微子基金,李政道是怎样成为科学大师的?
李政道,1926年11月24日
[1]生于上海,江苏苏州人,哥伦比亚大学全校级教授,美籍华裔物理学家,诺贝尔物理学奖获得者,因在宇称不守恒、李模型、相对论性重离子碰撞(RHIC)物理、和非拓扑孤立子场论等领域的贡献闻名。
[2]
1957年,与杨振宁一起,因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖。[3]1985年,他又倡导成立了中国博士后流动站和中国博士后科学基金会,并担任全国博士后管理委员会顾问和中国博士后科学基金会名誉理事长。1986年,他争取到意大利的经费,在中国科学院的支持下,创立了中国高等科学技术中心(CCAST)并担任主任。其后,成立了在浙江大学的浙江近代物理中心和在复旦大学的李政道实验物理中心。
[4]2018年4月7日,担任上海交通大学李政道研究所名誉所长。
[5]
2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。2006年至今任北京大学高能物理研究中心主任。
[6] 2016年获得“2015中华文化人物”荣誉。
[7]中文名
李政道
外文名
Tsung-Dao Lee
国籍
美国
民族
汉族
出生地
上海
人物关系
秦惠箬
妻子
秦惠箬
妻子
李中清
儿子
吴瑞
学生
吴大猷
老师
束星北
老师
人物经历
1926年李政道出生于上海。
1943年在江西联合中学毕业。
〔8〕学术活动
1943年考入迁至贵州的浙江大学物理系,由此走上物理学之路,师从束星北、王淦昌等教授。
1944年转入昆明国立西南联大学。
1946年经吴大猷教授推荐赴美进入芝加哥大学,师从诺贝尔物理学奖获得者、物理学大师费米教授。
1950年6月获芝加哥大学博士学位。任芝加哥大学天文系助理研究员,从事流体力学的湍流、统计物理的相变以及凝聚态物理的极化子的研究。
1950年-1951年任加利福尼亚大学伯克利分校助理研究员和讲师。
1951年-1953年成为普林斯顿高等研究院成员。
1953-1960年历任美国哥伦比亚大学助理教授、副教授、教授。主要从事粒子物理和场论领域的研究。三年后,29岁的李政道成为哥伦比亚大学二百多年历史上最年轻的正教授。他开辟了弱作用中的对称破缺、高能中微子物理以及相对论性重离子对撞物理等科学研究领域。
1956年与杨振宁共同提出宇称不守恒理论。
1956年与杨振宁合作,提出“弱相互作用中宇称不守恒理论”,共同获1957年诺贝尔物理学奖。
1958年与杨振宁、吴健雄同获普林斯顿大学物理学奖,并被授于普林斯顿大学物理荣誉博士学位。
1960年-1963年任普林斯顿高等研究院教授。
1961年受推选为美国国家科学院院士。
1963年-1964年任哥伦比亚大学教授。
1964年-1984年任哥伦比亚大学费米物理讲座教授。
1970年获颁香港中文大学荣誉法学博士学位。
1984年回国参加第十六届中研院院士会议。
1986年出任中国高等科学技术中心终身主任;并担任北京现代物理学研究中心主任。12月,哥大为李政道举行六十大寿庆典
1988年在北京主持召开同步辐射应用国际讨论会。
1984年他获得全校级教授(UniversityProfessor)这一最高职称,至今仍是哥伦比亚大学在科学研究上最活跃的教授之一。他的兴趣转向高温超导波色子特性、中微子映射矩阵,以及解薛定谔方程的新途径的研究。
1986年任中国高等科学技术中心主任。
1986年任北京现代物理中心主任。
朱镕基、温家宝同志接见李政道
1988年任浙江现代物理中心主任。
1997年-2003年任RIKEN-BNL研究中心主任。
2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。
1990年成为以色列特拉维夫大学董事会成员。
2004年任RIKEN-BNL研究中心名誉主任。
2006年至今任北京大学高能物理研究中心主任。
2018年任上海交通大学李政道研究所名誉所长。
人物轶事
1998年1月23日,李政道出资30万美元,以他和他的已故夫人秦惠(竹君)的名义设立了“中国大学生科研辅助基金”,资助北京大学、复旦大学、兰州大学、苏州大学以及上海交通大学(新增)的本科生从事科研辅助工作。李政道为中国教育事业的发展,为科学事业后继有人,实乃用心良苦,竭尽全力。
人物贡献
李政道的研究领域很宽,在量子场论、基本粒子理论、核物理、统计力学、流体力学、天体物理方面的工作也颇有建树。
李政道
1949年与罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费米弱作用和中间玻色子的存在。1951年提出水力学中二维空间没有湍流。1952年与派尼斯合作研究固体物理中极化子的构造。1954年发表了量子场论中的著名的"李模型"理论。
1957年与奥赫梅和杨振宁合作提出电荷共轭不守恒和时间不反演的可能性。1959年与杨振宁合作,研究了硬球玻色气体的分子动理论,对研究氦Ⅱ的超流动性作出了贡献。1962年与杨振宁合作,研究了带电矢量介子电磁相互作用的不可重正化性,等!是我国重要人员。
伊尔库茨克国立大学怎么样?
