【嘉云社】物理学之美:杨振宁的13项重要科学贡献(转)

2.12 规范场论的积分形式
杨—Mills 理论还把物理与数学的关系推进到一个新的水准。1970年左右,杨振宁致力于研究规范场论的积分形式,发现了不可积相位因子的重要性,从而意识到规范场有深刻的几何意义。几年后,在评述这篇论文时,杨振宁感怀:
“我的大多数物理同事对数学采取实用主义的态度。也许因为我父亲的影响,我对数学有更多的欣赏。我欣赏数学家的价值判断,我崇尚数学的美和力量:既有战术操纵上的机智和复杂,也有战略行动上的激动人心的扫荡。而且,当然,奇迹中的奇迹,数学中一些概念竟提供了主宰物理宇宙的基本结构!”[12]

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:47:00 +0800 CST  
2.13 规范场论与纤维丛理论的对应
1975年,杨振宁和吴大峻发表了论文75c,用不可积相位因子的概念给出了电磁学以及杨—Mills场论的整体描述,讨论了Aharonov—Bohm效应和磁单极问题,揭示了规范场在几何上对应于纤维丛上的联络。这篇文章里面附有一个“字典”,把物理学中规范场论的基本概念准确地“翻译”成数学中纤维丛理论的基本概念。这个字典引起数学界的广泛兴趣,大大促进了数学与物理学以后几十年的成功合作。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:47:00 +0800 CST  
3 讨论
杨振宁是20 世纪后半叶理论物理大师,具有极其鲜明独特的研究风格和品味。无论是场论和粒子物理,还是统计力学与凝聚态物理,杨振宁的研究工作都体现了他对物理学理论的美的追求。这种追求贯穿了他的整个研究生涯。从学生时代直到现在,杨振宁做研究不赶时髦,不随大流,不落俗套,而是从物理现象和从自己的物理思想出发,作出深刻的发现,展示物理之美。有些工作的重要性因为得到实验支持很快被承认,最著名的例子是关于弱相互作用中宇称不守恒的工作;而有些工作的重要性经过很多年以后才被其他物理学家认识到,并成为相关领域的奠基石,最著名的例子就是杨—Mills 规范场论。因为醉心于自己的追求,他会把一时还不能完善或尚未显示出其重要性的想法放在一边,等待时机成熟[13]。正所谓“文章千古事,得失寸心知”。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:48:00 +0800 CST  
1954年,杨振宁和Mills从物理结构出发提出杨—Mills 理论时,虽然知道这是一个极美的理论,但当时并没有意识到它如此重要,更不了解规范场的几何意义。杨振宁是物理学家,不是数学家,是从物理现象归纳基本理论,而这些基本理论的结构需要用数学表达。在追寻物理理论的美的过程中,他扎根于物理现实。但他又具有高超的数学能力,能够欣赏数学之美。
杨振宁着重追寻“物”之“理”,设计物理学的基本理论结构。但他又深刻地认识到实验现象是物理学之根本,十分关注新的实验发现,富有成效地同实验物理学家互动,对物理学各个领域保持兴趣,包括一些看似较“小”但反映了物理学精神的问题,从中提炼出美妙的物理,而对一些研究“大”问题但猜测性太强的领域不感兴趣。1970年代后,凝聚态物理的实验新发现层出不穷,而高能物理的进步则倚赖于加速器的发展,因此他对凝聚态物理和加速器物理这两个领域特别关注,并鼓励青年人进入这些领域[2,6,7]。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:48:00 +0800 CST  
杨振宁的风格和品味中很多成分出自多年前埋下的“小的种子(seedling)”[13,14]。他对对称性的爱好与他天生的气质和幼时的经历不无关系,又与他本科生阶段在吴大猷的引导下对分子光谱对称性的学习以及在他父亲引导下对群论的学习密切相关。而统计力学方面的研究则起源于他硕士生阶段受到的王竹溪的引导。在很多工作中表现出的数学能力和对数学美的欣赏,与他少年时期在其父亲的影响下对数学的接触分不开[7,12—14]。受Fermi 的影响,杨振宁又对很多领域保持兴趣。
科学家在科研上的风格与其作为一个人的个性往往很难分开。从杨振宁身上可以看到中西文化的交融,对社会进步的积极态度,天才与常人的结合,勤奋与智慧的结合,真诚实在,等等。这些都与他的学术风格有相通之处。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:48:00 +0800 CST  
致谢 感谢杨振宁先生的讨论并提供照片。


