都说杨振宁是目前顶级的科学家,那他有哪些伟大成就?
杨振宁有多少伟大成就?
只能说,你不了解杨振宁,永远都不知道他有多牛,举个例子,杨振宁35岁就获得了诺贝尔物理学奖,而爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖时42岁。
他研发出的“杨-米尔斯方程”是现代规范场理论的基础,被公认为是20世纪下半叶最重要的物理理论,7个人因这个理论获得诺贝尔物理奖,6个人研究这个方程后,也获得了菲尔兹奖(最高数学奖)。
下面一起来看看,杨振宁先生的伟大成就。
简单了解下杨振宁的过往
1922年,杨振宁出生于安徽合肥三河镇,父亲是我国现代数论和代数学教学与研究的先行者。
4岁时,杨振宁就能轻松认识3000多个汉字,高二参加大学考试,20岁就从西南大学毕业。
1945年,杨振宁前往美国深造,起初的领域为物理实验研究,但苦于动手能力较弱,实验总是不太顺利,甚至发生了多次爆炸。
眼看实验物理前途渺茫,杨振宁便开始研究理论物理,并且跟随“氢弹之父”爱德华泰勒学习知识。
杨振宁在完成论文后就前往普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作,这里除了有多位著名物理学家之外,还有他的一生所爱。
有次在威瑟斯彭街御茶园餐厅吃饭,杨振宁偶然间邂逅了曾经的学生杜致礼,因为一见倾心,所以杨振宁留在了普林斯顿,后来在这里也结实了李政道。
杨振宁和李政道十分投缘,二人很快就展开了合作,并且提出强相互作用和弱相互作用不是镜像对称的。
1956年发表的论文,1957年就获得了诺贝尔物理奖,此时的杨振宁才35岁。
之后杨振宁在理论物理领域不断研究,同样研究出了诸多物理硕果。
杨振宁在物理领域有什么伟大成就?
2000年,《nature》评选影响世界最大的20位科学家,杨振宁就在其中,也是唯一在世的一位。
他的主要研究领域分为四大类,荣获十三项 “诺奖级别” 的成果,详情可看下图,下面主要讲一讲意义非凡的“宇称不守恒理论”和“杨-米尔斯方程”。
“宇称不守恒理论”
当时物理界认为,宇宙中存在四种基本相互作用,既然引力和电磁力是镜像对称的,那么强相互作用和弱相互作用应该也是镜像对称的。
这就好比,你在照镜子时,右手捋了捋头发,镜子里的你也会“做”一样的动作,这就是宇称守恒定律,此定律是物理界最基础的定律之一。
本来杨振宁也认为是这样,没有人会去怀疑一个最基础的理论,就像1+1=2一样,杨振宁相信归相信,但他还是想探究一下。
很快,他和李政道就开始做相关实验,结果他们惊讶的发现,在众多其他科学家做过的β衰变实验中,并没有直接证据,能证明弱相互作用满足宇称守恒定律!
本来两人是想做个实验来证明,结果可能是因为动手能力太差,导致实验频频失败,最后只能把相关理论分析写进论文中。
论文一经发布,杨振宁和李政道就遭到了当时物理界诸多大神的嘲笑,但在一片笑声中,却有一位实验物理学家在认真思考这事,她就是被称为“东方居里夫人”、“核物理女王”的美籍华裔物理学家吴健雄。
吴健雄将两个初态一致的钴60装置产生反方向极化,结果惊讶的发现,电子竟然一个朝上,一个朝下!
也就是说,在弱相互作用中,守称不守恒,杨振宁和李政道的理论是对的!
1956年10月1日,杨振宁和李政道发表论文,1957年,两人就获得了诺贝尔物理奖。
“杨-米尔斯方程”
以前大家推理的基础是实验,而爱因斯坦觉得,真正复杂的公式,反而是先有假设理论,后有实验求证。
当时,爱因斯坦这种观点,遭到了很多物理学家的嘲笑,不过杨振宁却十分赞同,而且在爱因斯坦的理论基础上,要加入对称性。
只要某种整体对称性在局域成立,是否就能发散至整个领域?