伊尔库茨克国立大学创建于1918年10月27日,它的创建为在西伯利亚和远东地区的高等教育奠定了基础。大学立刻成为从叶尼塞河到太平洋大规模的领土上主要的教育的科学和文化的中心。
现在大学由2个分校,3个学院,11个系,89个教研室构成。在科学图书馆,研究生班,博士培训部,4个科研学院。按科研工作供给资金的数量计算,大学在俄罗斯进入大学第五名。将近18000名大学生掌握45门专业纲要,并且他们中的每一个都有能力在国际知名学者的领导下进行教研工作。教授职务的老师数量是750人,包括160个博士,教授,将近434个副博士,3个院士,2个俄罗斯科学院的通讯记者,27个专门社会科学院的正式会员。
将近70000名专家从伊尔库茨克国立大学毕业,在他们中有1079名来自蒙古国、中国、非洲和阿拉伯国家的外国公民。现在在大学里学习的还有将近300名从外国来的大学生。
国际活动
伊尔库茨克国立大学从存在的第一年起就成了在西伯利亚和远东地区主要的智力来源之一,是东西伯利亚和远东的第一所高等学校。
伊尔库茨克国立大学培养了来自蒙古国,中国,非洲和阿拉伯国家1079名专家。1966年在伊尔库茨克国立大学基地上,为蒙古公民开设的预备系。近30年内这个系毕业了接近6000名外国公民。他们中有国民经济专家,党和国家的工作人员,蒙古人民共和国科学和文化活动家,如杜木林巴达(1951)——蒙古科学院化学学院院长;巴尔丹(1964)——蒙古国家技术监督局主席,萨达夫(1978)——蒙古律师联合会主席等等。许多名字写入蒙古国历史的人。
现在伊尔库茨克国立大学有30个和亚洲,欧洲和美洲大学,科学机关和工业企业关于合作的协议。
大学的两个系——西伯利亚美洲和国际系,从90年代初实现了共同的职业教育大纲。这些系的毕业生得到了2个毕业证(伊尔库茨克国立大学和合作伙伴大学,即美洲的马里兰大学,中国的辽宁大学。
科学活动
伊尔库茨克国立大学是俄罗斯老的古典的大学之一,高等学校的大的区域性的教育科学中心。科学师范学校在物理化学分析、电离层物理、高能量物理、无机化学和丰富的矿石、微分的和积分水平等领域里有着国际知名度。
现在在大学的结构上有7个大的科学部类:科研部分,4个科研学院,新的信息技术中心和科学技术公园“贝加尔湖附近的生态园”。科研部分的大量科目有着巨大的科学潜能:天文台,大学问的生态研究区域实验室,区域的地球考古学,民族社会的勘察和科学的联系的贝加尔一西伯利亚的科学研究中心,在广阔的天空下的自然博物馆的贝加尔湖地区的唯一的植物园,包括世界上的植物园的国际清单。
教学活动
大学的构成:2个分校,3个学院,11个系,89个教研室,高级能水平工作干部中心,师范中专,科研部分,4个科研学院,博士培训班,研究生班,科学教学图书馆,联合国教育科学及文化组织水资源国际教研室,教学实验基地。
在最近5年内在大学里开设了16个新的专业,组织4个系,大学生的总数量达到14500人。在5年内面授大学生的数量增加1.8倍,函授1.9倍。大学工作人数870人,其中140个博士,教授。在大学里工作的12位科学和文化有功劳的活动家,3个俄联邦有功劳的老师,27人是部门和社会科学院的成员,4人俄联邦高等学校有功劳的工作人员,这些人中有4个俄罗斯科学院的正式成员,2个俄罗斯科学院通讯记者。
