我们普通人如何理解杨振宁的科学成就？

杨振宁走了，我们必须记住这一点。因为他是一个在物理学史上留下重要印记的人，所以很多人只知道他获得了诺贝尔奖，或者只听说过他和李成道因宇称不守恒获得诺贝尔奖。但事实上，除了宇称不守恒之外，杨振宁还有两部可能改变物理学的重要著作。它们是杨-米尔斯场论和杨-巴克斯特方程。当然，我们普通人想了解所有这些先进的物理学所说的内容。这将帮助你更清楚地理解为什么陈宁阳是中国物理学的骄傲，值得被铭记。 01 宇称不守恒 物理学中有一个重要的概念叫“守恒”。这意味着尽管自然表面上很复杂，但其背后的一些基本量是恒定的。例如，在16、17世纪，莱布尼茨相信，因为自然的“生命力”（类似于我们所认为的）今天称为动能）是守恒的。笛卡尔认为冲动本质上是守恒的。 19世纪，德国医生冯迈耶在临床观察中总结了热与机械功（力）之间的关系，提出它们本质上是相同的：不同形式的能量。此后不久，物理学家焦耳证明重力势能可以转化为摩擦产生的热能。这再次证实了迈耶关于“能量有多种形式”的说法，并为能量守恒提供了进一步的证据。 1847年，亥姆霍兹发表了一篇题为《论力守恒定律》的文章，系统地阐述了能量既不能被创造，也不能被消灭，而只能从一种形式转化为另一种形式，明确指出了自然界能量守恒定律的普遍性。当各种守恒定律，如动量、能量和电荷等从e中被提出后19世纪初期到20世纪，科学家发现其背后有一个更基本的概念：对称性。这个概念由 Amy Neether 提出，可以表示为连续对称性和守恒定律之间的一一对应关系。例如，能量守恒代表时间变换的不变性。换句话说，这个物理定律无论过去、现在还是未来都不会改变。简单地说，物理定律实际上是自然的数学定律。这些数学定律使科学家不仅可以预测未来，还可以预测过去。直到有一天，介子 k 的替代者出现。当物理学家第一次发现它时，他们相信有两种类型的“k介子”。一种衰变成两个粒子，另一种衰变成三个粒子。因此，他们将这两类“k介子”分别命名为theta粒子和tau粒子。但与此同时，科学家们也觉得有些不对劲。我们测量了eta 和 tau 粒子，发现它们在质量、寿命和电荷方面完全相同。也就是说，我们可以从衰变产物中推断出衰变前是θ粒子还是τ粒子，但我们无法直接判断“kaon”未来是否会衰变成两个或三个粒子。这也意味着“k介子”不是空间对称的，这显然违反了当时科学家坚信的宇称守恒定律。当时，当几乎所有科学家都认为物理学中的各种守恒定律都是铁律时，杨振宁和李政道在1956年10月的第一个.ips发表了他们关于弱相互作用中宇称不守恒的观点，并通过实验验证了这一点。 物理学家吴建雄并最终登上了1957年诺贝尔物理学奖的领奖台。这也是人类历史上第一次宇宙显得不完美。 02 Jan-Mills 场论 下理解 Jan-Mills 场论，首先要知道什么是“场”。作为科学巨人，牛顿当然解释了许多物理现象，但有一件事仍然无法解释。它是关于使用什么介质来传播物体之间的吸引力。会是长途行动吗？这个问题为“领域”未来的发展埋下了伏笔。 18 世纪末和 19 世纪初，物理学家开始通过电和磁研究远距离效应。直到法拉第出现，他才提出了我们今天所知的电磁场的概念。也就是说，在空气中。看似正在发生的力并不是在远处起作用，而是由看不见的“场”引起的。与电磁场相对应的“量子场”到底是什么？现在水面平静，可以想象它就像一片田野。扔一块石头会产生波浪。根据粒子的波粒二象性，它对应于颗粒的产生。因此，我们可以说场比粒子更基本。众所周知，更基本的原理总是可以用来解释更复杂的现象。例如，重力可以用来解释行星的运动或潮汐现象，而比粒子更基本的场可以用来解释微小粒子的物理定律。因此，传递电磁力的光子、弱相互作用的介子、强相互作用的胶子等，它们可能具有由其相应的量子场描述的物理定律。