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同是諾獎得主,愛因斯坦和楊振寧的理論,哪一個更加偉大?
2023/04/26

在人類科技發展的道路上,出現了很多偉大的科學家,這些偉大的科學家給人類科技發展起到了非常重要的作用,比如說牛頓、愛因斯坦、哥白尼、伽利略、霍金、薛定諤等等,如果沒有這些偉大的科學家,那麼人類的科技發展至少要倒退幾百年的時間,為了獎勵這些擁有巨大貢獻的科學家,還出現了諾貝爾獎,在1897年的時候,一份遺囑的公布在瑞典引起了軒然大波,諾貝爾是瑞典人,在1833年出生,他是一位優秀的發明家、工程師、化學家、企業家,他一生一共擁有350多種專利,其中比較著名的就是火藥,從1901年開始,諾貝爾獎正是開始發放,從1901年到2022年,一共有900多為科學家獲得了諾貝爾獎。

我國的楊振寧教授是中國第一位獲得物理學諾貝爾獎的人,在2021年的時候,他被授為感動中國年度人物,他拿到這個成就可以說是實至名歸,他在1957年的時候就獲得了諾貝爾獎,他為中國科學事業默默地奉獻了50多年,楊振寧最著名的理論就是宇稱不守恒定律,這個定律告訴我們,鏡子中的你和現實中的你是不一樣的,相信我們很多人都有照鏡子的習慣,我們經過會通過鏡子來看自己的裝扮漂不漂亮,但是大家在照鏡子的時候有沒有發現一個問題,就是鏡子中的人和我們是相反的,當我們拿起左手的時候,鏡子里的人拿起的是右手,當我們把頭轉向右邊的時候,鏡子里面的人會把頭轉向左邊。 為什麼鏡子中的人會和我們做相反的動作?這個問題的答案就在宇稱不守恒定律當中。

宇稱其實是指一種對稱性,想要理解宇稱不守恒為什麼這麼重要,就需要先了解為什麼對稱性這麼重要,如果沒有對稱性的指導,那麼愛因斯坦就不可能發現相對論,在我們現實生活中,有很多物質都是對稱的,比如說雪花、圓形、正方形等等,在這些對稱圖案中,我們能夠在它們的中間發現一根對稱軸,對稱性的精準數學定義涉及到不變形的概念:如果一個幾何圖形在某種操作下保持不變,我們就能夠說這個圖形在這些操作之下具有某種不變性,在宇宙中對稱性是非常重要的。在20世紀50年代,科學家發現了兩種放射性的新介子,這兩種介子的自旋、質量、壽命和電荷都是完全相同的,所以當很多科學家都認為這兩種物質其實就是一種物質的時候。

科學家發現其中一個粒子衰變時會產生兩個π介子,而另一個衰變能夠產生三個π介子,這使得它們遵循不同的運動規律,在1956年的時候,李政道和楊振寧在深入研究后發現,這兩個粒子是完全相同的一種粒子,它們被稱為是k介子,但是在弱相互作用力下,它們的運動規律是完全不同的,就如同我們照鏡子一樣,鏡子中的動作和鏡子外面的動作是不一樣的,如果說宇稱守恒,即使鏡像世界跟真實世界同等合理,那麼Co-60放出的電子就應該朝向四面八方的機率都相同,沒有一個優勢的方向,但實際上,這些電子大部分都集中在跟磁場相同的方向,這破壞了宇稱守恒。

宇稱不守恒有囊括了分子、原子和基本粒子物理的一個基本實際意義,宇稱不守恒并不是一個局部性的理論發展,他影響了整個物理學界的發展,對稱性在20世紀物理學中很重要,特別是對相對論在時空對稱方面取得了巨大的成就,而且在量子力學中也有很重要的意義,不過這里需要注意的是,宇稱不守恒定律只在弱相互作用下起作用,目前科學家在宇宙中發現了四大基本作用力,它們分別是引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力,相信大家對引力都很熟悉,而電磁力也比較了解,而強相互作用力和弱相互作用力很多人都會混淆,其實把原子核黏在一起的就是強相互作用力,原子核發生衰變的就是弱相互作用力。