特别说一下伊尔库茨克国立大学科学图书馆。这是在我们国家大而丰富书的储藏量之一。它的储备由300多万本俄语和外语方面的书组成。图书馆的文化储备经常添充新的出版物,每年近50000多本。图书馆与38个国外伙伴和11个在俄罗斯的伙伴进行书籍交流,是“最近的外国”。
科学方向
光学,量子电子学和晶体物理
研究原理子自然流在贝加尔湖介子和中微子深水的注册方法
物质组成研究光谱的方法和它们计量学保证的手段
研究在成分驳杂的环境里无线电波的扩大和电离层磁场过程的数学模拟。
研究不均匀的介质,晶体和带材料创造目的的金属合金
宇宙光和天体物理学
校长:巴尔非诺夫.尤拉.维克多尔维奇,物理数学科学博士,教授
学院的邮政地址:664003伊尔库茨克市,嘎嘎丽那街20号,研究所
伊尔库茨克国立大学生物学科研学院创建于1923年。工作的基本方向就是贝加尔湖和贝加尔湖地区生态功能的研究,保护水资源。使这一带的自然环境免受污染,保护大自然,使植物免受侵害。生物科研所积极的与俄罗斯及国外的自然研究相互作用,学院有广泛的国际联系。
石油和煤炭化学合成学院
地址:伊尔库茨克市,列尔曼达瓦街,126号
它主要由几个部组成:煤炭化学部、催化部、自然联系部、组织合成部、无组织化学部、X射线荧光的分析部。
伊尔库茨克国立大学历史博物馆
专业特点:历史,东西伯利亚高等教育历史
类型:非国家的博物馆
地址:伊尔库茨克地区,伊尔库茨克市,嘎尔拉马克思街1号304室
面积:70平方米,其中15平方米基金占用
陈列品:证件、照片、底版、物品——书、仪器等
大学校长:斯米尔诺夫。阿列克赛。伊里伊奇教授
伊尔库茨克国立大学安装及使用说明书信息安全中心
2000年6月3日按伊尔库茨克国立大学学者委员会的决议建立了伊尔库茨克国立大学安装及使用说明书信息安全中心。信息安全专家们的技能水平的准备、进修和提高是中心的任务之一。
学习的结果包括附上毕业论文并发给伊尔库茨克国立大学的证书。
学习的费用每年级2750卢布(按学期付)。
每个大学生或者听者包含个人的三方面的合同。
地址:664003 伊尔库茨克市 巴嘎丽娜街20号 312房间3层
贝加尔商业活动和国际管理学院
1990年11月20日按人民教育俄联邦国家委员会第700号命令创建了伊尔库茨克国立大学贝加尔商业活动和国际管理学院。
贝加尔商业活动和国际管理学院校长:苏无尼·伏拉基米尔·尼给道维奇 历史科学副博士.。
伊尔库茨克 Irkutsk
【定义】
1.伊尔库茨克州
2.伊尔库茨克市
【伊尔库茨克州】
州名。属俄罗斯。在东西伯利亚南部,贝加尔湖以西。南同蒙古相邻。面积76.79万平方公里。人口278.4万(1987),俄罗斯人占87%,次为乌克兰、白俄罗斯、鞑靼人等。辖乌斯季奥尔登斯基布里亚特自治区。首府伊尔库茨克。大部为山地,平均海拔500-700米。北、中部为中西伯利亚高原的一部分。西南为东萨彦岭,东为贝加尔湖沿岸山脉和斯塔诺夫高原。安加拉河、勒拿河及其支流维季姆河流经。温带大陆性气候。1月平均气温由南部的-15℃到北部的-33℃;7月为17-19℃。年降水量350-430毫米。煤、铁、有色金属、森林、水力资源丰富。1937年建州。工业以采矿(煤、铁、金、云母、石膏、滑石、岩盐等)、电力、炼铝、炼油及石油化工、矿山机械、木材加工及纸浆-造纸为主。畜牧业以牛、羊为主。种植业集中在南部铁路沿线,农作物以麦类为主。西伯利亚大铁道及贝阿铁路在泰谢特交会,水运较发达,秋明油田输油管终点。主要城市还有安加尔斯克、布拉茨克、乌索利亚(西伯利亚)等。
