整体对称和局域对称给的不同回报,孰轻孰重差别很明显吧?电荷守恒是可以直接从麦克斯韦方程组里推导出来的。

以上是偏科普的解释,从数学的角度来说,整体变换就是你所有的变换跟时空坐标无关,局域变换就是你的变换是一个跟时空坐标相关的函数。跟时空坐标相关的函数,其实就是说不同的时空点,这个函数值是不一样的,也就是说变换不一样。

不管从哪种解释(从数学更容易),我们其实都可以看出:整体变换其实只是局域变换的一种特例。局域变换里变的是一个跟时空坐标相关的函数,但是这个函数的值也可以是一个定值啊,这时候局域变换就退化成整体变换了。

那么,一个大胆的想法就产生了:在电磁理论里,整体规范对称性对应著电荷守恒,但是我一旦要求这个整体规范对称性在局域下也成立,我立马就得到了整个电磁理论。那么我可不可以把这种思想推广到其他领域呢?比如强力、弱力,有没有可能同样要求某种整体对称性在局域成立,然后可以直接产生强力、弱力的相关理论呢

这是一个十分诱人的想法,杨振宁从他读研究生的时候就在开始琢磨这个事,但是一直到十几年后的1954年,也就是他32岁的时候才有结果,这个结果就是大名鼎鼎的非阿贝尔规范场论,也叫杨-米尔斯理论

05杨振宁的「品位」

在我们正式讲杨-米尔斯理论之前,我们先来聊一聊杨振宁先生的品位。

有一个曾经跟爱因斯坦共事过的物理学家这样回忆:我记得最清楚的是,当我提出一个自认为有道理的设想时,爱因斯坦并不与我争辩,而只是说:「啊,多丑!」。只要他觉得一个方程是丑的,他就对之完全失去了兴趣,并且不能理解为什么还会有人愿意在上面花这么多时间。他深信,美是探索理论物理中重要结果的一个指导原则

爱因斯坦自己也说:「我想知道上帝是如何创造这个世界的。对这个或那个现象、这个或那个元素的谱我并不感兴趣。我想知道的是他的思想,其他的都只是细节问题。

爱因斯坦对一个理论的美学要求达到了一种不可思议的地步。从麦克斯韦电磁学里发现的洛伦兹不变性成了狭义相对论的核心,但是爱因斯坦觉得狭义相对论偏爱惯性系,这点让他很不满。他觉得洛伦兹不变性的范围太窄了,上帝不应该让这么美的思想之局限在惯性系里,所以他要以一个在所有参考系里都成立的不变性为前提,重新构造一个新的理论,这就是广义坐标不变性和广义相对论的来源。

说白了,爱因斯坦就是觉得:这么好的对称性,这么美的想法,如果上帝你不选用它作为构造世界的理论,那上帝简直就是瞎子。爱因斯坦深信上帝一定是用简单和美来构造这个世界的,所以我从如此简单和美的对称出发构造的理论一定是有意义的。

杨振宁先生的品位,跟爱因斯坦几乎是一模一样的,这也是一位对理论的美学要求达到了不可思议地步的人。杨振宁先生最为崇敬的物理学家就是爱因斯坦,他对爱因斯坦颠倒物理学的研究方式,把对称性放在极为重要的位置,以及对科学理论简单和美的追求都有非常深刻的领悟。除此之外,杨振宁还有一个一般物理学家不具备的优势:他有一个非常厉害的数学家老爹,这就使得杨振宁的数学水平比同时代的物理学家高出很多。数学在现代物理中有多重要不用我多说,这就叫凭实力拚爹~

杨振宁先生是父亲杨武之是著名的数学家和数学教育家,是数学教育家就意味著他会以一种非常恰当的方式让杨振宁接触并喜欢数学。杨振宁还是中学生的时候,他就从父亲那里接触到了群论的基础原理。诺特定理的发现让物理学家们重视对称性,但是他们对群论这种对称性的数学语言却没有足够的重视。当时很多物理学家都反对把群论这种过于抽象的数学语言引入到物理学里来,怼神泡利直接把群论嘲讽为「群祸」,薛定谔表示附议,爱因斯坦也只是把群论当做一个细枝末节的工作。

幸运的是,杨武之恰好是擅长群论的数学家,他在清华大学开过群论的课程,当时华罗庚、陈省身这些未来的数学大师都来听过课。有这样的父亲,杨振宁对群论肯定不陌生,而杨振宁在西南联大学士论文的题目选的就是《群论和多原子分子的振动》,他的老师吴大猷就借此引导他从群论开始关注物理学的对称性问题

所以,年纪轻轻的杨振宁就已经非常重视物理学的对称性问题,并且在那个其他物理学家还在普遍怀疑群论的年代,他已经很好的掌握了群论这种研究对称性的重要工具,这无疑是非常幸运的。有这样的杨振宁,他会对泡利在1941年发表的那篇论文感兴趣是很自然的。

06对称性的推广

我们把眼光再拉回20世纪四五十年代,这时候人们已经知道自然界除了电磁力和引力之外还有强力弱力强力把质子和中子黏在一起(不然质子都带正电,同性相斥早就把原子核拆了),弱力在原子核衰变的时候发挥作用(比如中子衰变变成质子、电子和反中微子的β衰变)。但是那时候对强力和弱力的认识都还非常的肤浅,汤川秀树的介子理论、费米的四费米子理论都能只能解释强力、弱力的一些现象,还有大把的问题他们没法解决,谁都知道这些理论只是关于强力、弱力的一个过渡理论,最后肯定要被更加精确的理论取代,但是该怎样去寻找更加精确的理论,大家心里也都没谱,没有一个十分清晰的思路。

但是杨振宁先生那时候的思路确是很清晰的:他对理论的美学要求是跟爱因斯坦一样苛刻的,因此,任何只是试图粗糙、唯象的模拟强力、弱力的理论他都懒得搭理(就跟爱因斯坦嫌弃它们长得丑一样)。然后,加上数学大牛的父亲和恩师吴大猷的悉心栽培,杨振宁那先生对数学的群论、物理学的对称性都有非常深刻的理解,所以他就特别理解外尔那种想法的重要性。所以,他要不惜一切代价的扩展它

外尔发现U(1)群整体规范对称性对应电荷守恒,但是,一旦我把这个整体对称性推广到局域,我就可以直接得到整个电磁理论。这种想法对物理学上有「洁癖」的杨振宁来说,吸引力实在是太大了,因为它实在是太美太简洁,给出的回报也太丰厚。如果我在强力、弱力里通过把某种规范对称性从整体推广到局域,是不是也可以得到关于强力、弱力的理论呢?

