瑞典首都斯德哥尔摩于2022年12月举行颁奖仪式为美国、法国、奥地利的三位物理学家:阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽、安东·蔡林格颁发诺贝尔物理奖。
三位物理学家画像
但 物理诺贝尔奖 只不过是名誉的象征,并不是代表获奖者达到了物理学的巅峰,人们很难从中看出一位科学家对物理学所做出的贡献。
比如杨振宁的 杨-米尔斯理论 就相当重要,被称为连接物理学的关键理论,它到底有多厉害?
杨-米尔斯理论
杨-米尔斯理论是由杨振宁和R.L.米尔斯在1954年提出的,关于自然界当中四种相互作用力的基本理论。
这四种力分别为 引力、强相互作用力、弱相互作用力、电磁力 。
四种相互作用力
在此之前,物理学界的大佬们纷纷提出自己的理论,为物理学界添砖加瓦,但是随着研究的深入,他们发现自己的理论与别人的研究存在一定的冲突。
为了统一物理学理论,大佬们在1927年开展了 巅峰聚会 ,当时世界上几乎所有顶尖的物理学家都加入到了这场聚会当中。
人类智商的天花板们
经过一个月的讨论,最终还是未能得出一个所以然,统一物理学界遥遥无期。
自从量子理论的研究深入后,又对物理学提出新的挑战,如果不加以解决,原本的物理学大厦很有可能崩塌。
而杨-米尔斯理论相当于还是物理学大厦当中的“顶梁柱”,为一众大佬的理论画龙点睛、查漏补缺,并引领新的理论研究出现。
杨-米尔斯理论主体方程式
杨-米尔斯理论究竟有多厉害呢?盖尔曼从杨-米尔斯理论出发,创立了一套 独特的量子力学 ,并很快获得诺贝尔奖。
格拉肖、萨拉姆和温伯格根据杨-米尔斯理论基础,统一了电磁力和弱力,获得了诺贝尔奖。
可以说,杨-米尔斯理论已经能够与相对论并列,是物理学研究当中,一个无法避开的理论研究。
奇怪的是,作为基石的杨-米尔斯理论,在民间未能得到很高的赞誉。
作为基石的作用
首先,杨-米尔斯理论将宇称守恒推向了更加普遍的问题。
此前,在物理学当中,物理学家普遍认为,对称性是美的重要体现, 宇宙当中的万事万物都遵守宇称守恒 。
宇称守恒概念
所谓的宇称守恒指的是,如果运动的规律在某一变化下,具有不变的性质,那么它的背后一定有一条 守恒的定律 。
什么意思呢?我们拿大家最熟悉的 能量守恒定律 来举例子,比如当热能转化为电能,从本质上能量是没有消失的,也就是说它具有 不变性 。
那么在它的背后,就是能量守恒定律在做支撑。
因此,物理学家认为,宇宙的运行有自己的规律,只是人们未能发现其中的因素和变量。
充满奥秘的宇宙
只要掌握足够的信息,人类能够完全掌握自己的未来。
但是杨振宁提出了相反的观点,他在一次意外的实验当中发现, 弱相互力连接的微观粒子世界,可能不存在宇称守恒 。
对此,杨振宁教授经过严密的计算,又拿出了许多经典的实验,来论证自己的说法。
此后,杨振宁又亲身做了一项关于 60Coβ衰变 的实验,进一步确认,物理学当中秉承着宇称不守恒原则。
宇称不守恒原则概念
但这并不是对原本物理学的挑战,而是在人们看不到的地方或者是容易忽视的地方,做了补充,使其更加完善。
就像是当初牛顿的万有引力指出,世间的万事万物都存在引力,大到一颗恒星,小到一颗原子。
但是量子理论却将牛顿的万有引力打破,在微观的量子世界,存在没有引力的粒子。
这意味着“牛顿大厦”崩塌了吗?并不是,万有引力对宏观世界是非常适用的,在研究微观粒子方面,我们需要进一步完善它的理论成果。
所以,后来众多的物理学大佬都转向了 量子力学 ,可是越研究量子力学,带给人们的问题也就越多。
比如量子纠缠传递的信息为什么可以超光速?还是说它有一种特殊的宇宙法则?
量子纠缠概念
两个粒子之间的强相互作用力,究竟有多厉害?
虽然,未能给这些疑惑提出实际的解决办法,但是其中却给予了后人研究的思路。
1957年,杨振宁教授就已经写好了关于 强弱相互作用 当中是否存在宇称守恒的论文。
杨振宁当中指出,在研究强相互力作用的时候,不能用寻常思维来衡量。
比如,两个拥有强相互力的粒子距离越近,力的作用就越微弱。
粒子运动
我们在研究强相互作用之时,也许需要一种 逆向思维 ,去衍生出其中人们忽视的地方,从而寻找出某种不合乎常理但符合宇宙规律的原理。
就像是飞机在被发明出来之前,很少有人想过人类有一天能够飞在天上。
在研究物理学方面,要胆大心细,不能被 桎梏 在已有的认知范围。
当然,并不能说杨-米尔斯理论就是物理学当中最为完善的理论,毕竟人类目前的认知太少,而物理学又处在瓶颈阶段,谁也不知道未来会发现什么。
理论延展
早在1953年,沃尔夫冈·泡利将五维的卡鲁扎-克莱因理论 拓展到六维 的时候,就发现了其中不实际的阴影粒子,这些粒子的存在与杨-米尔斯理论提出的方程式存在一定的冲突。
卡鲁扎-克莱因理论
由于沃尔夫冈没有足够的证据表明自己研究的 正确性 ,当时他所准备的论文也一直未能发表。
一次公共场合当中,沃尔夫冈提出自己的研究与杨-米尔斯理论的不同之处,人们才重视起来。
直到现在,人们仍旧不知道其原因在于何处,只能将其归咎为量子世界的不确定性。
1972年,弗里兹希和盖尔曼提出了量子色动力学,与杨-米尔斯理论一起,构成了 粒子物理标准模型 。
粒子物理标准模型
发展到今天,杨-米尔斯理论已经被视为物理学当中的一套框架,将所有的理论统一起来。
令人堪忧的是贡献如此巨大的理论,却很少有人知道,甚至创始人的名字,也鲜为人知。
我们从小就听说过爱因斯坦、牛顿,但是真正听说过 杨振宁 教授的人并不多,但是以他的理论几乎可以 与经典力学媲美 ,物理诺贝尔奖已经无法衡量其贡献。
杨振宁教授
不可否认的是,其中一个原因在于,杨振宁教授的杨-米尔斯理论晦涩难懂,想要读懂它,必须拥有很强的物理学基础,而且要熟悉各种理论的不契合之处。
其实,对于普通人来说,不一定要理解这些科学家的理论究竟是什么,但我们一定要知道,存在这样一位伟人,它的生平和事迹都 值得人们铭记 。
杨振宁教授
感谢每一位为物理学做出贡献的科学家们,正是因为有了他们的存在,人类的社会才能发展得如此迅速。