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理論物理學領域的歷史地位
楊振寧在理論物理學領域的貢獻是十分傑出的,可以說他的成就是華人在理論物理學領域的最大成就。
(可能有人要槓,說錢學森,鄧稼先等人呢?我這裡要強調一下,這些科學家都特別的偉大,是我們的國家科學事業的貢獻都是十分巨大的。但是錢學森和鄧稼先的傑出貢獻都在應用物理學領域,而不是純理論方向的研究,這兩者不能混為一談。因此,他們並不能說是在理論物理學領域有傑出貢獻。)
不過,我們客觀地評價,放眼整個理論物理學的歷史,有三個大神級的存在,那就是牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦。他們透過自己一個人的努力就搭建了一個理論體系。所以,這三位大神是毋庸置疑的物理學史上的科學家當中的第一梯隊。那楊振寧呢?
他其實就在第二梯隊當中,這個梯隊也有很多我們熟知的科學家,量子學派的科學家們,比如:波爾、海森堡、狄拉克、薛定諤等人。下圖中,除了愛因斯坦之外,有相當一部分的人都在第二梯隊。
除了量子力學的奠基人們,還有粒子物理標準模型的一批創立者們,比如:費米(這位仁兄其實兩頭佔,量子力學也有他的份)、希格斯、溫伯格、費曼、蓋爾曼,當然還有楊振寧,他在其中的貢獻是不容忽視的,而且起到了很決定性的作用。除此之外,在這個梯隊應該還有一些細分學科的創立者,比如:玻爾茲曼等人。
至於,第二梯隊到底誰靠前,誰靠後,我們覺得仁者見仁,智者見智,每個人的評判標準都不太一樣,爭也爭不出結果。我就說說個人的觀點,我認為,楊振寧大概可以躋身第二梯隊的前十順位。前面可能會有波爾、費米、海森堡、伽利略等人。(僅為個人觀點)
學術成就那為什麼楊振寧會有如此高的歷史地位呢?
其實這和他傑出的科學成就有關,他在理論物理學領域算得上傑出的科學成果大概有十多個,主要集中在統計力學,凝聚態物理、粒子物理、場論。這也是為什麼楊振寧到了清華大學之後,清華在這幾個領域尤其是統計力學和凝聚態物理幾乎躋身了世界最前列的原因。
楊振寧最傑出的科學成就是楊米爾斯理論,這是他和米爾斯做出來的理論。那什麼是楊米爾斯理論呢?
理論物理學家一直以來都有一個偉大的夢想,那就是大一統理論。他們做的事情其實就是“統一”的事情,牛頓就是統一了天上和地上的物理學;麥克斯韋統一了電和磁;愛因斯坦統一了時間和空間,質量和能量。所以,科學家就一直在思考是不是可以用一個理論把所有的物理現象都給解釋了。而物質和物質之間會發生相互作用的。所以,一直以來的理論就是在合理解釋相互作用。在宇宙中,目前已知的存在四種作用。
也就是說,按照目前的認知,只要統一了這四種作用就是完成大一統理論。而粒子物理標準模型實現了強力、弱力和電磁力的統一,不過,引力至今沒辦法納入進來,但這也是目前人類最接近大一統理論的理論。(這裡的範圍特指的是已經被主流科學界所接受,並且能夠被實驗證明的理論)
其中楊米爾斯理論就是粒子物理標準模型的骨架理論,由此可見其重要程度。有五位科學家因為利用楊米爾斯理論裡解決強力的機制而獲得了諾貝爾獎。(分兩次發的,一次2位,一次3位。)
而楊振寧拿諾獎的理論是宇稱不守恆,這有什麼用呢?
其實科學家在這個理論和實驗證實之前,一直都認為宇稱守恆,這個堅信的程度就類似於1+1=2一樣,以至於科學家在解決弱力時,一直摸不著頭腦,得不到什麼實質性的進展。後來,楊振寧和李政道提出宇稱不守恆後,由吳健雄等實驗物理學家完成了相關實驗。
第二年,楊振寧和李政道就獲得了諾貝爾獎,這個獲獎之快,足以說明這個發現的重要性。
宇宙不守恆打開了一直無法攻克弱力的局面,科學家就是在楊米爾斯理論的基礎上做出了弱電統一理論。所以,楊振寧對於粒子物理標準模型的建立做出了巨大的貢獻。
以上只是楊振寧的兩個科學成就,除此之外,比如:楊巴斯特方程也是極其重要的,在這裡就不贅述了。正是基於這些科學成就,使得他可以躋身到傑出的理論物理學家行列當中。當然,也有人拿他和第一梯隊的三位科學家並列,個人認為這有點過了,因為楊振寧並不是一個人創立了粒子物理學標準模型,粒子物理標準模型是一群科學家共同努力的結果。所以,他並沒有做到以一人之力完成一個重大理論,也就不可能能和牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦並列。但這並不阻礙楊振寧被認為是愛因斯坦之後最偉大的科學家之一。
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楊振寧毫無疑問是全世界最偉大的科學家之一,他是當今物理學界泰斗級人物。那麼,楊振寧在物理學領域有過哪些重要貢獻呢?他在人類史上最偉大的物理學家中能夠排上名號嗎?
宇稱不守恆原理一直以來,物理學家認為宇稱守恆定律始終是成立的。但θ-τ的衰變似乎打破了這個定律,對此,楊振寧和李政道共同提出,宇稱守恆定律在弱相互作用中會被打破。很多物理學家不相信宇宙是不守恆的,泡利也是這樣堅信,他表示“上帝不會是個左撇子”。
然而,就在次年,吳健雄的實驗沒有得到對稱結果,這證實了宇稱不守恆原理成立。從此之後,人們開始認識到物理定律並不是完全對稱的。宇稱破缺的發現,成為後來物理學家建立粒子物理標準模型的一個基礎。由於這個重大突破,宇稱不守恆原理被證明的那一年,楊振寧和李政道就被授予諾貝爾物理學獎。
楊-米爾斯理論另一方面,楊振寧最重要的成就其實是未獲得諾獎的楊-米爾斯理論,這就如同愛因斯坦沒有因為相對論而獲得諾獎那樣。楊-米爾斯理論在現代物理學中有著舉足輕重的作用,該理論深刻地影響了20世紀中葉以後物理學的發展。
在19世紀,麥克斯韋認識到電學和磁學在本質上是相同的東西,他創立了電磁學,這是物理學上的第一次統一。進入20世紀之後,物理學家發現了除了引力和電磁力之外的另外兩種基本力——弱核力和強核力。物理學家希望,就像電磁場方程組能夠統一電力和磁力那樣,一個大統一理論就能描述所有的四種基本力。
愛因斯坦在創立廣義相對論之後,試圖把引力和電磁力統一在一起。但直到他去世,這項工作都沒能完成。
直到1954年,愛因斯坦去世的前一年,楊-米爾斯理論的提出為大統一理論指明瞭方向。基於楊-米爾斯理論,物理學家統一了電磁力和弱核力,創立了電弱統一理論。在溫度極高的早期宇宙中,電磁力和弱核力是統一的電弱力。以此為基礎,粒子物理標準模型又把強核力統一進去。也就是說,在楊-米爾斯理論的框架下,除了引力之外的三種基本力已經得到統一。
除此之外,楊振寧還在統計力學、凝聚態物理學方面取得過突出貢獻,有些甚至也是諾獎級的,比如楊-巴克斯特方程,這是楊振寧的第三大物理學成就。正因為楊振寧在物理學中做出了諸多開創性的貢獻,他被公認為一代物理學大師,當今第一,足以躋身史上最偉大物理學家的前20名。