伊尔库茨克州也是随着西伯利亚大铁路的开发发展起来的,建立于1937年。伊尔库茨克州位于东西伯利亚南部。周边与布里亚特共和国、图瓦共和国、克拉斯诺亚尔斯克、萨哈共和国相邻、东部与赤塔州相连。主要河流:叶尼塞河流域(安加拉、下通古斯卡河)和勒拿河(维季姆河、基列加河)。贝加尔湖位于州境内。伊尔库茨克州的气候为大陆性气候。一月平均温度从南部地区的零下15℃到北部地区的零下33℃;六月的平均温度从北部的17℃到南部的19℃。降水量北部和山区约400毫米,有多年的冻土带。州境内森林土壤丰富,四分之三的土地覆盖着针叶林。伊尔库茨克州划分为28个区,有21个城市。10万人以上的城市有伊尔库茨克、安加尔斯克和布拉茨克。伊尔库茨克州约300万人,城市人口占80%,伊尔库茨克俄罗斯人占80%以上,其余为蒙古族人。
【自然资源】
伊尔库茨克具有丰富的自然资源。在该州的土地上集中了储量巨大的金矿及烃原料、稀有金属(铌、钽、锂、铷)、47种贵重及彩色装饰石头(天青石、查拉石等)、食用盐和钾盐、铁、锰、钛、矿物建筑材料(菱镁矿、白云石等)。贝加尔湖拥有地球上所有淡水的20%。
伊尔库茨克大约有76%的面积被森林覆盖,木材储量达92亿立方米,占俄罗斯木材储量的10%以上。伊尔库茨克州是俄罗斯大型的木材基地——在俄联邦中仅位于克拉斯诺亚尔斯克边疆区之后而排第二位。而质量指标——良种树的储备集中性及开发利用程度都是非常出色的。该州的许多矿产原料产地都是伴生矿:韦尔赫乔斯科耶(石油)、科韦克金斯科耶(天然气)、苏霍罗日斯科耶(金)、涅普斯科耶(钾盐)、别洛兹明斯科耶(铌、钽)、萨文斯科耶(天青石)、木昆斯科耶(煤)。
矿产资源:可以开发勘测煤矿、宝石及钾盐、烃原料、耐火土以及用于生产建材的广谱原料、铁矿、矿物肥料。在伊尔库茨克州的地质褶皱区内有优质的勒拿河金矿区、马姆斯科——楚伊斯克蕴含云母的矿区、东萨扬斯克稀有金属矿区以及各种采矿及矿物化学原料区在这个区内有滑石粉、水泥、石灰岩、镶面石、宝石原料、用于冶金业的非矿物原料及其它原料。此外,在伊尔库茨克州还发现了锰、金刚石、多金属矿、锡、天然硫以及现有的优质传统矿物原料产地。
伊尔库茨克总的水电能资源潜在储量估计在2000——2500亿千瓦/小时每年,其中理论上可利用的资源大约在1900亿千瓦/小时每年。伊尔库茨克州已建立了三个水力发电站——在安加尔总功率为9.1千兆瓦、年生产电能在500亿千瓦/小时的电站,以及曼马干区(维季母河支流)的水电站,功率在100兆瓦左右,年产电高达4亿千瓦/小时。
【旅游发展】
