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杨振宁是二战以后最伟大的科学家,大家也许会觉得很诧异,但事实上就是如此!一直以来科学家都跟普通大众保持距离,假如我们对科学的保持不明觉厉、敬而远之的态度,其实并不影响我们踏踏实实过完一生,但如果你知道了他们的“英雄事迹”,你对他们的态度也许就会180度大转弯!
尤其是杨振宁,因为闯入大家视线、关于杨振宁的新闻,都是各方带有私有观点,如何从一个正面的态度去理解杨振宁的成就,其实很简单,罗列下他的学术成就就可以了!
获得诺贝尔奖的宇称不守恒定律,只是排到他学术成就的第三位
宇称不守恒说的是弱力中不对称的现象,早先科学界对于对称的信仰是不可动摇的,而诺特定律则从数学层面证明了这个对称犹如犹如能量守恒一样可靠,因此杨振宁和李政道在1956年发现弱力不守恒现象时科学界普遍对这两位年轻人的研究持不信任的态度,一直到吴建雄以钴60原子核的衰变验证了宇称不守恒定律,这才在科学界炸开了锅!
从1956年杨李二人发现宇称不守恒到1957年十月获得诺贝尔奖,只有短短12个月,这在诺贝尔奖史上是绝无仅有的,这也从另一个侧面肯定了这个发现对于科学界的意义!在所有对称中,仅仅只有弱力的那么一点点不对称,造就了宇宙这万物世界,就像微波背景辐射中几乎就是均匀的,但就是这万分之一的不均匀性,成就恒星与星系的诞生,这个意义特别重大!
我们聊完了宇称不守恒,下面继续说说杨米尔斯方程和杨巴克斯方程,因为在杨振宁的成就中,最伟大的成就要数杨米尔斯方程,随后则是杨巴克斯方程,然后才是宇称不守恒定律,这两个方程又是咋回事?为什么更伟大的成就却没有获得诺贝尔奖?
杨-米尔斯方程和杨-巴克斯方程
最早杨振宁在导师泰勒门下攻读博士的毕业论文中就有规范场论的方向,他抛开了泰勒给他制定的论文方向,自行选择了四个目标:
伊辛模型
Bethe 假设
规范场
核反应中的角分布
四个方向中三个都被卡死,杨振宁以最后一篇《核反应中角分布》在泰勒门下毕了业,虽然杨振宁毕业了,但毕业论文时定的那几个方向却并没完,杨振宁毕业后一年与李政道一起完成了将二维伊辛模型拓展为三维,继而引发了学术界的研究,最终功力最深的昂萨格以此获得了诺贝尔奖!
规范场就是杨米尔斯理论就是一种基于SU(N)群的规范场论。1954年杨振宁和罗伯特·米尔斯创立了杨米尔斯理论,将原本可交换群的规范理论拓展到不可交换群,以解释强相互作用,不过却受到的泡利的质疑,因为杨米尔斯理论中量子必须质量为零以维持规范不变性,而在当时,质量为零的粒子并没有发现。杨米尔斯理论无法解释为何b量子点质量问题,因此论文并未受到重视,连杨振宁自己都不知道这个理论有啥用!
上世纪六十年代科学界开始用对称性破缺机制,杨米尔斯理论成为了从零质量粒子中获得质量的粒子解释的重要工具,而杨米尔斯理论的重要性才刚刚开始!
1967年温伯格和格拉肖在引入规范对称的自发破缺,将电弱统一理论建立在了杨-米尔斯场论,引入希格斯机制,提出了具有U(1) ×SU(2)规范对称性的电弱理论。
1972年弗里兹希和盖尔曼提出了具有SU(3)规范对称性的杨-米尔斯理论, 建立了量子色动力学。
至此粒子物理的标准模型两大支柱:电磁力和弱力的电弱理论和描述强力的量子色动力学建立,简单的说杨米尔斯理论是现代粒子物理标准模型的基础!