1947年,杨振宁开始研究,但前期频频失败,直到1953年,杨振宁在一次和米尔斯的偶然交流中,他的思维突然无比开阔,简直就是灵光如泉涌。
后来双方进行合作研究,于1954年2月完成相关论文,同年10月1日发布于《物理评论》。
同样,在论文发表后,此方程也遭到了同行的嘲笑,由于质量问题无法解决,大家就把杨-米尔斯理论当作一个“废理论”来看待。
1965年,彼特·希格斯惊讶的发现,杨-米尔斯理论可以在自发对称破缺时获得质量,这就像一石激起千层浪似的,大量物理学家纷纷开始研究杨-米尔斯理论。
杨-米尔斯理论是粒子物理学标准模型的基础,除引力外的三种都是由杨-米尔斯理论描述的,此后数十年,有7位物理学家因“杨-米尔斯规范场论”预测的粒子而获奖,6人因研究此理论荣获菲尔兹奖(最高数学奖)。
杨振宁在物理界的地位非常高,从以下合照就能看出,我们之所以对他不熟悉,是因为他的研究成果,跟我们的日常生活基本没有关系,课本中也不会提到这么深奥的知识。
杨振宁对中国有什么贡献?
1.他是中美沟通的桥梁
1971年,美国将我国从“禁止前往国家”中去除后,杨振宁便立刻申请回国,回国后,杨振宁向我国聊了很多美国的事情,每过一段时间,他就会回国继续分享相关信息,使我国对美国的了解更加深入,更加全面化,并且推荐了大量科普读物,让国内人民早一步接收科学知识的熏陶。
并且杨振宁对我国科研项目还发表了建设性看法,当时很多科学家提议建设粒子加速器,杨振宁知道后极力反对,原因无他,主要是因为粒子加速器并不符合新中国的国情。
造一台粒子加速器,保守估计要上千万美金,而且考虑到科技水平,造出来的水平还是其他强国淘汰下来的档次,杨振宁觉得这笔钱不应该花在粒子加速器上,国家本就不富裕,这笔钱应该花在计算机、生物等领域。
2.将财产和收入捐赠给我国教育事业
20世纪70年代,杨振宁拒绝了马里兰大学的高薪聘请,并且将自己在美国的房产卖掉,毅然回到国内,他不仅捐献了所有财产,还将自己在清华的工资也捐了出来。
不仅如此,他利用资源募集了大量资金,共参与建设了国内60多个顶级物理实验室,他亲自做研究,推动我国物理学发展,以82岁的高龄,仍然站在讲台上,给学生讲授基础物理学知识,为祖国培养了一批又一批的人才。
这样一位伟大的科学家,值得被敬重,希望大家少讨论些杨振宁老先生的生活,多关注些他为国家做出的杰出贡献。
——END——
杨振宁是因弱相互作用下宇称不守恒而获得了诺贝尔物理学奖,宇称不守恒影响对物理学产生了重大影响,所以杨振宁和李政道的宇称不守恒设想获得实验验证后,当年就获得了诺贝尔奖。这个获奖速度在100多年诺贝尔奖史上是空前绝后的,足以见得这项成就的重大。
弱相互作用下宇称不守恒并不是杨振宁的最大科学贡献,杨振宁之所以伟大是因为他的杨-米尔斯方程。杨-米尔斯理论对绝大多数人来说非常的遥远,很少能够看到介绍这个理论的文章,因为这个理论太伟大了,要介绍这个理论需要上升到能够看到几乎整个物理学的高度。类比一下,若是给公众科普黑洞,只需要物理学的少部分概念即可。
说杨振宁伟大,首先需要明白为什么牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦是伟大的。牛顿是他那个时代物理学的集大成者,天上物体的运动和地上物体的运动都可以用牛顿给出的几个简单优美的公式描绘出来。物理学就是要用尽可能少的公式涵盖更广泛的现象,牛顿统一了天上的力和地上的力,这是物理学史上的第一次大统一。
牛顿之后,电、磁、光的错综复杂乱象被麦克斯韦用四个方程理清了,麦克斯韦统一了电、磁、光,可以解释当时已知的所有电磁问题,包括我们熟悉的弹力、摩擦力,其背后的根源也是电磁相互作用。
麦克斯韦方程组是伟大的,可是这个方程组居然在伽利略变换下不协变,用麦克斯韦方程组得出的光速居然看不到是相对于哪个参考系的。爱因斯坦出马解决了这个问题,那就是爱因斯坦的狭义相对论。
狭义相对论给出了牛顿力学的适用范围,也确立了麦克斯韦方程组的正确性。不过还有一件头疼的事情没有得到解决,那就是万有引力问题。爱因斯坦又用了十年的时间给出了广义相对论,至此万有引力问题告一段落。
万有引力问题解决后,爱因斯坦没有停歇,因为他看到了物理面前的一个新的大问题,那就是万有引力与电磁相互作用力的统一。爱因斯坦在晚年时期将大量的精力投入到统一万有引力和电磁相互作用的工作上,不过他没有成功。并且,人们还在原子核内部发现了另外两种相互作用——弱相互作用和强相互作用,在当时,科学家甚至还不知道强相互作用和弱相互作用该如何描述。