我们从事后诸葛亮的角度看,好像这一切都显得很自然,好像只要是物理学家都应该想到这个。但其实不然,且不说当爱因斯坦在搞统一场论的时候,他就已经被所谓的主流物理学界给边缘化了,外尔跟著爱因斯坦搞统一场论时提出的这种想法跟著被边缘化是很正常的事情。物理学家们每天都要产生各种各样的想法,这些想法哪些可靠,哪些值得考虑,哪些值得自己深入研究,哪些东西值得自己不顾一切的去守护,这原本就是一个极困难的问题,也是非常考验物理学家水平的事情。

在当时更多物理学家的眼里,外尔这样的手法可能确实很漂亮,但有点「绣花枕头」的嫌疑:麦克斯韦方程组我们早就知道了,狄拉克、费曼等人也已经成功的把电磁场量子化了(就是所谓的量子电动力学),你在电磁领域这样颠来倒去好像确实很漂亮,但是没有增加任何知识啊?好吧,就算你的这个东西可能更普适,可能在强力、弱力里也有用武之地,但是在当时主流的描述强力和弱力的理论(也就是汤川秀树的介子理论和费米的四费米子理论)里,也看不到合适的用武的地方。而且,一般物理学家对「对称决定相互作用」的认识还远远没有达到爱因斯坦和杨振宁的水平,所以他们不怎么关注这个也是自然的。

所以,当时除了杨振宁、泡利、外尔等寥寥几人关注这个以外,其他人对此根本就不关心。而在这些关注的人里,杨振宁又无疑是其中对此关注度最高的一个,毕竟本科论文就是做的这个,后来给他带来诺贝尔奖的宇称不守恒也是关于对称性的,他一直对对称性在物理学里的作用保持极高的关注度。

既然想推广外尔的思想,试图通过找到某种新的局域规范对称性来找到强力、弱力的理论,那么关键就是要找到这种对称性。但是怎么找这种对称性呢?当然还是按照诺特定理,去看看强力、弱力里有什么守恒定律呗,最好还是像电荷守恒那样,在那种相互作用力特有的。

07同位旋

杨振宁通过一番审查,发现弱相互作用里暂时没有什么特殊的守恒定律,但是强相互作用力里却有一个现成的:同位旋守恒。而且这个同位旋守恒还只在强相互作用下守恒,在其它作用下不一定守恒,这不刚好么。

同位旋是啥呢?大家只要看一下质子(1.6726231 × 10^-27千克)和中子(1.6749286 ×10^-27千克)的质量,就会发现它们的质量实在是太接近了(差别在千分之一)。而且,人们还发现2个质子、1个质子1个中子、2个中子之间的强相互作用几乎是相同的,也就是说,如果我们不考虑电磁作用,在强相互作用的眼里,质子和中子完全是相同的。

于是,海森堡就来了提出了一个大胆的想法:他认为质子和中子压根就是同一种粒子-核子的两种不同的状态,它们共同组成了一个同位旋二重态。在抽象的同位旋空间里,质子可以「旋转」成为中子,中子也可以「旋转」成为质子,因为质子和中子在强相互作用下是一样的,所以,我们就可以说:强相互作用具有同位旋空间下的旋转不变性。

大家可能注意到我上面的「旋转」打了一个引号,因为我们这里说的旋转并不是在我们常说的真实空间里,而是在核子内部抽象出来的同位旋空间,因此这种对称性又叫内部对称性,而之前我们谈的各种跟时空有关的对称性就叫外部对称性。内部对称性咋一看好像不那么真实,但其实它跟外部对称是一样真实自然的,它们一样对应著守恒定律,强相互作用下同位旋空间里的这种旋转不变性就对应同位旋守恒

关于同位旋的事情这里就不再多说了,大家只要知道在强相互作用里同位旋是守恒的,并且同位旋空间下质子和中子可以相互旋转得到就行了。

因为描述对称性的数学语言是群论,与同位旋这种对称相对应的群叫SU(2)(特殊幺正群),里面的数字2提醒我们这是两个物体(如质子和中子)相互变换来确定的。我们也先甭管这个SU(2)群到底是什么意思(这是群论的基础知识,感兴趣的自己看群论),只需要知道这个群可以描述两个物体相互变换的这种对称性,跟电磁理论里用U(1)群来描述电磁理论里的对称性一样的就行了。

外尔和泡利发现,只要我们要求系统具有U(1)群的局域规范不变性,我们就能从中推导出全部的电磁理论。那么,杨振宁如果认为强力的本质由质子和中子相互作用产生,那么推广前面的思想,我们就应该要求系统具有SU(2)群的局域规范不变性

好吧,要推广那就推广吧,不就是把局域规范不变性从U(1)群推广到SU(2)群么,有些人认为科学家们风风雨雨什么没见过,把一个东西从U(1)群推广到SU(2)群应该没什么难度吧?那你就错了,这玩意还真不是这么简单的,广义相对论也不过是把狭义相对论里的洛伦兹不变性推广到了广义坐标不变性,你觉得这个简单么?