宇稱不守恒的發現整碎了人類對上帝絕對對稱的信念,迫使人類重新思考對稱的問題,這一轉向導致了後來很多深刻的發現,除了這個理論之外,他還提出了相變理論、發現玻色子多體問題、提出了非對角長程序,提出時間反演、電荷共軛和宇稱三種分立對稱性,在人類科學發展的道路上,起到了非常重要的作用,所以楊振寧教授可以說是中國最偉大的科學家之一了,那麼他能夠比肩愛因斯坦嗎?愛因斯坦被稱為是近代人類科學最偉大的科學家,目前也只有他能夠和牛頓相媲美,相信很多人對牛頓都非常了解,在我們上小學的時候,就已經知道牛頓了,牛頓的出現給人類打開了宇宙的大門,讓人類知道了天體基本的運動規律。

而愛因斯坦出現以后,給人類探索宇宙指明了方向,目前人類探索宇宙基本上都是按照愛因斯坦的思路去進行的,1905年被稱為是愛因斯坦奇跡年,在這一年內,他發表了四篇論文,提出了四個突破性理論,撼動了整個世界,在1905年的6月,他發表了一篇關于光電效應的論文,證明了當光線照射在不同的金屬上,會發射出電子,這一理論奠定了量子力學的基礎,解開了原子的奧秘,在1922年的時候,愛因斯坦憑借光電效應獲得了諾貝爾物理學獎,時隔1個月,他有發表了布朗運動的論文,為流體中粒子的隨機運動提供了一個公式,在同年9月份,著名的俠義相對論問世,在11月份,他在俠義相對論的基礎上推導出了E=mc^2,解釋了物質的能力和質量的關系。

俠義相對論的核心是同時性的相對性,說的是兩個事件,在同一個參考系下看是同時發生的,那麼在其他參考下就可能不是同時發生的,事件的時空本身就是相對的,這是和牛頓完全不同的時空觀,牛頓對于時空的理解是絕對的,他認為時間、空間、參照物都是絕對的,它們之間沒有任何聯系,按照牛頓的理解,我們能夠理解為靜止安放在不同慣性系中的鐘表,對同一運動過程的計時結構都是一樣的,而愛因斯坦打破了牛頓的觀點,相比于俠義相對論,愛因斯坦的廣義相對論奠定了他在科學界的地位,愛因斯坦曾經說過,如果我不提出俠義相對論,5年以后也會提出俠義相對論,如果我不提出廣義相對論,50年內都不會有人提出。

廣義相對論的核心就是時空彎曲,愛因斯坦認為,任何有質量的物體都會對周圍時空造成彎曲,同時,任何物體都沿著時空里的最短路線運動,這里需要注意的是時空最短路線,而不是空間最短路線,廣義相對論提出了時空彎曲詮釋了引力的本質,強調了引力其實并不存在,引力只是時空彎曲的表象而已,這個理論打破了牛頓對引力的傳統認知,牛頓的萬有引力定律解釋了天體運動的規律,而且指出了木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律,他認為月球除了受到地球引力的作用之外,還受到太陽的引力,從而解釋了月球運動中發現二均差,根據牛頓的萬有引力的定律,科學家們成功發現了海王星,牛頓的萬有引力認為,時空是平直的,不管距離有多遠,引力的作用都是瞬間完成的。