这时候杨振宁用他的理论指引了方向。1954年,杨振宁发表了他的杨-米尔斯规范场论,这个理论没有直接给出如何描述相互作用,盖尔曼、温伯格等几位非常杰出的科学家用这套理论做框架给出了描述强相互作用的量子色动力学以及弱电统一理论(弱相互作用和电磁相互作用的统一)。至此可以看到,四种相互作用中的电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用都是在杨振宁的规范场理论框架下完成的。
1994年,杨振宁因规范场理论获得了鲍尔奖。授奖词中称赞杨振宁的工作排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。杨振宁虽然不能和他们一样伟大,但配得上鲍尔奖的评价,他是爱因斯坦之后最杰出的几位物理学家之一,也是当今在世的最伟大的物理学家,没有之一。
杨振宁是我国著名的科学家,曾经获得科技界最高的荣誉诺贝尔奖,可以说他能称得上是目前顶级的科学家,在国内乃至整个世界范围内也都具有非常高的名气。
近年来,关于杨振宁的讨论出现了两极化,有人认为杨振宁获得了很高的学术成就,为我国的科技、教育等领域的发展做出了突出的贡献;也有认为杨振宁将最美好的青春奉献给了他国,晚年却又回国占用我国资源,同时还与自己的学生翁帆进行了一场忘年恋,这也成为他具有争议的关键。
杨振宁在1957年因为弱相互作用中宇称不守恒定律,而荣获诺贝尔物理学奖。这也是他在学术领域中取得的最大成就。他凭借自己在科技领域所获得的成就,而得到了很多的荣誉,如今更是众多头衔加身,比如:香港中文大学讲座教授、清华大学教授、美国纽约州立大学石溪分校荣休教授、中国科学院院士、美国国家科学院院士、台湾中央研究院院士、香港科学院名誉院士、俄罗斯科学院院士、英国皇家学会会员等。
说到杨振宁所做出的科技成就,笔者认为还是非常突出的,他在粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域作出了里程碑性贡献,可以说他在物理学领域所做出的贡献还是非常大的,虽然也有不少成绩都是与他人合作而完成的,但这也不能忽视杨振宁在科技领域中所取得的成绩。
1948年,获芝加哥大学哲学博士学位;
20世纪50年代和R.L.米尔斯合作提出非阿贝尔规范场理论;
1955年,任美国普林斯顿高等学术研究所教授;
1956年和李政道合作提出弱相互作用中宇称不守恒定律;
1966年起,任纽约州立大学石溪分校艾伯特·爱因斯坦讲座教授兼理论物理研究所所长;
1971年夏,杨振宁回中国访问,是美籍知名学者访问新中国的第一人。
从杨振宁所获得的部分成绩来看,他在物理学、力学等领域中的成绩斐然。他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了重大贡献。对于杨振宁在各领域中所做出的成绩,我们不能给予否定,还是应该对他给予充分的肯定。在笔者看来,我们在评价杨振宁时,应该从理性、客观的角度来出发,毕竟人无完人,我们不能只关注他的缺点,而对其缺点进行放大,这种做法显然是不合适的。
通俗地来说,杨振宁之于物理的伟大成就,等同于秦始皇统一中国,统一度量衡。
杨振宁是因为弱相互作用下宇称不守恒理论一举获得诺贝尔物理学奖的。然而,这还不是他的最高成就,他还有更多开创性的研究。
比如,相变理论的研究他早了其他同仁十余年之久,在后来引发了爱因斯坦的高度关注。他的杨- Baxter方程,超导体磁通量子化的理论解释,杨- Mills规范场论等诸多理论,在后来的物理学研究中被广泛运用,成了现代物理科学的基础理论。
其中,杨-米尔斯理论是杨振宁最大的贡献,这是现代规范场论和粒子物理标准模型的基础。
物理学家到底在研究什么?
自然界中有各种各样的现象,有跟物体运动相关的,有跟声音、光、热相关的,有跟闪电、磁铁相关的,也有跟放射性相关的等等。物理学家们就是去研究各种现象背后的各种规律,然后得到了大一堆关于力学、声学、光学、热学方面的定律。
但是物理学家们并不满意,因为各种定律太多了!想想看,如果每一种现象都要用一种定律来描述,那就相当于你去买苹果要带一杆秤,去买梨要换一杆秤,去买大米的时候又要换另一杆秤,你得准备多少秤阿。所以物理学家就有一个理想:用更少的定律来描述更多的现象。把一些表面上看起来毫不相关的现象用同一种理论去描述,或者最终用一套理论来描述所有的已知现象。简单来说,物理世界最好也只用一杆秤。
这个事情,本质上来说其实就跟秦始皇要统一六国一样,不允许有各自为政的国家存在,必须让所有人遵守同样的法令,用同样的语言和文字,同样的度量衡,这样麻烦才少。所以物理学家位一直在不孜孜不倦地追求最终的统一之路。
统一,统一,还是统一!