描述这类物理定律的特定数学形式是群论（没关系，你不需要了解群论是什么；只需知道它是研究对称性并将其与物理世界进行对比的数学规则）。正如牛顿统一了天空和地下的运动定律，麦克斯韦统一了电磁学理论，是否存在有什么理论可以统一微观世界的量子场？是的，这就是杨-米尔斯场论。这不仅是集电磁力、弱力、强力于一体的理论核心，也是粒子物理标准模型的理论基础。他的工作可与牛顿和麦克斯韦相媲美。太酷了，我不得不抱怨标准模型公式实际上是世界上第二丑的公式： 03 Young-Baxter 方程 我们都听说过一本叫做“三体问题”的小说。这部小说的名字来源于一个非常经典的三体物理问题。它是研究具有任意质量、初始位置和初始速度（可以视为质点）的三个天体在相互引力作用下的运动规律。量子世界面临着类似的三体问题，但量子力学本身就足够复杂，其解决方案比三体问题复杂得多。f 经典物理学。杨振宁在思考一维量子多体问题时，得到了一个可解的矩阵方程，后来称为杨-巴克斯特方程。怎么样，简？简单地理解巴克斯特方程的力量怎么样？我们知道，在数学上很容易表达直线方程，但是如果你在一张纸上随机画一条线会发生什么？它的哑光形状数学可以如此复杂，甚至无法精确求解，只能近似。同样的事情也发生在量子世界和统计物理学中，其中出现了许多复杂的系统。对于物理学家和数学家来说，这些复杂的系统并不是完全无规则的。例如，您可以全面分析一些复杂模型的动态行为。那么我们如何找到这些模型呢？答案是满足 Yang-Baxter 方程的模型。无论它们多么复杂，它们都是存在的，我们可以理解它们。杨-巴克斯特方程的能力解决复杂问题的能力将为未来科学家提供解决量子信息、量子计算、拓扑物理、凝聚态物理等领域复杂问题的钥匙。这一切都与杨-巴克斯特方程的发展密不可分。 04 改变物理学家的思维方式 对称性和物理学的现代表达并不是杨振宁提出的，但他一直是这一想法的热情支持者。从某种意义上说，非宇称守恒和杨-米尔斯场的天才思想是杨振宁对对称性深入思考的结果。正当大家都认为宇宙是高度对称的时候，杨振宁和李政道却一击打中了大家，透露出我们的宇宙在某些地方可能是稍微不对称的。杨振宁曾经给我讲过一个有趣的故事。她（指吴健雄）表示，她根本不相信平价不成立，所以她愿意在别人身上赌多少，并且吴健雄的实验一定能证明宇称确实成立。随后，在得知没有采取任何保护措施后，他说道：“幸好没有人跟我打赌，不然我今天就不会输这么多钱了。现在我失去了一些威望，但我还有足够的名誉可以失去。”对称性在物理学中的重要性在1957年、1958年、19年就被揭示出来了。这就是为什么它在59年的两年达到顶峰，我们知道对称性并不是那么简单。对称性和小的不对称性常常同时存在。是的，杨振宁的思想让当时的物理学家真正认识到对称性在物理学中的重要性，这将使他们在未来能够发现对称性破缺，发现宇宙更深层次的奥秘。杨振宁走了，我感到非常难过。大多数物理学家可以追求其他成就而不是获得诺贝尔奖。它是给一个公式或理论命名。杨振宁两者都做到了。当然，作为一个曾经经历过的人杨振宁一生致力于物理学，至今仍取得许多成就。我们只是对最有代表性、最能代表他们水平的三个领域做了一个快速的科学扩展。牛顿名著《自然哲学的数学原理》第三卷序言中有这样几行：“我现在希望呈现世界体系的框架”和“仍然需要从头开始呈现世界体系”。这是同样的原理。 “物理学是最令人震惊的语言，它的存在意味着人类不满足于生活在黑暗和混乱中，而必须始终寻求一切背后的真相。在中国五千年里，杨振宁是对物理学做出最大贡献的中国人。我们祈祷杨振宁的灵魂安息，愿他的智慧和品格像一颗星星一样闪耀在世界上。”
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