U(1)群的问题之所以比较简单,是因为跟U(1)群对应的电磁理论它本身就具有局域规范对称性。也就是说,当我们的麦克斯韦同学写下麦克斯韦方程组的时候,他就已经把U(1)群的局域规范对称性写到这方程里去了,虽然他自己没有意识到。熟悉电磁理论的人都知道其实我们有两套表述电磁场的体系,一套就是我们初中就开始学习的场强体系,还有一套势体系,也就是电磁势这些东西,从这个角度很容易就能看出它的规范不变性。

但是SU(2)这里一切都是空白,没有电磁势这样的东西。杨振宁先生想做的就是要找到类似电磁势这种具有局域规范不变性的东西,然后利用他们来描述强力,所谓的推广是这个样子的一种推广。在这种推广里,最困难的地方就在这四个字:非阿贝尔

08非阿贝尔群

在前面我跟大家提过,杨-米尔斯理论又叫非阿贝尔规范场论,这个阿贝尔指的是阿贝尔群(以挪威的天才数学家阿贝尔命名),它又叫交换群,通俗的讲就是这个群里的运算是满足交换律的。

最简单的例子就是整数的加法,小学生都知道加法满足交换律:3+5=5+3,不论你加数的顺序怎么交换,最后的结果都不变。于是,我们就说整数和整数的加法构成了一个整数加法群,这个群的运算(加法)是满足交换律的,所以这个整数加法群就是阿贝尔群

那么,非阿贝尔群自然就是指群的运算不满足交换律的群。那么,不满足交换律的运算有没有呢?当然有了,最常见的就是矩阵的乘法。稍微有点线性代数基础的人都知道:两个矩阵相乘,交换两个矩阵的位置之后得到的结果是不一样的。而矩阵这种东西在数学、物理学里是非常基础的东西,比如你对一个物体进行旋转操作,最后都可以转化为物体跟一个旋转矩阵的运算,这样非阿贝尔其实就没啥奇怪的了。

这里我借用一下徐一鸿在《可畏的对称》(强烈安利这本书,需要的在回复「可畏的对称」即可)里的一个例子让大家感受一下这种不可交换的次序,也就是非阿贝尔的感觉。

上图是一个新兵,他现在要执行两个操作,一个是顺时针旋转90°(从上往下看),一个是向右倒(其实就是从外往里看顺时针旋转90°)。上面的a图是先旋转再右倒,而下面的b图则是先右倒再旋转,我们可以清楚的看到,最后这两个人的状态是完全不一样的(一个左侧对著你,一个头对著你)

状态不一样说明什么呢?说明这两个旋转操作如果改变先后次序的话,得到的结果是不一样的,而这两个旋转操作都可以通过跟两个矩阵相乘得到,这说矩阵的乘法是不能随意交换顺序的。

好了,有了这些概念,我们再回到杨振宁先生的问题上来。

09杨-米尔斯理论

外尔把U(1)群的整体规范对称性推广到了局域,因为U(1)群(1×1矩阵)是阿贝尔群,所以这个过程很简单;杨振宁试图把SU(2)群的整体规范对称也推广到局域,但SU(2)群(2×2矩阵)是非阿贝尔群,这个就麻烦了。

我们知道杨振宁先生的数学水平在物理学家群体里是非常高的,他的父亲杨武之就是群论大师,他自己也很早就进入了对称性领域。饶是如此,他从泡利1941年的论文开始,前前后后过了十几年,一直到1954年,他才和米尔斯(当时和杨振宁先生在同一间办公室,是克劳尔教授的博士研究生)一起写出了划时代的论文《同位旋守恒和同位旋规范不变性》《同位旋守恒和一个推广的规范不变性》

上图便是1954年杨振宁和米尔斯在《物理评论》上发表的第一篇论文截图。按照惯例,这种经典论文长尾科技会提前给大家找好,想亲眼目睹一下杨振宁先生这篇划时代论文的,回复「杨米尔斯理论论文」就行。

这两篇论文正式宣告了杨-米尔斯理论的诞生,杨振宁先生终于把局域规范对称的思想从阿贝尔群推广到了更一般的非阿贝尔群(阿贝尔群的电磁理论成了它的一个特例),从而使得这种精妙的规范对称可以在电磁理论之外的天地大展拳脚,也使得他一直坚持的「对称决定相互作用」有了落脚之地。为了区别起见,我们把外尔的那一套理论成为阿贝尔规范场论,把杨振宁和米尔斯提出来的称为非阿贝尔规范场论,或者直接叫杨-米尔斯理论

杨-米尔斯理论给我们提供了一个精确的数学框架,在这个框架里,只要选择了某种对称性(对应数学上的一个群),或者说你只要确定了某个群,后面的相互作用几乎就被完全确定了,它的规范玻色子的数目也完全被确定了。这就是为什么后来大家能直接从强力和弱电理论里预言那么多还未被发现的粒子的原因。

什么是规范玻色子?科学家们按照自旋把基本粒子分成了费米子(自旋为半整数)和玻色子(自旋为整数),其中费米子是组成我们基本物质的粒子,比如电子、夸克,而玻色子是传递作用力的粒子,比如光子、胶子。有些人可能是第一次听说传递作用力的粒子这种说法,会感觉非常奇怪,怎么作用力还用粒子传递?