伊尔库茨克州有1500多处知识性游览胜地,其中具有世界意义的独特工程建筑—环贝加尔湖铁路始建于20世纪,由意大利和俄罗斯工程师合作设计施工,工程的复杂性和价值性在俄罗铁路建筑史上举世无双。在这条长度不是很长的环贝加尔湖铁路路段中共建立了39条隧道和47座走廊。每年乘坐环贝加尔湖铁路观光的乘客都很多。夏天环贝加尔湖电气特快旅游列车在环贝加尔湖铁路上拉载的游客超过6千人。东西伯利亚的首府伊尔库茨克是俄罗斯历史上为国家发展做出卓越贡献、城市年龄超过300年的不多的几个城市之一。伊尔库茨克是俄罗斯最具吸引力的城市之一。1970年被列入建筑古迹历史名城名单。伊尔库茨克市拥有大约1300处历史建筑文明遗产,其中501处为国家级或州级文物遗产,受到国家的保护。在西伯利亚地区的各个城市中伊尔库茨克拥有的古建筑物数量是最多的,并且还有着独特的石质装饰。在伊尔库茨克木质房屋街区也被完整的保存了下来。距伊尔库茨克市47公里处的安加尔河高岸上有一个独特的地方—露天博物馆。这座塔尔茨木质民族建筑博物馆中集中了40多座建筑古迹,讲述着17-20世纪贝加尔湖沿岸人民的日常和文化生活特点。这里真正的农民宅院都带有木房、宽敞的庭院和仓房。您可以到木房中去看一看,在古老纺车、高板床和俄式炉灶旁照几张照片。顺路去逛逛俄罗斯的小酒吧,尝尝俄罗斯的薄饼和鱼子酱,就着马林果酱喝点茶水都是非常有意思的事。在俄罗斯的村庄里分布着布里亚特族用帐篷搭建的村落、西伯利亚其他古老民族埃文基人和多福人的游牧宿营地。除此以外,在这一地区还有6处大的疗养地、10几个疗养防治所。伊尔库茨克州的疗养防治所能有效的治疗并定期防治各种疾病问题:如血液循环组织、神经系统、运动组织、消化系统、泌尿生殖系统、呼吸系统、男女性疾病等问题。另外,伊尔库茨克州在山地滑雪休闲运动领域也有很大的潜力。在伊尔库茨克州有7家山地滑雪中心,其中有3家是最负盛名的山地滑雪疗养地。大型疗养院的代表者为:环贝加尔湖旅游基地、贝加尔酒店旅游基地(利斯特维扬卡镇)和黑貂山旅游基地(贝加尔斯克市)。这几个旅游中心目前可以提供全面的山地滑雪旅游服务和各种运动项目服务(如山地滑雪、滑雪板、滑雪、登山运动、自由滑雪、极限运动等等)。
伊尔库茨克州政府非常关注旅游业的发展。树立了到2010年阶段的旅游发展方案。每年举行旅游行业内意义重大的BAIKAL TOUR国际旅游展览、国际冬季运动竞赛节等活动。
伊尔库茨克州政府在参加国内国际旅游展览过程中传发了自己的推介资料分类册、宣传片、电视节目、建立了旅游局信息网站。州政府在吸引投资和发展贝加尔湖旅游业方面作了大量工作。目前州政府还参与了建立利斯特维扬卡旅游休闲经济特区的竞争。
【伊尔库茨克市】
伊尔库茨克,东西伯利亚第二大城市。位于贝尔加湖南端。安加拉河与伊尔库茨克河的交汇处。人口约80万,属大陆性气候,严寒期长。被称为“西伯利亚的心脏”、“东方巴黎”、“西伯利亚的明珠’,市中心与居民区间以天然白桦林连接着。伊尔库茨克市海拔467米;一月份平均气温-20°,七月份平均气温17°。较莫斯科时间早5小时.这里年均降水量约400毫米。由于受贝加尔湖调节,1月平均气温为—15℃,夏天7月平均气温为19℃,为避暑的好地方。 安加拉河贯穿市区,有大桥连通在贝加尔湖的东南端。安加拉河从贝加尔湖流出后,形成一个大的湖湾,号称伊尔库茨克海,风景宜人。