首先,牛顿统一了天上和地上的力。其次,麦克斯韦统一了电、磁、光。
于是,到了19世纪,随着人们对微观世界研究的深入,许多在宏观上风牛马不相及的东西,在微观层面上却很好地统一了起来。比如支持力、弹力、摩擦力之类的东西,在宏观上它们确实是不同的东西,但是到了微观层面,这些乱七八糟的力全都是分子间作用力形成的,而分子间作用力本质上就是电磁力。再深入,这些分子、原子运动的快慢,在宏观层面上居然体现为温度,然后热现象就变成了一种力学现象。所以,到了19世纪末,人类所有已知现象背后的力就都归结为引力和电磁力,其中引力由牛顿的万有引力定律描述,电磁力由麦克斯韦方程组描述。
但是问题也随之出现了,那就是麦克斯韦方程组和牛顿力学这套框架居然是矛盾的,难道是他们谁错了?爱因斯坦老先生研究了一下,说麦克斯韦方程组没毛病,牛顿的力学框架有问题。于是爱因斯坦熬夜升级了一下牛顿的力学的框架,在新框架下跟麦克斯韦方程组就不冲突了,这套升级后的新框架后来有了一个响亮的名字——狭义相对论(我们称新秤)。
让爱因斯坦都头疼的难题
在狭义相对论下,麦克斯韦方程组不用做任何修改就能直接用新秤称。另外,牛顿力学里有些东西虽然不能直接搬过来秤,但是稍微修改一下就可以用新秤称。但也有一类东西,无论怎么改都没办法用新秤称,我们暂时叫它——刺头。
刺头很让人很头痛,不过好在就一个,它就是——引力。牛顿的万有引力定律装在牛顿力学的秤称一点问题没有,但不管怎么改,它就是没办法狭义相对论这杆秤称,那要怎么办呢?于是爱因斯坦另辟蹊径,另外提出了一套新理论来描述引力,这相当于给“引力”单独准备了另一杆秤。结果这套新“引力”理论大获成功,而且爱因斯坦提出这套新理论的方式跟以往的物理学家们提出新理论的方式完全不一样,这种新手法带来梦幻般的成功惊呆了全世界的物理学家,然后爱因斯坦就成了神一般的人物,这套新理论后来也有了一个响亮的名字——广义相对论。
至此,爱因斯坦用狭义相对论安置好了电磁力,用广义相对论驯服了引力之后,接下来要做的事情就很明显了:要统一引力和电磁力,就像当年麦克斯韦统一电、磁、光那样,毕竟用一套理论解释所以的物理现象是物理学家们的终极梦想。
然而,爱因斯坦穷尽他的后半生都没能统一引力和电磁力。不仅如此,随着实验仪器的进步,人们撬开了原子核,在原子核内部又发现了两种新的力:强力和弱力。这下可好,不但没能统一引力和电磁力,居然又冒出来两种新的力。所以,摆在科学家面前的局面又变成了有四种力:引力、电磁力、强力和弱力各自为战,并且强力和弱力都暂时还没有称它的秤,说统一就更谈不到了。
到了这里,杨振宁的杨-米尔斯理论就登场了。
直接说结论:现在强力就是用杨-米尔斯理论描述的,弱力和电磁力现在已经实现了完全的统一,统一之后的电弱力也是用杨-米尔斯理论描述的。也就是说,在四种基本力里,除了引力,其它三种力都是用杨-米尔斯理论描述的,所以你说杨-米尔斯理论有多重要?你说杨振宁的成就有多伟大?
杨振宁是世界上最伟大的物理学家之一
除了上面的贡献,杨振宁在粒子物理学,统计力学和凝聚态物理等领域同样做出了里程碑式的贡献。他甚至提出过其他诸多理论和模型,虽然在当时他提出的很多内容无法用实验来验证正确与否,但随着近些年来科学技术他的越来越多的理论都得到了证实。他的成就足以睥睨世界科学史上任何一位伟大的科学巨匠,人们将他与爱因斯坦并举,说他是在世最伟大的物理学家之一,他是实至名归!