没错,在量子场论里,每一种作用力都有专门传递作用力的粒子。比如传递电磁力的是光子,传递强力的是胶子,传递弱力的是W和Z玻色子,传递引力的是引力子(不过引力子还没有找到)。两个同性电子之间为什么会相互排斥呢?因为这两个电子之间在不停的发射交换光子,然后看起来就像在相互排斥,这就跟两个人在溜冰场上互相抛篮球然后都向后退一样的道理。那么相互吸引就是朝相反的方向发射光子了,其他的力也都是一样,这些传递相互作用的玻色子在规范场里都统统被称为规范玻色子

也就是说,在杨-米尔斯理论里,那些传递相互作用的粒子都叫规范玻色子,每一个群都有跟他对应的规范玻色子,只要你把这个群确定了,这些规范玻色子的性质就完全确定了。比如在U(1)群里,规范玻色子就只有一个,那就是光子;在SU(3)群里,理论计算它的规范玻色子不多不少就是8个,然后实验物理学家就根据这个去找,然后真的就找到了8种胶子。以前是实验物理学家发现了新粒子,理论物理学家要琢磨著怎么去解释,现在是理论物理学家预测粒子,实验物理学家再去找,爱因斯坦颠倒研究物理的方法现在终于从蹊径成了主流。

10从杨-米尔斯理论到标准模型

杨-米尔斯理论从数学上确定了「对称决定相互作用」,那么我们接下来的问题就是「什么样的对称决定什么样的相互作用」了。比如,我现在要描述强力,那么强力到底是由什么对称决定的呢

有些人可能觉得奇怪,你上面不是说了一大片同位旋守恒么,杨振宁先生不就是看到同位旋守恒和电荷守恒的相似性才最终提出了杨-米尔斯理论么,为什么现在还要来问强力是什么对称决定的,难道不是同位旋么?

没错,还真不是同位旋!

海森堡从质子和中子的质量相近提出了同位旋的概念,同位旋守恒确实也只在强力中成立,但是大家不要忘了质子和中子的质量只是接近,并不是相等。杨-米尔斯理论里的对称是一种精确对称,不是你质子和中子的这种近似相等,当时的科学家们把质子和中子的微小质量差别寄希望于电磁污染,但事实并非如此。所以,当杨振宁试图用质子中子同位旋对称对应的SU(2)群作为强力的对称群的时候,得到的结果肯定跟实际情况不会相符的。

但是,我们要注意到当时才1954年,人们对强力的认识还太少了,后来我们知道真正决定强力的精确对称是夸克的色对称,与之对应的群是SU(3)群,所以我们把最终描述强力的理论称之为量子色动力学(QCD)。但是,夸克这个概念要到1964年才由盖尔曼、茨威格提出来,所以杨振宁在1954年就算想破脑袋也不可能想到强力是由夸克的色对称决定的。

夸克有六种(上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克),每一种夸克也称为一味,质子和中子之间的微小质量差异是就是因为上夸克和下夸克的质量不同。另外,每一味夸克都有三种色(红、绿、蓝),比如上夸克就有红上夸克、绿上夸克和蓝上夸克,这不同色的同种夸克之间质量是完全相等的,这是一种完全精确的对称,这种色对称最后决定了强相互作用。

一旦建立了这种夸克模型,并且意识到夸克色对称这种精确对称对应SU(3)群,那么接下来利用杨-米尔斯理论去构造描述强力的理论就是非常简单的事情,基本上就是带公式套现成的事。所以,成功描述强力的量子色动力学的核心就是夸克模型+杨-米尔斯理论

在弱力这边情况也是类似的,你要想找到描述弱力的理论,那就先去找到决定弱力的精确对称和相应的群,然后直接按照杨-米尔斯理论来就行了。但是,弱力这边的情况稍微复杂一点,科学家们没找到什么弱力里特有的精确对称,但是他们发现,如果我把弱力和电磁力统一起来考虑,考虑统一的电弱力,我倒是能发现这种精确对称。于是,他们索性不去单独建立描述弱力的理论了,转而直接去建立统一弱力和电磁力的弱电统一理论。而最后在弱电相互作用中真正起作用的是(弱)同位旋——超荷这个东西,他们对应的群是SU(2)×U(1)(×表示两个群的直积)

描述强力的量子色动力学和描述电磁力和弱力的弱电统一理论一起构成了所谓的粒子物理标准模型,于是我们可以在杨-米尔斯理论这同一个框架下描述电磁力、强力和弱力,这是物理学的伟大胜利。同时,我们也要清楚地知道,杨-米尔斯理论不等于标准模型(没有夸克模型你拿著理论也不知道怎么用),它是一个数学框架,是一把神兵利器,它本身并不产生具体的理论知识,但是一旦你把它用在合适的地方,它就能给你带来超出想像的回报(想想我们50年代末还对强力弱力束手无策,但是70年代末就完全驯服了它们)

11不得不说的质量问题

标准模型的建立是另一个非常宏大的故事,这里就不多说了,这里谈一个不得不说的问题:质量问题

在上面我们知道了费米子是组成物质的粒子,玻色子是传递相互作用力的粒子。比如两个电子之间通过交换光子来传递电磁力,两个夸克通过交换胶子来传递强力,那么光子和胶子就分别是传递电磁力和强力的规范玻色子。但是,大家有没有考虑过玻色子的质量问题?如果传递相互作用力的玻色子质量过大或者过小会咋样?

还是以溜冰场传球为例,假设两个人站在溜冰场上相互传篮球,那么一开始他们会因为篮球的冲力而后退(这就是斥力的表现),从而把距离拉开,但是他们会一直这样慢慢后退下去么?当然不会!当两人之间的距离足够远的时候,你投篮球根本就投不到我这里来了,那我就不会后退了。再想一下,如果你投的不是篮球而是铅球那会怎样?那可能我们还在很近的时候,你的铅球就投不到我这里来了。

在溜冰场的模型里,球就是传递作用力的玻色子,你无法接到球就意味著这个力无法传到你这里来,就是说它的力程是有限的。从篮球和铅球的对比中我们也能清楚的知道:玻色子的质量越大,力程越短,质量越小,力程越长,如果玻色子的质量为零,那么这个力程就是无限远的

所以,为什么电磁力是长程力,能传播很远呢?因为传递电磁力的光子没有质量。但是我们也清楚的知道,强力和弱力都仅仅局限在原子核里,也就是说强力、弱力都是短程力,所以,按照我们上面的分析,那么传递强力和弱力的玻色子似乎应该是有质量的,有质量才能对应短程力嘛

但是,杨振宁在研究规范场的时候,他发现要使得系统具有局域规范不变性,那么传递作用力的规范玻色子的质量就必须为零。也就是说,规范玻色子如果有质量,它就会破坏局域规范对称性。

