2025年10月18日,物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者、中國科學院院士楊振寧先生去世,享年103歲。
他在粒子物理學、統計力學和凝聚態物理等領域作出里程碑性貢獻。
對于楊振寧先生,任何「杰出」、「卓越」之類的字眼都顯得蒼白,他不僅僅是解決了幾個問題,或是發現了幾條定理,他是從根本上改變了我們理解宇宙的語言和秩序:
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提到楊振寧,幾乎所有人都知道他是諾貝爾物理獎得主。
但他的學術成就到底是什么?
沒幾個人能說得上來。
宇稱不守恒、楊-米爾斯方程,有時候可能連名稱都念不對。
因為對他研究成果的不理解,更多人關注的是他身上科學成就之外的東西:國籍、婚姻、關于對撞機的態度......
之所以會出現這樣的狀況,一是因為他研究的東西我們在生活中不會直接接觸;二是因為他研究的東西,普通人一般也理解不了。
下面展開說一說,楊振寧在學術上到底有多牛。
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牛頓
在說楊振寧的學術成就之前,先來說說「路徑依賴」。
在牛頓時代和之后的200年,物理學家是怎么做研究的?
就是做各種實驗,通過實驗發現規律,最后用數學公式來解釋此規律(找到對稱性),牛頓三大定律就是這么得來的。
當時的物理研究幾乎都這樣:反復實驗—發現規律—找到對稱性。
這種研究方法非常好,但越是好方法,就越容易讓后來者產生路徑依賴。所以這一套研究方法,也限制了物理學的發展,直到一個人橫空出世。
這個人就是愛因斯坦。
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愛因斯坦
愛因斯坦在做物理研究的時候,碰到了一系列大麻煩,無論怎么做實驗也解決不了。
有一天他突發奇想:我能不能換一種研究方式呢?我可不可以先找到對稱性,再根據對稱性推導出理論,然后再用實驗來證明它。
大家都在走老路的時候,愛因斯坦選擇了一條新路:找到對稱性—建立理論—實驗證明。
正是打破了對前輩大師的路徑依賴,愛因斯坦發現了狹義相對論和廣義相對論,開辟了一個嶄新的時代。
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楊振寧(左)和李政道(右)
在說楊振寧之前,再來說一個名詞——宇稱守恒。
宇稱,就是指一個基本粒子與它的鏡像粒子完全對稱。人在照鏡子時,鏡中的影像和真實的自己,總是具有完全相同的性質——包括容貌、裝扮、表情和動作。
同樣,一個基本粒子與它的鏡像粒子,所有性質也完全相同,運動規律也完全一致,這就是宇稱守恒。
在楊振寧之前的物理學大師,包括費曼、泡利、朗道等,在研究遇到瓶頸的時候,都不愿意假設宇稱不守恒。
這時楊振寧和李政道站出來,打破了路徑依賴,于1956年發表了論文《對于弱相互作用中宇稱守恒的質疑》,提出「弱相互作用中宇稱不守恒」。
這一發現有多牛?
諾組委立馬把1957年諾貝爾物理學獎頒給了楊振寧和李政道。
1956年提出宇稱不守恒,1957年即獲得諾貝爾獎,這個獲獎速度,在諾獎史上創下紀錄。
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1957年,楊振寧和李政道領取諾貝爾物理學獎
「它影響了整個物理學界的方方面面,是囊括了分子、原子和基本粒子物理的一個基本革命。」
宇稱不守恒雖然牛,但并不是楊振寧最重要的成就,他最重要的成就是「規范場論」。
在說規范場論之前,先來說說大一統理論。
大一統理論是什么?
它簡 GUT,又稱萬物之理。
這個宇宙中存在著四種力,引力、電磁力、強力和弱力。
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四種基本相互作用力
物理學的終極目標,就是找到可以統一解釋這四種力的理論,從而揭開上帝創造世界的秘密。
可以統一解釋這四種力的理論,就是大一統理論。誰能建立大一統理論,誰就能成為有史以來最偉大的科學家。
300多年來,先是牛頓發現了引力,接著麥克斯韋降服了電磁力。麥克斯韋降服電磁力后,問題出現了——麥克斯韋方程組和牛頓力學框架居然是矛盾的。
究竟是誰錯了?大家議論紛紛,不知所措。
這時愛因斯坦站了出來:他倆誰都沒有錯,只是需要升級一下。
愛因斯坦提出了狹義相對論,這個理論很好地安置了電磁力,愛因斯坦隨后又提出廣義相對論,這個理論很好地安置了引力。
在愛因斯坦相對論的歸化下,引力和電磁力可以愉快地玩耍了。
顯而易見,接下來物理學最重要的任務,就用把引力和電磁力統一了。可愛因斯坦窮盡了后半生,也沒能完成這個統一大業。不但沒完成統一,還誕生了另外兩個賊寇——強力和弱力。
隨著實驗儀器的進步,人們撬開了原子核,在原子核內部發現了兩種新的力:強力和弱力。強力就是把質子和中子結合在原子核中的那種力。弱力就是讓原子核發生衰變的那種力。
所有物理學家對此一籌莫展,連如何描述它們都不知道。
這時候,一個人橫空出世,給迷霧重重的物理學指明了方向,這個人就是楊振寧。
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楊振寧帶著學生米爾斯,提出了楊-米爾斯規范場論。
規范場論有多牛?
宇宙中存在著四種力,除了引力之外,規范場論統一了另外三種力,朝著大一統邁出了非常關鍵的一步。
規范場論的核心是楊-米爾斯方程。
這個方程有多牛?有7個諾貝爾獎,是直接利用楊-米爾斯方程拿到的;有幾十個諾貝爾獎,是和楊振寧提出的理論有關;還有6個數學界諾貝爾獎,也是研究楊-米爾斯方程得到的。
楊振寧的幾大研究,幾乎奠定了整個20世紀后半葉基礎物理學的總成就。
楊振寧的成就有多偉大?諾貝爾物理獎獲得者丁肇中這樣評價:
提到20世紀的物理學的里程碑,我們首先想到三件事:一是相對論,二是量子力學,三是規范場。
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1999年5月,楊振寧的退休儀式
美國聲譽卓著的鮑爾獎,在給楊振寧頒獎時評價說:這個理論模型,已經與牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦的成就比肩,并必然將對未來產生可相提并論的影響。
2000年,全球著名科技期刊《自然》,評選了人類千年以來最偉大的二十位物理學家。這個榜單,霍金并沒有入選,但楊振寧入選了,而且他是這個榜單里唯一在世的物理學家。
與他一同登上這個榜單的其他人,全部都是已作古的大牛,牛頓,愛因斯坦,麥克斯韋,薛定諤,波爾……
楊振寧被過譽了嗎?
沒有,他一直都被低估了。
科普作家卓克曾說:與楊振寧生活在同一個時代,是我們這代人的幸運。這種幸運,當然不應該被忽視和辜負。
via:高山書院
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