伊尔库茨克在近350年的历史中扮演着不同的角色,包括西伯利亚考察基地、流放地和淘金城。19世纪后期,列娜河发现了金矿,西伯利亚的淘金热开始了,人们奔向这里希望称为富人。伊尔库茨克市是西伯利亚唯一的大工业城市,机械制作,制材,家具,食品,建设等产业发达。建有大型炼铝厂和电缆厂。拥有向世界供应毛皮的传统产业,其中特别是黑貂皮举世闻名。19世纪成为俄国同中国的重要贸易转运点,后承西伯利亚大铁路的通车及附近煤田的开采而兴建。现为铁路和国际航空要站,有飞往各地多条航线,是通往勒拿河流域的枢纽,且是开发安加拉地区的基地。
1661~1669年成为西伯利亚的要塞城市,1764年成为东西伯利亚的首府。十九世纪成为帝俄同中国贸易的重要转运点。河港,铁路和国际航空要站。随西伯利亚大铁路的通车及附近煤田的开采而兴起。工业以机械制造为主(重型机械、机床、电缆)、机修为主,并有建材、云母加工及食品等轻工业部门。市西南18公里的舍利霍夫建有大型炼铝厂及电缆厂。该市是开发安加拉地区的基地。也是西伯利亚通向外贝加尔和远东南部地区以及蒙古和中国的门户,通往勒拿河流域的枢纽。作为东西伯利亚重要的文化中心,有多所高等学校及俄罗斯科学院西伯利亚分院东西伯利亚分部。。全城被三条河流分为4个区,安加河右岸为市中心,左岸为工业区,伊尔库特河左岸为水电枢纽区,乌沙柯夫河左岸为重型机械厂区。
市内有东西伯利亚地区历史最悠久的伊尔库茨克国立大学,可学研究所西伯利亚支部第二科学中心,贝加尔湖沼学研究所等一流的科学技术研究所。作为东西伯利亚的重要文化中心,伊尔库茨克市有多所高等院校及俄罗斯科学院西伯利亚分院东西伯利亚分部等科研机构。以至于当地的以为作家写到:“没有到过伊尔库茨克就是没到过西伯利亚”。城边的安加拉河上有大型的伊尔库次克水电站,此外波戈亚夫林教堂、斯帕斯克教堂、特洛伊茨卡娅教堂、贝加尔生态博物馆等风景名胜。伊尔库茨克国立大学始建于1918年10月27日。它的创建标志着西伯利亚和远东地区高等教育的开始。创建后该大学很快就成为从叶尼塞河到太平洋海岸地区的教育、科研和文化中心。现在伊尔库茨克国立大学已成为一个重要的自然科学和人文学科的教育机构。教学体系包括6个科学方向:科研部分,4家科研所(应用物理、石油-煤炭化学合成、生态、区域社会科学研究所),新信息技术中心。
伊尔库次克的出名,还因为其西侧66公里处的的贝加尔湖。贝加尔湖于1996年申报联合国世界遗产成功。贝加尔湖是世界上最深、最大的淡水湖,有"西伯利亚明眸"之美誉。贝加尔湖又是世界上最古老的湖泊,大约形成于2500万年前。该湖由地层断裂形成,面积3.15万平方公里,狭长的湖面自东北向西南,长636千米,最大宽度79.5公里,中间最深处有1637米,其水量达2.3万立方千米。有336多条大小河流注入其中。湖中有岛屿27个,最大的奥尔洪岛面积达730平方千米。湖水清澈见底,湖畔山林幽静,阳光充沛,气候宜人,现已成为著名的疗养胜地。鱼产丰富,种类繁多,动物资源也极其丰富,湖中有1150多种生物及约1080种植物。乘坐从北京开往莫斯科的火车,将驰骋于贝加尔湖边,旅途中有6个小时的时间供游客欣赏湖光山色。
【伊尔库茨克科学中心】
伊尔库茨克科学中心是东俄罗斯最大的科学中心之一,拥有15个科研院所,还有许多大学和学院,开设260余个专业。工业专家的数量和科学潜力使伊尔库茨克成为投资的理想地点。
天体物理学家?