为什么局域规范对称性要求玻色子的质量必须为零呢?你可以这样想,什么叫局域规范对称?那就是不同的地方在做著不同的变换,既然不同的地方变换是不一样的,那么肯定就必须有个中间的信使来传递这种状态,这样大家才能协调工作,不然你跳你的我跳我的岂不是乱了套?好,既然这个信使要在不同地方(也可能是两个非常远的地方)传递状态,按照上面的分析,它是不是应该零质量?只有质量为零才能跑的远嘛~

所以,这样分析之后,我们就会发现局域规范对称性规范玻色子零质量之间的对应关系是非常自然的。但是,这样就造成了现在的困境:局域规范对称性要求规范玻色子是零质量的,但是强力、弱力的短程力事实似乎要求对应的规范玻色子必须是有质量的,怎么办

这个问题不仅困扰著杨振宁,它也同样困扰著泡利(其实当时对规范场感兴趣的也就他们寥寥几个)。泡利开始对规范场的事情也很感兴趣(杨振宁就是读了泡利1941年的那篇论文才开始对规范场感兴趣的),但是当泡利发现了这个似乎无解的质量问题之后,他就慢慢对规范场失去了兴趣,也就没能得出最后的方程。

杨振宁的情况稍微不一样,他的数学功底非常好,对群论的深入理解能够让他更深刻的理解对称性的问题(想想那会儿物理学家都不待见群论,泡利还带头把群论称为群祸)。另外,在美学思想上,杨振宁是爱因斯坦的铁杆粉丝,他们都是「对称决定相互作用」坚定支持者,这使得杨振宁对规范场产生了谜之喜爱。而且,杨振宁那会儿才30岁左右,是科学家精力和创造力的巅峰时期,自然无所畏惧。

所以,杨振宁一直在疯狂地寻找杨-米尔斯方程,找到方程之后,即便知道有尚未解决的质量问题,他依然决定发表他的论文。在他眼里,这个方程,这套理论是他心里「对称决定相互作用」的完美代表,他跟爱因斯坦一样深信上帝喜欢简洁和美,深信上帝的简单和美是由精确对称决定的。如果是这样,那么还有什么比基于规范不变性这种深刻对称的杨-米尔斯理论更能描绘上帝的思想呢?

杨振宁对对称性的深刻理解使得他对杨-米尔斯理论有非常强的信心,至于强力、弱力上表现出来的质量问题,那不过是这个理论在应用层面出现了一些问题。强力、弱力比电磁力复杂很多,因此用杨-米尔斯理论来解释强力、弱力自然就不会像处理电磁力那样简单。为什么电磁力这么简单?你想想,电子有电效应,电子的运动产生磁效应,电子之间的相互作用是通过光子这个规范玻色子传递的,所以电磁力的本质就是电子光子的相互作用。这里只有一个粒子电子,和一个规范玻色子光子,而且光子还是没有质量的,你再看看强力里面,三种色夸克八种不同的胶子,这铁定比电磁力复杂多了啊!

所以,杨振宁想的是:杨-米尔斯理论没问题,现在它应用在强力弱力上出现了一些问题(质量问题就是初期最大的一个),这也是自然的。这些是问题,而非错误,以后随著人们研究的深入,这些问题应该可以慢慢得到解决的

历史的发展确实是这样,质量问题后来都通过一些其他的手段得到了解决,那么质量问题最终是怎么解决的呢?

在描述强力的量子色动力学里,我们注意到传递夸克间作用力的胶子本来就是零质量的,零质量跟规范对称性是相容的。那但是,如果这样的话,零质量的玻色子应该对应长程力啊,为什么强力是短程力(只在原子核里有效)呢?这就涉及到了强力里特有的一种性质:渐近自由。渐近自由说夸克之间的距离很远的时候,它们之间的作用力非常大,一副谁也不能把它们分开的架势,但是一旦真的让它们在一起了,距离很近了,它们之间的相互作用力就变得非常弱了,好像对面这个夸克跟它没任何关系似的,活脱脱的一对夸克小情侣。这样在量子色动力学里,零质量的规范玻色子就和强力的短程力没有冲突了。

渐近自由解释了为什么胶子是零质量但是强力确是短程力,那么传递弱力W和Z玻色子可是有质量的。有质量的话短程力是好解释了,但是我们上面说有质量的规范玻色子会破坏规范对称性,这规范对称性可是杨-米尔斯理论的根基啊,它被破坏了那还怎么玩?

最后解决这个问题的是希格斯机制。希格斯机制是来打圆场的:你杨-米尔斯理论要求规范玻色子是零质量的,但是最后我们测量到W和Z玻色子是有质量的,怎么办呢?简单,我认为W和Z这些传递弱力的规范玻色子一出生的时候是零质量的,但是它来到这个世界之后慢慢由于某种原因获得了质量,也就是说它们的质量不是天生的而是后天赋予的,这样就既不与杨-米尔斯理论相冲突,也不跟实际测量相冲突了

所以,希格斯机制其实就是赋予粒子质量的机制。它认为我们的宇宙中到处都充满了希格斯场,粒子如果不跟希格斯场发生作用,它的质量就是零(比如光子、胶子),如果粒子跟希格斯场发生作用,那么它就有质量,发生的作用越强,得到的质量就越大(需要说明的是,并不是所有的质量都来自于粒子和希格斯场的相互作用,还有一部分来自粒子间的相互作用)。2012年7月,科学家终于在大型强子对撞机(LHC)中找到了希格斯粒子,为这段故事画上了一个圆满的句号,也理所当然地预约了2013年的诺贝尔物理学奖。

