都說楊振寧是目前頂級的科學(xué)家,那他有哪些偉大成就?
楊振寧有多少偉大成就?
只能說,你不了解楊振寧,永遠(yuǎn)都不知道他有多牛,舉個例子,楊振寧35歲就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎,而愛因斯坦獲得諾貝爾物理學(xué)獎時42歲。
他研發(fā)出的“楊-米爾斯方程”是現(xiàn)代規(guī)范場理論的基礎(chǔ),被公認(rèn)為是20世紀(jì)下半葉最重要的物理理論,7個人因這個理論獲得諾貝爾物理獎,6個人研究這個方程后,也獲得了菲爾茲獎(最高數(shù)學(xué)獎)。
下面一起來看看,楊振寧先生的偉大成就。
簡單了解下楊振寧的過往1922年,楊振寧出生于安徽合肥三河鎮(zhèn),父親是我國現(xiàn)代數(shù)論和代數(shù)學(xué)教學(xué)與研究的先行者。
4歲時,楊振寧就能輕松認(rèn)識3000多個漢字,高二參加大學(xué)考試,20歲就從西南大學(xué)畢業(yè)。
1945年,楊振寧前往美國深造,起初的領(lǐng)域?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)研究,但苦于動手能力較弱,實(shí)驗(yàn)總是不太順利,甚至發(fā)生了多次爆炸。
眼看實(shí)驗(yàn)物理前途渺茫,楊振寧便開始研究理論物理,并且跟隨“氫彈之父”愛德華泰勒學(xué)習(xí)知識。
楊振寧在完成論文后就前往普林斯頓高等研究院進(jìn)行博士后研究工作,這里除了有多位著名物理學(xué)家之外,還有他的一生所愛。
有次在威瑟斯彭街御茶園餐廳吃飯,楊振寧偶然間邂逅了曾經(jīng)的學(xué)生杜致禮,因?yàn)橐灰妰A心,所以楊振寧留在了普林斯頓,后來在這里也結(jié)實(shí)了李政道。
楊振寧和李政道十分投緣,二人很快就展開了合作,并且提出強(qiáng)相互作用和弱相互作用不是鏡像對稱的。
1956年發(fā)表的論文,1957年就獲得了諾貝爾物理獎,此時的楊振寧才35歲。
之后楊振寧在理論物理領(lǐng)域不斷研究,同樣研究出了諸多物理碩果。
楊振寧在物理領(lǐng)域有什么偉大成就?2000年,《nature》評選影響世界最大的20位科學(xué)家,楊振寧就在其中,也是唯一在世的一位。
他的主要研究領(lǐng)域分為四大類,榮獲十三項(xiàng) “諾獎級別” 的成果,詳情可看下圖,下面主要講一講意義非凡的“宇稱不守恒理論”和“楊-米爾斯方程”。
“宇稱不守恒理論”
當(dāng)時物理界認(rèn)為,宇宙中存在四種基本相互作用,既然引力和電磁力是鏡像對稱的,那么強(qiáng)相互作用和弱相互作用應(yīng)該也是鏡像對稱的。
這就好比,你在照鏡子時,右手捋了捋頭發(fā),鏡子里的你也會“做”一樣的動作,這就是宇稱守恒定律,此定律是物理界最基礎(chǔ)的定律之一。
本來?xiàng)钫駥幰舱J(rèn)為是這樣,沒有人會去懷疑一個最基礎(chǔ)的理論,就像1+1=2一樣,楊振寧相信歸相信,但他還是想探究一下。
很快,他和李政道就開始做相關(guān)實(shí)驗(yàn),結(jié)果他們驚訝的發(fā)現(xiàn),在眾多其他科學(xué)家做過的β衰變實(shí)驗(yàn)中,并沒有直接證據(jù),能證明弱相互作用滿足宇稱守恒定律!
本來兩人是想做個實(shí)驗(yàn)來證明,結(jié)果可能是因?yàn)閯邮帜芰μ?,?dǎo)致實(shí)驗(yàn)頻頻失敗,最后只能把相關(guān)理論分析寫進(jìn)論文中。
論文一經(jīng)發(fā)布,楊振寧和李政道就遭到了當(dāng)時物理界諸多大神的嘲笑,但在一片笑聲中,卻有一位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家在認(rèn)真思考這事,她就是被稱為“東方居里夫人”、“核物理女王”的美籍華裔物理學(xué)家吳健雄。
吳健雄將兩個初態(tài)一致的鈷60裝置產(chǎn)生反方向極化,結(jié)果驚訝的發(fā)現(xiàn),電子竟然一個朝上,一個朝下!
