在2018年霍金逝世之前,每當提及在世的最偉大物理學家,很多人可能會想到霍金。但事實上,霍金被人熟知,更多的是因為他是一位身殘志堅的物理學家、宇宙學家。
當然,霍金在物理學和宇宙學上也取得了一些成就,主要涉及到廣義相對論,都與黑洞的研究有關,一個是霍金輻射,還有一個是彭羅斯-霍金奇點定理。雖然黑洞的存在已經在2019年已經得到直接的證實,但霍金的研究還沒有得到觀測資料的證實,所以霍金在生前一直沒有獲得過諾貝爾物理學獎。
如果要說當今在世的泰斗級物理學家是哪位,當屬中國的物理學家楊振寧。他不僅是當今中國物理學界的泰斗,而且還是當今世界成就最高的物理學家,完全不需要加上“之一”。此外,楊振寧還能排進人類史上最偉大的物理學家行列,他在《自然》(Nature)雜誌給出的排名中位列前20名。
那麼,楊振寧有什麼超越大多數物理學家的巨大成就呢?
首先,楊振寧在年僅35歲就拿到了諾貝爾物理學獎。他與李政道共同提出了宇稱不守恆原理,打破了物理學家對於物理定律對稱性的固有認識。在這個假說提出之後的第二年,就被吳健雄等物理學家所做的實驗相繼證實,從而讓楊振寧共同獲得了當年的諾貝爾物理學獎。
雖然諾貝爾獎級別的成就已經非常高了,但楊振寧還取得過這比這更高的成就——楊-米爾斯理論,這項工作深刻地影響了20世紀後半葉物理學的發展,為了後來的物理學研究指明了方向。
那麼,為什麼楊-米爾斯理論的評價會這麼高呢?
這就不得不說到愛因斯坦為之奮鬥一生而無法完成的大統一理論。愛因斯坦統一時間和空間,相繼創立了狹義和廣義相對論。與牛頓的萬有引力定律相比,廣義相對論對引力有了更為深刻的描述。
在愛因斯坦那個時代,人們意識到,自然界中的所有相互作用都可以歸結為兩大基本作用——電磁力和引力。電磁力可以通過麥克斯韋電磁場方程組進行很好地描述。但愛因斯坦認為,電磁力和引力應該可以由同一個理論來描述,這就是大統一理論。但愛因斯坦經過數十年的探索,大統一理論始終沒有取得突破。
此後,物理學家又相繼發現了兩種作用於微觀粒子的基本力——弱核力以及強核力。也就是說,為了實現大統一理論,必須要把四種基本力結合在一起。
愛因斯坦最終沒能統一電磁力和引力,鑑於此,物理學家先從統一其他基本力開始。為了解釋強核力,楊振寧提出了楊-米爾斯理論。在此基礎上,弱核力和電磁力先被納入到統一框架中,由此得到電弱統一理論。此後,強核力也被納入其中,由此得到粒子物理標準模型。
粒子物理標準模型可謂是現代物理學的掌上明珠,它是經受住嚴苛實驗驗證的最高物理學成就,儘管目前的完成度只有75%。粒子加速器中發生的事情都在標準模型的預料之中,而且標準模型還能預言此前未知的希格斯玻色子,這種粒子的存在最終也得到了實驗的證實。
因此,楊振寧對現代物理學做出了巨大的貢獻,他的成就可以比肩過往很多的偉大物理學家。在目前的物理學家中,楊振寧是當之無愧的泰斗。