諾貝爾獎都難以衡量,楊振寧的「楊-米爾斯」理論究竟有多厲害?

漫酱~ 2022/12/16 檢舉 我要評論

瑞典首都斯德哥爾摩于2022年12月舉行頒獎儀式為美國、法國、奧地利的三位物理學家:阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞澤、安東·蔡林格頒發諾貝爾物理獎。

三位物理學家畫像

物理諾貝爾獎只不過是名譽的象征,并不是代表獲獎者達到了物理學的巔峰,人們很難從中看出一位科學家對物理學所做出的貢獻。

比如楊振寧的 楊-米爾斯理論就相當重要,被稱為連接物理學的關鍵理論,它到底有多厲害?

楊-米爾斯理論

楊-米爾斯理論是由楊振寧和R.L.米爾斯在1954年提出的,關于自然界當中四種相互作用力的基本理論。

這四種力分別為 引力、強相互作用力、弱相互作用力、電磁力

四種相互作用力

在此之前,物理學界的大佬們紛紛提出自己的理論,為物理學界添磚加瓦,但是隨著研究的深入,他們發現自己的理論與別人的研究存在一定的沖突。

為了統一物理學理論,大佬們在1927年開展了 巔峰聚會,當時世界上幾乎所有頂尖的物理學家都加入到了這場聚會當中。

人類智商的天花板們

經過一個月的討論,最終還是未能得出一個所以然,統一物理學界遙遙無期。

自從量子理論的研究深入后,又對物理學提出新的挑戰,如果不加以解決,原本的物理學大廈很有可能崩塌。

而楊-米爾斯理論相當于還是物理學大廈當中的「頂梁柱」,為一眾大佬的理論畫龍點睛、查漏補缺,并引領新的理論研究出現。

楊-米爾斯理論主體方程式

楊-米爾斯理論究竟有多厲害呢?蓋爾曼從楊-米爾斯理論出發,創立了一套 獨特的量子力學,并很快獲得諾貝爾獎。

格拉肖、薩拉姆和溫伯格根據楊-米爾斯理論基礎,統一了電磁力和弱力,獲得了諾貝爾獎。

可以說,楊-米爾斯理論已經能夠與相對論并列,是物理學研究當中,一個無法避開的理論研究。

奇怪的是,作為基石的楊-米爾斯理論,在民間未能得到很高的贊譽。

作為基石的作用

首先,楊-米爾斯理論將宇稱守恒推向了更加普遍的問題。

此前,在物理學當中,物理學家普遍認為,對稱性是美的重要體現, 宇宙當中的萬事萬物都遵守宇稱守恒

宇稱守恒概念

所謂的宇稱守恒指的是,如果運動的規律在某一變化下,具有不變的性質,那麼它的背后一定有一條 守恒的定律

什麼意思呢?我們拿大家最熟悉的 能量守恒定律來舉例子,比如當熱能轉化為電能,從本質上能量是沒有消失的,也就是說它具有 不變性

那麼在它的背后,就是能量守恒定律在做支撐。

因此,物理學家認為,宇宙的運行有自己的規律,只是人們未能發現其中的因素和變量。

充滿奧秘的宇宙

只要掌握足夠的信息,人類能夠完全掌握自己的未來。

但是楊振寧提出了相反的觀點,他在一次意外的實驗當中發現, 弱相互力連接的微觀粒子世界,可能不存在宇稱守恒

對此,楊振寧教授經過嚴密的計算,又拿出了許多經典的實驗,來論證自己的說法。

此后,楊振寧又親身做了一項關于 60Coβ衰變的實驗,進一步確認,物理學當中秉承著宇稱不守恒原則。

宇稱不守恒原則概念

但這并不是對原本物理學的挑戰,而是在人們看不到的地方或者是容易忽視的地方,做了補充,使其更加完善。

就像是當初牛頓的萬有引力指出,世間的萬事萬物都存在引力,大到一顆恒星,小到一顆原子。

但是量子理論卻將牛頓的萬有引力打破,在微觀的量子世界,存在沒有引力的粒子。

這意味著「牛頓大廈」崩塌了嗎?并不是,萬有引力對巨觀世界是非常適用的,在研究微觀粒子方面,我們需要進一步完善它的理論成果。

所以,后來眾多的物理學大佬都轉向了 量子力學,可是越研究量子力學,帶給人們的問題也就越多。

比如量子糾纏傳遞的信息為什麼可以超光速?還是說它有一種特殊的宇宙法則?

量子糾纏概念

兩個粒子之間的強相互作用力,究竟有多厲害?

雖然,未能給這些疑惑提出實際的解決辦法,但是其中卻給予了后人研究的思路。

1957年,楊振寧教授就已經寫好了關于 強弱相互作用當中是否存在宇稱守恒的論文。

楊振寧當中指出,在研究強相互力作用的時候,不能用尋常思維來衡量。

比如,兩個擁有強相互力的粒子距離越近,力的作用就越微弱。

粒子運動

我們在研究強相互作用之時,也許需要一種 逆向思維,去衍生出其中人們忽視的地方,從而尋找出某種不合乎常理但符合宇宙規律的原理。

就像是飛機在被發明出來之前,很少有人想過人類有一天能夠飛在天上。

在研究物理學方面,要膽大心細,不能被 桎梏在已有的認知范圍。

當然,并不能說楊-米爾斯理論就是物理學當中最為完善的理論,畢竟人類目前的認知太少,而物理學又處在瓶頸階段,誰也不知道未來會發現什麼。

理論延展

早在1953年,沃爾夫岡·泡利將五維的卡魯扎-克萊因理論 拓展到六維的時候,就發現了其中不實際的陰影粒子,這些粒子的存在與楊-米爾斯理論提出的方程式存在一定的沖突。

卡魯扎-克萊因理論

由于沃爾夫岡沒有足夠的證據表明自己研究的 正確性,當時他所準備的論文也一直未能發表。

一次公共場合當中,沃爾夫岡提出自己的研究與楊-米爾斯理論的不同之處,人們才重視起來。

直到現在,人們仍舊不知道其原因在于何處,只能將其歸咎為量子世界的不確定性。

1972年,弗里茲希和蓋爾曼提出了量子色動力學,與楊-米爾斯理論一起,構成了 粒子物理標準模型

粒子物理標準模型

發展到今天,楊-米爾斯理論已經被視為物理學當中的一套框架,將所有的理論統一起來。

令人堪憂的是貢獻如此巨大的理論,卻很少有人知道,甚至創始人的名字,也鮮為人知。

我們從小就聽說過愛因斯坦、牛頓,但是真正聽說過 楊振寧教授的人并不多,但是以他的理論幾乎可以 與經典力學媲美,物理諾貝爾獎已經無法衡量其貢獻。

楊振寧教授

不可否認的是,其中一個原因在于,楊振寧教授的楊-米爾斯理論晦澀難懂,想要讀懂它,必須擁有很強的物理學基礎,而且要熟悉各種理論的不契合之處。

其實,對于普通人來說,不一定要理解這些科學家的理論究竟是什麼,但我們一定要知道,存在這樣一位偉人,它的生平和事跡都 值得人們銘記

楊振寧教授

感謝每一位為物理學做出貢獻的科學家們,正是因為有了他們的存在,人類的社會才能發展得如此迅速。

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