也就是說,在弱相互作用中,守稱不守恒,楊振寧和李政道的理論是對的!
1956年10月1日,楊振寧和李政道發(fā)表論文,1957年,兩人就獲得了諾貝爾物理獎。
“楊-米爾斯方程”
以前大家推理的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn),而愛因斯坦覺得,真正復(fù)雜的公式,反而是先有假設(shè)理論,后有實(shí)驗(yàn)求證。
當(dāng)時,愛因斯坦這種觀點(diǎn),遭到了很多物理學(xué)家的嘲笑,不過楊振寧卻十分贊同,而且在愛因斯坦的理論基礎(chǔ)上,要加入對稱性。
只要某種整體對稱性在局域成立,是否就能發(fā)散至整個領(lǐng)域?
1947年,楊振寧開始研究,但前期頻頻失敗,直到1953年,楊振寧在一次和米爾斯的偶然交流中,他的思維突然無比開闊,簡直就是靈光如泉涌。
后來雙方進(jìn)行合作研究,于1954年2月完成相關(guān)論文,同年10月1日發(fā)布于《物理評論》。
同樣,在論文發(fā)表后,此方程也遭到了同行的嘲笑,由于質(zhì)量問題無法解決,大家就把楊-米爾斯理論當(dāng)作一個“廢理論”來看待。
1965年,彼特·希格斯驚訝的發(fā)現(xiàn),楊-米爾斯理論可以在自發(fā)對稱破缺時獲得質(zhì)量,這就像一石激起千層浪似的,大量物理學(xué)家紛紛開始研究楊-米爾斯理論。
楊-米爾斯理論是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ),除引力外的三種都是由楊-米爾斯理論描述的,此后數(shù)十年,有7位物理學(xué)家因“楊-米爾斯規(guī)范場論”預(yù)測的粒子而獲獎,6人因研究此理論榮獲菲爾茲獎(最高數(shù)學(xué)獎)。
楊振寧在物理界的地位非常高,從以下合照就能看出,我們之所以對他不熟悉,是因?yàn)樗难芯砍晒?,跟我們的日常生活基本沒有關(guān)系,課本中也不會提到這么深奧的知識。
楊振寧對中國有什么貢獻(xiàn)?1.他是中美溝通的橋梁
1971年,美國將我國從“禁止前往國家”中去除后,楊振寧便立刻申請回國,回國后,楊振寧向我國聊了很多美國的事情,每過一段時間,他就會回國繼續(xù)分享相關(guān)信息,使我國對美國的了解更加深入,更加全面化,并且推薦了大量科普讀物,讓國內(nèi)人民早一步接收科學(xué)知識的熏陶。
并且楊振寧對我國科研項(xiàng)目還發(fā)表了建設(shè)性看法,當(dāng)時很多科學(xué)家提議建設(shè)粒子加速器,楊振寧知道后極力反對,原因無他,主要是因?yàn)榱W蛹铀倨鞑⒉环闲轮袊膰椤?/p>
造一臺粒子加速器,保守估計(jì)要上千萬美金,而且考慮到科技水平,造出來的水平還是其他強(qiáng)國淘汰下來的檔次,楊振寧覺得這筆錢不應(yīng)該花在粒子加速器上,國家本就不富裕,這筆錢應(yīng)該花在計(jì)算機(jī)、生物等領(lǐng)域。
2.將財(cái)產(chǎn)和收入捐贈給我國教育事業(yè)
20世紀(jì)70年代,楊振寧拒絕了馬里蘭大學(xué)的高薪聘請,并且將自己在美國的房產(chǎn)賣掉,毅然回到國內(nèi),他不僅捐獻(xiàn)了所有財(cái)產(chǎn),還將自己在清華的工資也捐了出來。
不僅如此,他利用資源募集了大量資金,共參與建設(shè)了國內(nèi)60多個頂級物理實(shí)驗(yàn)室,他親自做研究,推動我國物理學(xué)發(fā)展,以82歲的高齡,仍然站在講臺上,給學(xué)生講授基礎(chǔ)物理學(xué)知識,為祖國培養(yǎng)了一批又一批的人才。
這樣一位偉大的科學(xué)家,值得被敬重,希望大家少討論些楊振寧老先生的生活,多關(guān)注些他為國家做出的杰出貢獻(xiàn)。
——END——