通俗的说,就是他获得了诺贝尔物理学奖。想一下,能获得诺贝尔物理学奖足以证明他的伟大成就了吧。
今天我们不评论杨振宁的私生活,只看他在科学上的贡献。他是因发现宇称不守恒定律而获得的诺贝尔物理学奖,这项工作是他与李政道共同做的。在粒子物理学方面提出杨-巴克斯特方程。把统计力学作为其主要的研究方向,提出杨-Mills规范场论,这些对于我们大众来说可能有点遥远,难以理解,因为杨振宁研究的方向主要偏重于理论物理,我们不懂也很正常了,但是这些理论对于解开许多物理现象或是宇宙奥秘可是有很大作用的,在物理学上的成就也是不容小觑的,所以他获得诺贝尔物理学奖也不是没有道理的。
其实想想杨振宁提出一系列物理学理论与爱因斯坦提出相对论这样的成就是差不多的,虽然他可能还未达到爱因斯坦的高度,但对物理学的贡献也是极大的。
除此之外,他还促进了中外的科技文化交流,可以说为促进中外关系的发展作出了一定的贡献,这一切也都归功于他在国内外的名望,他在八十多岁高龄时还回国内进各大高校进行物理讲学。到2017年,他放弃了外国国籍,正式恢复中国国籍,成为中国科学院院士。
杨振宁在国内不仅积极参加各项学术交流,还培养出了许多高端的科技人才,1986年,杨振宁在南开大学创建了数学研究所理论物理研究室,主要带领他的“弟子们”研究数学物理及其在物理学中的应用,其中就包括他的杨-巴克斯特方程,杨-米尔斯论等等,他培养的学生们有的留在国内,有的走向国际,去为世界物理学奉献他们的力量。
科学不仅需要实践,更需要理论来加以指导,虽然实践很重要,但理论也是同样重要,没有理论,谈何实践?所以说杨振宁在理论物理学方面的成就是十分巨大的,他的理论将有利于更多实践的实行,来推动物理学的发展进步!
杨振宁毫无疑问是全世界最伟大的科学家之一,他是当今物理学界泰斗级人物。那么,杨振宁在物理学领域有过哪些重要贡献呢?他在人类史上最伟大的物理学家中能够排上名号吗?
宇称不守恒原理
一直以来,物理学家认为宇称守恒定律始终是成立的。但θ-τ的衰变似乎打破了这个定律,对此,杨振宁和李政道共同提出,宇称守恒定律在弱相互作用中会被打破。很多物理学家不相信宇宙是不守恒的,泡利也是这样坚信,他表示“上帝不会是个左撇子”。
然而,就在次年,吴健雄的实验没有得到对称结果,这证实了宇称不守恒原理成立。从此之后,人们开始认识到物理定律并不是完全对称的。宇称破缺的发现,成为后来物理学家建立粒子物理标准模型的一个基础。由于这个重大突破,宇称不守恒原理被证明的那一年,杨振宁和李政道就被授予诺贝尔物理学奖。
杨-米尔斯理论
另一方面,杨振宁最重要的成就其实是未获得诺奖的杨-米尔斯理论,这就如同爱因斯坦没有因为相对论而获得诺奖那样。杨-米尔斯理论在现代物理学中有着举足轻重的作用,该理论深刻地影响了20世纪中叶以后物理学的发展。
在19世纪,麦克斯韦认识到电学和磁学在本质上是相同的东西,他创立了电磁学,这是物理学上的第一次统一。进入20世纪之后,物理学家发现了除了引力和电磁力之外的另外两种基本力——弱核力和强核力。物理学家希望,就像电磁场方程组能够统一电力和磁力那样,一个大统一理论就能描述所有的四种基本力。
爱因斯坦在创立广义相对论之后,试图把引力和电磁力统一在一起。但直到他去世,这项工作都没能完成。
直到1954年,爱因斯坦去世的前一年,杨-米尔斯理论的提出为大统一理论指明了方向。基于杨-米尔斯理论,物理学家统一了电磁力和弱核力,创立了电弱统一理论。在温度极高的早期宇宙中,电磁力和弱核力是统一的电弱力。以此为基础,粒子物理标准模型又把强核力统一进去。也就是说,在杨-米尔斯理论的框架下,除了引力之外的三种基本力已经得到统一。
除此之外,杨振宁还在统计力学、凝聚态物理学方面取得过突出贡献,有些甚至也是诺奖级的,比如杨-巴克斯特方程,这是杨振宁的第三大物理学成就。正因为杨振宁在物理学中做出了诸多开创性的贡献,他被公认为一代物理学大师,当今第一,足以跻身史上最伟大物理学家的前20名。