不過牛頓的萬有引力定律存在一定的缺陷,幾乎所有的天體運動都屬于萬有引力定律,利用萬有引力的公式計算,水星的公轉周期在100年內會有50秒的誤差,雖然這個誤差不是很大,但這也意味著萬有引力存在漏洞,但是愛因斯坦的廣義相對論完美的解釋了水星進動的問題,在1919年的日全食,科學家分別在不同的地方進行了觀測,最終得出的結果和愛因斯坦預測的是一樣的,不過當時愛因斯坦提出相對論之后,很多科學家都持著懷疑的狀態,不過經過100多年的驗證,愛因斯坦的相對論和量子力學已經成為了人類物理學的兩大支柱。愛因斯坦的廣義相對論在天體物理學中有著非常重要的作用。

比如說它預言了某種大質量恒星終結后,會形成時空極度扭曲以至于所有物質都無法逸出的區域,比如說黑洞,黑洞是宇宙中最為神秘的天體,它能夠吞噬任何物質,連光都無法逃離黑洞的引力,目前科學家也在積極的研究當中,愛因斯坦的廣義相對論理論應用于整個宇宙當中,開創了相對論宇宙學的研究領域,愛因斯坦的偉大不僅僅在于他以一己之力推翻了牛頓的理論,而且還預言了宇宙中很多的現象,比如說引力紅移、引力時間膨脹效應、引力波、都被證實了,根據愛因斯坦的引力時間膨脹效應我們能夠知道,時間的快慢受到引力的影響。 當時間經過巨大引力天體附近時,就會變慢,比如說黑洞附近,時間就會變得很慢。

假如說你從地球出發,在黑洞周圍生活一年的時間,再回到地球之后,地球上可能已經過去了幾萬年的時間,除了引力之外,速度也能夠影響時間的快慢,比如說鐘慢效應,而且愛因斯坦對后世的影響也非常巨大,在1916年,愛因斯坦提出了光與物質相互作用理論,預言了激光的存在,在1960年的時候,科學家制造出了激光,在1924年愛因斯坦在手稿中以光子的統計力學為基礎,預言了玻色-愛因斯坦凝聚態。1995年,沃夫岡·凱特利與埃里克·康奈爾以及卡爾·威曼首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚態。直到今天為止,愛因斯坦的理論依然影響了科學界的發展,目前愛因斯坦的有些預言還沒有被證實。

比如說蟲洞、四維空間等等,愛因斯坦認為,在宇宙中應該存在一種能夠穿越時空的隧道,這個時空隧道就是蟲洞,如果我們能夠進入蟲洞,那麼就能夠從宇宙的這邊快速的到達宇宙的另一邊,目前蟲洞有兩種解釋,一種是同一宇宙中,能夠快速到達不同的區域,還有一種解釋是連接著不同的平行宇宙,目前科學家也在積極的尋找平行宇宙,雖然現在人類還沒有找到平行宇宙, 但是未來隨著人類科技的進步,說不定人類能夠找到平行宇宙,除此之外,愛因斯坦還提出了四維空間,愛因斯坦認為宇宙是有維度的。我們所生活的宇宙就是一個三維世界,它是有長、寬、高組成的,在三維世界中,時間只是一個虛擬的概念,但是在四維空間中,時間就是一座看得見摸得著的東西。

如果我們能夠進入四維空間,那麼我們就能夠隨意的改變時間軸,就像看電影一樣,能夠倒退和快進,不過目前科學家并沒有在宇宙中發現四維空間,未來隨著人類的科技,說不定人類能夠找到其它維度的空間,雖然愛因斯坦和楊振寧都是人類科學上非常偉大的科學家,不過他們的物理成就各有各的區別,曾經楊振寧教授這樣評價愛因斯坦:「20世紀物理學的三大貢獻,分別是狹義相對論、廣義相對論和量子力學,其中兩個半都和愛因斯坦有關系」,作為過去1000年內最偉大的科學家之一,愛因斯坦確實配得上這樣的評價。愛因斯坦是很多科學家的偶像,不過對于楊振寧和愛因斯坦誰的貢獻最大?只能說各有各的作用吧,對于這個問題,大家有什麼想說的嗎?

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