钱永忠钱永忠教授主要从事原子核天体物理方向的研究,在重元素合成,超新星爆发,中微子与原子核相互作用以及中微子振荡等方面都做出了重要贡献。1999年至今,作为共同主要研究者持续获得美国能源部理论原子核物理的研究基金。同时由于他对理论原子核天体物理的贡献,包括对通过快中子俘获过程制造重元素的研究,以及对超新星内中微子集体振荡的理论研究,于2008年被选为美国物理学会会士。
杨振宁最伟大的成就是什么?
杨振宁先生最伟大的成就是杨-米尔斯理论。
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。
那杨-米尔斯理论到底重不重要?重要,当然重要,绝对的重要,这是现代规范场论和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,随着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的玩耍,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,相当于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,随着实验仪器的进步,人们撬开了原子核,在原子核内部又发现了两种新的力:强力和弱力。
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,然后顺带着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-莫雷实验牵着鼻子走,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,继续朝着更伟大的目标“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?
不着急,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。
在外尔的严刑逼供下,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》(在公众号回复“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,外尔接着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和局域的区别上了。
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,观众看着演员都整整齐齐的,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着电荷守恒,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,这就叫凭实力拼爹~
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着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和弱力,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,外尔跟着爱因斯坦搞统一场论时提出的这种想法跟着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,它们一样对应着守恒定律,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,需要的在公众号里回复“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(一个左侧对着你,一个头对着你)。
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》和《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,在公众号回复“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着怎么去解释,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,我们也要清楚的知道,杨-米尔斯理论不等于标准模型(没有夸克模型你拿着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象的回报(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着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着不同的变换,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和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?
这个问题不仅困扰着杨振宁,它也同样困扰着泡利(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和光子的相互作用。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,以后随着人们研究的深入,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,那么传递弱力的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,在公众号后台和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和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?”“杨振宁没有你想象的那么伟大!”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。没有开普特和伽利略的奠基,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,我估计胡克和哈雷也快找到万有引力定律了,洛伦兹和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着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,这些问题我后面在公众号和知识星球里会慢慢跟大家谈。
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“服”,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~
一些人认为诺贝尔奖是西方奖项?
这样的观点和看法不对!对于诺贝尔奖,我们必须要区别自然科学类奖项和人文社会类奖项的不同情况来具体看待!
在诺贝尔奖中,属于自然科学类的各个奖项,比如说其中的诺贝尔化学奖、诺贝尔物理学奖、诺贝尔医学或生理学奖等,那都是凭其真正的科技硬实力、最客观性的评选硬标准、其含金量和科技价值极高的权威性世界大奖!
而且,这些自然科学类奖项的评选,也都是极为客观、公正的!它完全不受社会的政治、文化和意识形态、及其价值观因素与倾向的左右和影响!因此,它的权威性和公信力是最高的、是不分东方和西方而被全世界所普遍公认的!
而能够获得自然科学类的诺贝尔奖,那就代表着其取得的重大科技成果,已经在全世界同领域内处于了最前沿和最高水平!
因此,我们的每一个科学家、每一个科技工作者,都完全应该向着能够获得诺贝尔奖的目标去努力,去冲刺!取得的自然科学类诺奖越多越好!
而诺奖中的“和平奖”和“文学奖”,则要另当别论!
这是因为,此两项奖,特别是那个“文学奖”,那是深受西方资本主义政治、文化、意识形态和价值观取向所主导和影响的奖项!只要是你的作品,没有去体现西方的意识形态价值观取向,不能适合西方人的“口味”,那你就休想能去获得他那个所谓的“大奖”!
因此,作为身处东方社会主义国家的中国人,确实是没有必要去争取那个东西!而要极力地去争取那个东西,那就意味着你必须要去接受西方的政治理念和意识形态价值观!否则,你想去获它那个奖,那就只能是一种天方夜谭式的空想和徒劳!
总之,我们绝大多数的中国人,都只是对自然科学类的那些诺贝尔奖项高度认可、关注和期待!而对其所谓的“文学奖”与“和平奖”,真的是没什么必要、更不值得去追求!