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
但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。
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。
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。