Bethe 假设则是后来著名的杨-巴克斯方程,它起源于一个统计力学问题,要与是与一个四价顶角相联系的一个R矩阵与晶格的行与行转移矩阵对易,杨振宁在60年代用Bethe Ansatz方法求解带有d函数相互作用的一维量子N体问题和各向异性海森堡自旋链,提出了杨-巴克斯特关系。
从杨米尔斯理论和杨巴克斯方程的研究中,先后有7个诺贝尔奖出自杨米尔斯理论的研究,还有6个研究杨米尔斯理论和杨巴克斯方程而获得菲尔兹奖(数学界的诺贝尔奖)。
1994年杨振宁被授予鲍尔奖时的颁奖词在现在看来仍然有些肉麻“这项工作已经排列在牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的工作之列,并必将对未来几代产生类似的影响”,不过这个评价并非言过其实,因为杨振宁和牛顿爱因斯坦一样,其影响将是巨大而又深远的!
杨振宁的学术成就远不止此,以上只是他最著名几个成就作为案例来说明下杨振宁在科学界的地位,当然我们不了解也没关系,这和咱日常生活大都连半毛钱关系都没有,但一旦我们了解了,很明显将对我们的世界观产生重大影响,您将认识到一个完全不同的科学世界!
为什么大家平时只提杨振宁,不提李政道?
杨振宁的成就及其贡献有非对角长程序、玻色子多体问题、杨—Baxter方程、1维δ函数排斥势中的玻色子在有限温度的严格解、超导体磁通量子化的理论解释。
1、非对角长程序
1962年,杨振宁提出“非对角长程序(off-di-agonallong-rangeorder)”的概念,从而统一刻画超流和超导的本质,同时也深入探讨了磁通量子化的根源。这是当代凝聚态物理的一个关键概念。
1989到1990年,杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态,并和张首晟发现了它的SO(4)对称性。
2、玻色子多体问题
起源于对液氦超流的兴趣,杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。首先,他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文,将赝势法用到该领域。
在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间,杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正,然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。
他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项,但当时无法得到实验验证。不过,这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。
3、杨—Baxter方程
20世纪60年代,寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年,杨振宁发现1维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程,后被称为杨—Baxter方程。
1967年,杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章,进一步探讨了此问题的S矩阵。后来人们发现杨—Baxter方程在数学和物理中都是极重要的方程,与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。
杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要,而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。
4、1维δ函数排斥势中的玻色子在有限温度的严格解
1969年,杨振宁和杨振平将1维δ函数排斥势中的玻色子问题推进到有限温度。这是历史上首次得到的有相互作用的量子统计模型在有限温度(T>0)的严格解,这个模型和结果后来在冷原子系统中得到实验实现和验证。
5、超导体磁通量子化的理论解释
1961年,通过和Fairbank实验组的密切交流,杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化,证明了电子配对即可导致观测到的现象,澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理,并纠正了London推理的错误。
在这个工作中,杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。
人物评价:
杨振宁先生是中美关系松动后回中国探访的第一位华裔科学家,积极推动中美文化交流和中美人民互相了解,在促进中美两国建交、中美人才交流和科技合作等方面作出重大贡献。
杨振宁先生是当今在世的最伟大的物理学家,在世界科学领域享有崇高的荣誉;是因为先生怀有深深的爱国情怀,虽身居海外多年,但始终心系祖国;是因为先生具有高瞻远瞩的战略眼光和实事求是的科学精神;是因为先生身体力行、呕心沥血为国家培养、延揽了大批人才。
杨振宁先生始终心系祖国物理学发展,积极组织和推动中国物理学会的对外交流和合作。杨先生不仅取得了“制天命而用之”的卓越学术成就,而且以知识分子担当传承了父辈的“有生应感国恩宏”,对中国物理学界的发展作出了巨大的贡献。
杨振宁为中国做了什么贡献吗?
杨振宁和李政道曾经合作提出宇称不守恒定律,共同获得1957年诺贝尔物理学奖。获奖时,两人都比较年轻,当时两人被认为世界物理界很有前途的年轻科学家,也是很非常有实力的一个组合。
然而,非常遗憾的是,这个黄金组合最后却不欢而散,主要原因却是因为发表论文时,谁的名字写在前面。两人最后积怨太深,互怼了一辈子。然而,自从两人分开后,大家为什么只提杨振宁,不提李政道呢?