这样杨-米尔斯理论就可以完整的描述强力、弱力和电磁力了,在霍夫特完成了非阿贝尔规范场的重整化(重整化简单的说就是让理论能算出有意义的数值,而不是无穷大这种没意义的结果,这是点粒子模型经常会出现的问题。举个最简单的例子,我们都知道电荷越近,它们之间的电磁力越大,那么当电荷的距离趋近于零的时候,难道电磁力要变成无穷大么?这个当做思考题~)之后,粒子物理标准模型就正式投产商用。

12结语

至此,我们关于杨-米尔斯理论的故事就告一段落了,相信能坚持看到这里的人对杨-米尔斯理论应该都有了个大致的了解,对它的作用和意义也会有自己的判断。

这篇文章是我有史以来耗费心血最多的科普文,为此我的公众号都有好长一段时间没更新了,在公众号后台社群里也都理所当然地收获了一大波粉丝的催更~不过,相信大家看完这篇文章之后应该就能理解了:杨-米尔斯理论涉及的东西实在是太多了,对称性、规范场、非阿贝尔群、标准模型,这些东西对于许多非物理专业的同学来说实在是太陌生了,甚至从来都没听说过。即便对于物理系的学生,杨-米尔斯理论也是要到研究生阶段才接触的东西。因此,要把这么复杂,牵扯面这么广的东西用中学生能懂的语言科普出来,其中难度可想而知。许多公式和术语跑到嘴边又被我逼回去了,特别要在不涉及分析力学作用量的前提下讲杨-米尔斯理论,差点没给我逼出内伤~

之所以执意用这么通俗的语言讲杨-米尔斯理论,主要就是想让更多人更加客观的理解杨振宁先生的工作,很多事情如果彻底搞清楚了,就会省去很多无意义的争论。现在网上关于杨振宁先生的新闻很多,但是很不幸,大部分新闻上的却是娱乐版,即便除去那些娱乐八卦,关于杨先生科学方面的话题大部分最后都演变成了诸如「杨振宁真的很伟大么?」「杨振宁跟霍金谁厉害?」「杨振宁跟爱因斯坦一样伟大吗?」「杨振宁没有你想像的那么伟大!」等极容易引起撕逼骂战却又很空洞没营养的问题。并且,论战中的双方要么就把杨振宁先生往天上捧,要么就把他使劲往地上踩,这还算是科学讨论么?这是讨论科学问题该有的态度么?

物理学家并不是擂台上的拳击手,他们一起通力合作构建我们现在恢弘的物理大厦。没有开普勒和伽利略的奠基,不可能有牛顿的力学体系;没有法拉第工作,不可能有麦克斯韦的电磁大厦;狭义相对论在20世纪初已经是水到渠成呼之欲出了,爱因斯坦也只不过是捷足先登了而已。而且,除了广义相对论确实是爱因斯坦的独门独创,好像还真没有哪个东西说是非谁不可的。没有牛顿,我估计胡克哈雷也快找到万有引力定律了,洛伦兹彭加莱已经一只脚跨入狭义相对论的大门了,有没有爱因斯坦狭义相对论差不多都该出现了。

我这么说并不是要否定牛顿和爱因斯坦他们的功绩,能抢在同时代最杰出的头脑之前发现那些理论,这本身就是科学家的能力体现。我只是想建议大家不要总把注意力放在「谁或者谁更伟大,谁比谁更厉害」这种很虚的东西上面,而更多的把注意力放在这些科学家工作本身上去,这些才是全人类共同的宝贵财富。大家的时间都很宝贵,我们就尽量把时间都花在刀刃上去,科学家最宝贵是他们的科学思想,而中国比任何一个国家都不缺少娱乐八卦

杨振宁先生是我们国宝级的科学家,杨-米尔斯理论是他工作里目前已知的最为璀璨的明珠(鉴于杨振宁先生工作的基础性和前瞻性,他有很多理论刚提出来的时候不被重视,过了几十年之后却发现它极为重要,所以我不确定以后是否会出现比杨-米尔斯理论更重要的东西)。

诺特发现了对称性和守恒律之间的关系,打开了现代物理对称性的大门。

爱因斯坦敏锐而深刻的意识到了这点,然后以雷霆之势将它应用在相对论上,取得的巨大成功把当时其他的科学家惊得目瞪口呆。但是这个套路爱因斯坦熟悉,其他人不熟啊,况且在量子革命的时代,爱因斯坦是那帮量子革命家的「反面教材」,波尔才是他们的教皇,所以人家也不屑于跟你玩。

杨振宁可以说是爱因斯坦的嫡系弟子,如果说爱因斯坦对对称性是偏爱的话,那么杨振宁对对称性就是情有独钟了。他充分吸收了爱因斯坦的对称思想,并且把它发扬光大,再吸收了外尔的规范对称的思想,最后创造了集大成的杨-米尔斯理论。杨-米尔斯理论出来以后,对称性就不再是一个人的玩具了,杨振宁通过这个理论把对称性这种高大上的精英产品一下子变成了谁都可以玩的平民玩具,他把如何释放对称性里蕴藏能量的方式给标准化、工具化、流水化了。从此,「对称决定相互作用」就不再是一句标语,而成了物理学家们的共识和最基本的指导思想,这极大的释放了物理学家的生产力,为后来快速构建标准模型奠定了基础。

这一块是大家在谈论杨振宁先生的工作,谈论杨-米尔斯理论的时候最容易忽略的一块,如果你不能认识到对称性在现代物理里的重要性,不能认识到杨振宁先生和杨-米尔斯理论在对称性问题上的作用,那么你对杨先生工作的理解是非常片面的,甚至错失了他最精华的部分。希格斯机制、渐近自由、夸克禁闭、自发对称破缺、规范场的重整化,这些从杨-米尔斯理论到标准模型之间众多精彩纷呈的故事似乎更适合说书,但是,大家要记住对称性才是现代物理的核心。