楊振寧是因弱相互作用下宇稱不守恒而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎,宇稱不守恒影響對物理學(xué)產(chǎn)生了重大影響,所以楊振寧和李政道的宇稱不守恒設(shè)想獲得實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后,當(dāng)年就獲得了諾貝爾獎。這個獲獎速度在100多年諾貝爾獎史上是空前絕后的,足以見得這項(xiàng)成就的重大。
弱相互作用下宇稱不守恒并不是楊振寧的最大科學(xué)貢獻(xiàn),楊振寧之所以偉大是因?yàn)樗臈?米爾斯方程。楊-米爾斯理論對絕大多數(shù)人來說非常的遙遠(yuǎn),很少能夠看到介紹這個理論的文章,因?yàn)檫@個理論太偉大了,要介紹這個理論需要上升到能夠看到幾乎整個物理學(xué)的高度。類比一下,若是給公眾科普黑洞,只需要物理學(xué)的少部分概念即可。
說楊振寧偉大,首先需要明白為什么牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦是偉大的。牛頓是他那個時代物理學(xué)的集大成者,天上物體的運(yùn)動和地上物體的運(yùn)動都可以用牛頓給出的幾個簡單優(yōu)美的公式描繪出來。物理學(xué)就是要用盡可能少的公式涵蓋更廣泛的現(xiàn)象,牛頓統(tǒng)一了天上的力和地上的力,這是物理學(xué)史上的第一次大統(tǒng)一。
牛頓之后,電、磁、光的錯綜復(fù)雜亂象被麥克斯韋用四個方程理清了,麥克斯韋統(tǒng)一了電、磁、光,可以解釋當(dāng)時已知的所有電磁問題,包括我們熟悉的彈力、摩擦力,其背后的根源也是電磁相互作用。
麥克斯韋方程組是偉大的,可是這個方程組居然在伽利略變換下不協(xié)變,用麥克斯韋方程組得出的光速居然看不到是相對于哪個參考系的。愛因斯坦出馬解決了這個問題,那就是愛因斯坦的狹義相對論。
狹義相對論給出了牛頓力學(xué)的適用范圍,也確立了麥克斯韋方程組的正確性。不過還有一件頭疼的事情沒有得到解決,那就是萬有引力問題。愛因斯坦又用了十年的時間給出了廣義相對論,至此萬有引力問題告一段落。
萬有引力問題解決后,愛因斯坦沒有停歇,因?yàn)樗吹搅宋锢砻媲暗囊粋€新的大問題,那就是萬有引力與電磁相互作用力的統(tǒng)一。愛因斯坦在晚年時期將大量的精力投入到統(tǒng)一萬有引力和電磁相互作用的工作上,不過他沒有成功。并且,人們還在原子核內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了另外兩種相互作用——弱相互作用和強(qiáng)相互作用,在當(dāng)時,科學(xué)家甚至還不知道強(qiáng)相互作用和弱相互作用該如何描述。
這時候楊振寧用他的理論指引了方向。1954年,楊振寧發(fā)表了他的楊-米爾斯規(guī)范場論,這個理論沒有直接給出如何描述相互作用,蓋爾曼、溫伯格等幾位非常杰出的科學(xué)家用這套理論做框架給出了描述強(qiáng)相互作用的量子色動力學(xué)以及弱電統(tǒng)一理論(弱相互作用和電磁相互作用的統(tǒng)一)。至此可以看到,四種相互作用中的電磁相互作用、弱相互作用、強(qiáng)相互作用都是在楊振寧的規(guī)范場理論框架下完成的。
1994年,楊振寧因規(guī)范場理論獲得了鮑爾獎。授獎詞中稱贊楊振寧的工作排在了牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦的工作之列。楊振寧雖然不能和他們一樣偉大,但配得上鮑爾獎的評價,他是愛因斯坦之后最杰出的幾位物理學(xué)家之一,也是當(dāng)今在世的最偉大的物理學(xué)家,沒有之一。
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