主要原因是杨振宁的名气和成就要比李政道大得多,包括下面四个方面,看完就明白了。
一、杨振宁晚年婚姻影响巨大
说实话,很多不学物理或者并不关心科学的局外人,知道杨振宁可能还是因为杨振宁晚年跟翁帆的婚姻。2004年,82岁的杨振宁与28岁的翁帆结为夫妻,当时过场跨越年龄的婚姻,引起了巨大的轰动,给杨振宁攒足了人气。
二、杨振宁在中西文化交流上贡献要比李政道大
杨振宁跟李政道另一个区别,就是杨振宁本人一直比较活跃,特别是在中西文化交流上,杨振宁是做出过很大贡献的。特别是中美建交初期,杨振宁一直是活跃在双方文化交流各种活动上。对两国文化科技人才交流上,起到了很好的促进作用。
三、杨振宁晚上回国,重回中国国籍
在中美正式建交后,杨振宁后来选择了正式回到国内,回到清华大学任教。同时,还引荐了譬如姚期智这种顶级科学家回国,杨振宁自己也在清华大学担任教授,并为本科生讲授大学物理。
晚年的杨振宁先生,申请重新加入中国国籍,并且申请了中国科学院院士。李政道虽然也多次回国讲学,2006年至今任北京大学高能物理研究中心主任。但目前还是美国国籍。
四、杨振宁学术成就要高于李政道
杨振宁比李政道名气大的另一个原因,也是最重要的原因,那就是杨振宁在世界物理界的学术成就要比李政道高出很多。
很多知道当年是两人合作提出了宇称不守恒定律,这对于李政道来说,可能是他科研事业中的巅峰。而对于杨振宁来说,学术科研仅仅是个开始。杨振宁对世界物理最大的贡献是他后来提出的两个方程,即杨-米尔斯方程和杨-巴克斯特方程,特别是杨-米尔斯方程很多同行给予了特别高的评价,有人说它可以影响世界物理一两百年。
李政道后期在学术上也发表了不少论文,但似乎没有特别突出的成就。两人在后期学术上的差距还是有点大。
当然,很多人也会说李政道和杨振宁最大的区别可能是性格上的区别,李政道低调不擅各类交际,而杨振宁却是一个非常活跃的人,很多场合上都能看到他的身影。
但是,有一点是与性格无关,那就是他们的学术成果。之前《科学》杂志曾经公布近千年影响世界的20名物理学家,杨振宁上榜而没有李政道。为什么会有这么大差距呢?
对于这个问题,杨振宁曾经在给他们二人共同的老师吴大猷先生写的信件中,提到了一句话:”
“政道是一个极聪明的物理学家,吸收能力强,工作十分努力,可是洞察力与数学能力略逊一筹,所以1962年以后文章虽写得很多,没有什么特别重要的成就,没有大影响”。
这是杨振宁在内心对李政道的评价,“人很聪明也很努力,只是洞察力和数学能力要略逊一筹”。
杨振宁的贡献是为中国建立了60多个一流的物理实验室。
包括香港中文大学数学科学研究所、清华大学高等研究中心、南开大学理论物理研究室和中山大学高等学术研究中心等。他以清华大学的名义发表SCI论文30多篇,将冷原子、凝聚态物理科研水平一下子提高了几十年,为我国在世界科学界争得了巨大荣誉。
2004年,82岁的杨振宁还在清华大学开授《普通物理》课,对于提高清华大学学子物理水平具有重要的作用。另外,杨振宁先生的国籍也改回来了中国国籍,并且劝说了姚期智、聂华桐、林家翘等一大批顶尖科学家回国。
人物评价:
杨振宁先生始终心系祖国物理学发展,积极组织和推动中国物理学会的对外交流和合作。杨先生不仅取得了“制天命而用之”的卓越学术成就,而且以知识分子担当传承了父辈的“有生应感国恩宏”,对中国物理学界的发展作出了巨大的贡献。(中国物理学会理事长张杰评)
站在科学和传统的交叉点上,惊才绝艳。你贡献给世界的,如此深奥,懂的人不多。你奉献给祖国的,如此纯真,我们都明白。曾经,你站在世界的前排,现在,你与国家一起向未来。(《感动中国2021年度人物》组委会评)
以上内容参考:网易-“当世最伟大物理学家”杨振宁其实为中国做了很多贡献
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