杨振宁先生是非常伟大的物理学家,除了在学术上取得的巨大成就以外,他的治学态度一样十分值得大家去深入学习。深入了解之后你能非常明显的感觉到杨先生身上同时闪烁著中国教育和西方教育的优点,他非常有效的把东西方教育里的糟粕都给规避了,所以杨先生总是能很超前的看到一些关键问题。学术上的问题我们无法复制,但是科学教育中一些问题我们是可以复制的,这些问题我后面会慢慢跟大家谈。

杨振宁先生在八九十岁的时候还亲自给清华大学的本科生上课(羡慕嫉妒恨~),想必也是想把自己做学问一些心得尽可能的交给更多人,这点跟我们这些做科普的想法是一样的。考虑到杨先生的年龄,长尾君不得不写个大大的「」,不知道以后自己七老八十了,还有没有给年轻人做科普的动力~

最后,祝杨先生身体健康~

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相关书籍:如果这篇文章让你对杨-米尔斯理论规范场论产生了兴趣,你想进一步了解杨振宁先生的相关工作,那可以看看下面的书籍。

1、必看:《可畏的对称》(徐一鸿)

这本书没什么好说的,如果你喜欢这篇文章,那这本书就是必看书籍。这是一本严重被低估,甚至差点绝版的关于对称性的绝佳科普书。作者徐一鸿本人就是从事这方面工作的物理学家,此书的专业性不用怀疑,另外他的文笔你也不用担心,也很通俗。

以前的理论物理科普主要集中在相对论、量子力学、黑洞、宇宙、超弦等内容上,关于对称性在物理学中作用的科普非常少。所以,我们普遍对20世纪40年代以来粒子物理领域的发展比较陌生,所以对杨振宁先生的工作就比较陌生,这本书填补了这个空白。

理解科学丛书·可畏的对称:探寻现代物理学的美丽京东去购买?

2、进一步了解:《粒子物理导论》(格里菲斯)

如果你觉得科普书的深度不够,想再进一步了解对称性粒子物理的相关内容,我推荐你看看格里菲斯的这本《粒子物理导论》

这本书名义上是一本教材,但是我却始终把它看作半科普半教材的一本书。因为,相对科普书,它的深度和难度肯定是了一级,但是,相对正儿八经的粒子物理或者量子场论的教材,它的难度又明显了好几个等级,这就是格里菲斯的厉害之处了。

他总是能用非常通俗的语言,非常顺畅的逻辑把物理讲得很清楚。所以,他的书都特别受初学者欢迎,非常适合用来做入门,非常适合从科普教材的过渡。格里菲斯有著名的三部曲,除了这本以外,还有《量子力学概论》《电动力学导论》都是各自领域最好的入门教材。可惜,后面两本好像都绝版了!!!

粒子物理导论(翻译版·原书第2版)京东去购买?

看完这本书以后,如果你还想做更进一步的了解,那就只有看专业的量子场论的教材了。这类教材一般都是英文的,诸如A.Zee(就是《可畏的对称》的作者徐一鸿)、Peskin 、Srednicki、Weinberg等等,它们具体的书可以参考这个回答:如何评价 Zee, Srednicki, Schwartz 和 Peskin 的量子场论教材?

3、统一理论:《爱因斯坦与万物之理:统一路上的人和事》

我在文章的一开始就讲了一部极简的物理学统一史牛顿统一了天上和地上的力,麦克斯韦统一了电、磁、光,爱因斯坦统一了牛顿力学和麦克斯韦电磁学,顺便也解决了引力,以杨-米尔斯理论为基础的标准模型统一了电磁力、强力和弱力。

如果大家对物理学的统一史很感兴趣,想进一步了解统一路上的各种事情,我就推荐张天蓉老师的这本《爱因斯坦与万物之理:统一路上的人和事》。张天蓉老师跟徐一鸿一样,也是相关专业的物理学家,所以,她书里的数学,或者比较难的物理思想会讲得更深一些,但是绝对还是科普的层面。

比如,她讲狄拉克推导狄拉克方程的时候,是真的会用很通俗的语音把狄拉克推方程的思想和过程说出来。她真的会用具体的例子给你讲群论的思想,将规范场的思想是如何一步步建立的,真的会把张量、度规张量、黎曼张量放在科普的层面给你讲,这是很多科普书不会涉及到的深度。

因此,如果你看一半的科普书觉得深度不够,又不想去看专业的数学书,只想了解一下其中的重要思想,那么这本书可以看看。

爱因斯坦与万物之理:统一路上人和事京东去购买?

4、杨振宁先生的书和传记:《杨振宁传》+《晨曦集》+《曙光集》

想进一步了解杨老的事迹,那就去看他的传记吧,这里我推荐杨建邺的这本《杨振宁传》,里面杨老的生平和科学思想都做了不错的介绍。

杨振宁传(增订版)(二版)京东去购买?

此外,还有杨振宁先生自己出的《晨曦集》《曙光集》,书中收录了一些杨老的代表性文章,也有亲友、学生、同事等人写的回忆文章。这并不是杨老的学术论文集,一般人都能够看的懂的,从这书名里也能看出杨老对未来年轻人的希望~

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此外,我在「长尾书屋」里也专门开了一个「杨振宁」专栏,希望能够方便大家多去了解一下杨老的科学思想~

公众号:长尾科技


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无意中翻到一个微博,或者是一个话题,实在是受不了,看不下去了。一般是不屑与人争执的,显得愤青。但现在的中国网路环境,不仅仅是微博,大多网民都对杨振宁老先生有著不明所以的深深恶意。

这些评论简直不堪入目,说实话看到这些让人很难受。但这在上知乎会好很多,点名表扬。很多人都会问:「杨振宁为中国做了什么贡献?」「当年建设期为什么没有回国?」「这么老了居然还要续弦,妻子还比自己小这么多,人品差!」「美国国籍!美国国籍!」对于有以上疑惑的人,来,我来告诉你。one by one一、关于贡献我们只说对中国的,说对世界对人类的都算欺负你。

1971年参加保钓运动。在保钓学生中发表题为《我对中华人民共和国的印象》的演讲,轰动异常。当年台湾赴美留学生写的回忆录,谈到杨振宁在保钓运动中的影响力,征服了许多台湾学生。

1971年10月,杨振宁以诺奖得主身份参加在美国参议院外交关系委员会举行的「归还冲绳协定」听证会,从多方面论证钓鱼岛属于中国。(在许多喷子还没出生的年代,人家就已经在美国国会舌战群儒了)

卖掉纽约的房子租房住,生病了依旧冒雨在唐人街演讲募捐,对重建清华物理系做出了不可替代的贡献。

美国一解禁对中国的出行限制,杨振宁就回到了中国,是第一位访问中国的知名学者 。在长长的拟会客名单中解救了许多人,包括当时还在牛棚的邓稼先夫妇。中美建交以后,更为百废待兴的中国架起了与世界前沿科学的交流桥梁,对中美科学界的建交和交流功不可没。

以中国人身份获诺奖,并用中文发表获奖感言。

杨振宁对于中国的物理学可谓是有再造之功

他协助或直接建立一流物理实验室60余座。

为清华和南开筹集到一共2亿美金的科研经费。把清华大学的冷原子、凝聚物理科研水平一下子提高了几十年,达到世界先进水平。以清华的名义发表在SCI的论文有30余篇,极大的提高了中国科学界在世界的声誉。

回国定居时还顺带拐回来一个图灵奖得主,稍微有点了解的人都应当知道这个奖项在计算机领域的分量。

九十几岁还活跃在讲台,曾完整的为清华本科生上了一年基础物理。大学的重中之重在于本科的优劣,而不在于有多少博士、硕士。

随便提一句,对人类和世界的贡献(我偏要提,就欺负你了怎样)

2000年《自然》评选了人类过去千年以来最伟大的物理学家,全人类总共只有20多人上榜,并且杨振宁先生还是这个榜单里唯一一个活著的物理学家。与他一同登上这个榜单的其他人包括牛顿,爱因斯坦,麦克斯韦…

杨振宁除了自己获得诺贝尔奖以外,另外有7个诺贝尔奖是直接用杨米尔斯方程拿的,还有十几个诺贝尔奖和杨的理论有关,数学界菲尔滋奖有六个推杨米尔斯方程拿的,当世物理学届第一人,他的成就和对人类科学界的贡献是毋庸置疑的。

二、「当邓稼先、钱学森们回国是杨振宁在哪里」

因为他是偏理论方面的呀朋友,和邓稼先们实用型,拿来就能用不一样,是无法直接作用在当时新中国建设上,留著国外可以最大限度汲取世界前沿知识,之后的事实也证明很好的反馈回了中国上。况且,自从杨振宁有机会回到中国以后,也尽量的用自己的影响力,去拯救和保护当时被埋没的中国科学家。

而且杨振宁不是不想回,而是不能回中国。因为他的岳父是杜聿明呀,在当时的国内气氛下,他如果回到中国,遭遇是可想而知的。而当国内压力一旦趋缓,他也立刻联系上了中国,成为当时中国对话世界科学界的一个通道。

三、关于国籍 加入美国国籍是为了更好的出国参加国际会议,因为新中国代替中华民国后,原先的护照就不好用了,而新中国又遭到围追堵截。申请美国护照后还不敢给父亲说。后来杨振宁回忆父亲致死都耿耿于怀,也是他自己一生的愧怍。

获奖是他和李政道都是中华民国国籍,所以获奖的身份也都是中国人。

四、关于私生活 这本来不容我们这些外人宵小讨论,现在却成了很多人最感兴趣的一点。 人家杨老是明媒正娶,大宴宾客,没有为了所谓的年龄差委屈了女方半点,如果是吝惜可能被损伤的名利,大可私底下完婚。可人家是大大方方、名正言顺的成了婚。敢问那嘲讽的诸位有谁又有这般担当与勇气?人们都向往真爱,却不愿意承认和相信真爱,悲哀啊五、关于人品这其实跟私生活一样无需我们去多加探讨

被许多人奉为神灵的爱因斯坦,如果你有兴趣查阅一下的话,你会发现他的人品,嗯…… 当然少不了牛顿,人品不行就算了,关键还害人。

孙中山的妻子宋庆龄也比自己小了近30岁。难道说孙中山也缺少风骨和底线?还有民国的各位大师,就不需要说了。

这些其实都不重要,我们完全可以分开来看,他们在自己专业上的贡献。而且杨振宁的情况跟还他们并不一样。以上的,用世俗观点来判断,或许人品还值得商榷,可就算是这样在民粉眼中尚且是浪漫和风流的表现,怎么到了杨老就有双重标准了?难道年龄差也要纳入人品的考核标准吗?是不是过于闲得淡疼了。

最后可以说,之前,有许多的中国学子在他的庇荫下成长为如今有所建树的科学家。之后,也会有无数人踩在他的肩膀上尝试著去触碰人类的天花板。就这么一个为中国的发展进步做出了如此卓越贡献的人,却遭到一些网友不堪的嘲讽和质疑。我心疼大师,可怜中国人。当一个国家的大多数民众去攻击诋毁那些让他们能够享受著更优质、更有尊严的生活的人时,这是国民的悲哀与不幸,尤其是在一个国家昂扬向上的关键当下,我们更应该警惕这种泛滥于民众之间的思潮,它是危险的。

不要人云亦云,不知所谓,如果以上都不算爱国,都不算有人品,都不算做贡献,那么请那些挖苦的人来教我什么叫为国做贡献,用键盘吗?你配吗?你配**(不能说脏话)。

2012年,杨振宁在清华大学庆祝90岁生日,校方赠送黑水晶一尊,黑水晶上刻有杜甫的诗句「文章千古事,得失寸心知」。水晶四周镌刻著四个重要学术贡献:「规范场理论」、「宇称不守恒理论」和他在统计力学、高温超导方面的成就。

这才是对大师最好致敬。


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