参考文献
[1] Dyson F. Int. J. Mod. Phys. A,1999,14:1455;Dyson F. Notices of AMS,2009,56:212
[2] Goldhaber A,Shrock R,Smith J,Sterman G,van NiuwenhuizenP, Weisberger W. (Ed.) Symmetry andModern Physics.World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.,2003. (文章作者:F.Dyson,J. Zinn-Justin,张首晟,W. Ketterle,G. E. Brown 等,M.Veltman,L. Alvarez-Gaumé等,丘成桐,B.Sutherland,A. Tonomura,E. D. Courant,余理华,吴大峻,G. 't Hooft,M. Goldhaber,G. Sterman)
[3] Yang C N. Selected Papers 1945—1980 with Commentary. W. H.Freeman and Company Publishers,1983;2005 Edition,World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.,2005
[4] Yang C N. Selected Papers Ⅱ with Commentary. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.,2013
[5] 杨振宁著作目录. 见http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/Yang_pub_list.pdf
[6] Liu S H,Yau S T. (Ed.). Chen Ning Yang:A Great Physicist of the Twentieth Century. International Press,1997 (文章作者:沈君山,R. J. Baxter,G. E. Brown,A. H. Chamseddine和J. Frölich,赵午,乔玲丽,郑洪,郑国顺,陈省身,邹祖德,朱经武,J. W.Cronin,B. S. Deaver Jr,M. Dresden,F. Dyson,D. Gross,黄克孙,M. Jimbo,高锟,李炳安和邓越凡,R. Mills,聂华桐,J.Smoller、A. G. Wasserman 和丘成桐,B. Sutherland,E. Teller,丁肇中,J. S. Toll,A. Tonomura,P. van Niewenhuizen,E. Witten,吴健雄,吴大峻,颜东茂,张奠宙)
[7] 张奠宙. 杨振宁文集. 华东师范大学出版社,1998 (除杨振宁的文章和访谈外,该文集也收入一些参考文献[6]中的文章的中文版以及刘秉均、杨振平、杨振汉、杨振玉、聂华桐等人的有关文章)
[8] 1958年,苏联物理学家朗道50岁时收到的一个生日礼物是两块大理石板,上面模仿摩西十诫(Ten Commandments) 刻着朗道的10 项贡献. 参阅Kikoin I K. Landau's ten commandments.In:Khalatnikov I M. (Ed.). Sykes J B. (Trans.). Landau,the Physicist and the Man:Recollections of L.D. Landau. Pergamon Press,1989. 284. 可以用“杨振宁十三诫”与“朗道十诫”相对应. 但是“诫”字在语义上并不恰当
[9] Yang C N. Int. J. Mod. Phys. A,2003,18:3263;已收入文献[4]中
[10] Jarlslog C. Speech at Chen Ning Yang Retirement Symposium,21-22 May 1999,未发表
[11] Pais A. Inward Bound. Oxford University Press,1986. 533
[12] Yang C N. 参考文献[3]第74 页,笔者翻译
[13] 杨振宁. 物理,2012,41 (1):1
[14] 施郁,戴越. 物理,2011,40 (8):491 【科学网博客链接;pdf链接】



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楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:49:00 +0800 CST  
杨米尔斯场已经使建立一种关于所有物质的无所不包理论成为可能。事实上,我们如此坚信这一理论,以至于满不在乎地称它为标准模型。
标准模型能解释关于亚原子粒子的所有实验数据,直到能量大约高达一万亿电子伏(用一万亿伏的电压加速一个电子而产生的能量)。这大约是现在运行中的原子对撞机的极限能量。因此说标准模型是科学史上最成功的理论也并不为过。
……到了80年代,经过半个世纪几乎不断的成功之后,“木头的量子理论”开 始衰竭。我能清清楚楚地记得劳累过度的年轻物理学家们在这其间的受挫感。每个人都感觉到,标准模型已被它本身的成功所葬送。他太成功了,以至于每一次国际 物理学会议似乎只是批准它的一枚橡皮图章而已。所有的报告都谈到又找到另一种成功地支持了标准模型的冗烦的实验。在一次物理学会议上,我向后看了一下听 众,发现有半数人正昏昏欲睡,而讲演者却一边一张张地显示图片,一边喃喃细语,以证明这些最新数据如何符合于标准模型。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:50:00 +0800 CST  
著名的诺奖物理学家加来道雄谈标准理论和杨振宁。
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我请教丁肇中诺贝尔奖自1901年至今一百多年,物理学得奖者也有百馀人,当然水平高低不同,杨的规范塲论可排在什麽位置,丁肇中说应排在最前几名,又问如从三百年前牛顿开始,他排在什麽位置,丁答覆:也排在很前的位置。不仅在私下谈话中,杨70寿辰,在美国的一个祝寿会上,丁肇中接受邀请发言,丁说杨振宁是20世纪伟大科学家之一, 当人们回顾20世纪物理发展主要里程碑时马上就想到 1. 相对论 (爱因斯坦的广义相对论) 2. 量子力学 (狄拉克量子力学) 3. 杨振宁 (规范场)。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:50:00 +0800 CST  
规范场论正确的提法是杨─米尔斯规场论,是在1955年撰写的一篇论文,当年并没认识到其重大意义,直到以后才被逐步认识,米尔斯当时是杨振宁的博士研究生,此人一生并无其他重要着作,
我曾和杨振宁开玩笑说,如果我早知有此奇遇,我在你周围随便当个小角色,进进出出你的办公室,你一高兴也许我名字就挂上,那就成为杨―刘规范场论, 我也跟着你 “名垂青史”。在公开场合,杨很少特别提到米尔斯是他学生,在他传记等文学记载似乎他不想令人感到贬低他的学生米尔斯在此论文的作用,在他传记多次提到米尔斯当时和他共同工作情况。
实际上,不少着名物理学家以及1995美国历史最悠久的富兰克林学会授于那一年的地位崇高,鲍尔科学成就奖的颂词中都提到杨—米尔斯规范场论,只有牛顿的重力理论,麦斯威尔的电磁理论和爱因斯坦的广义相对论,可以与之相提并论。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-16 21:51:00 +0800 CST  
他的一部分工作:
1978年3月,在杨振宁等人的倡导下,中科大创建首期少年班。
1980年,杨振宁在纽约州立大学石溪分校发起成立“与中国学术交流委员会”,资助中国学者去该校进修。
1983年12月28日,杨振宁向邓小平建议:“国外认为,搞软件15—18岁较有利。”由此,科大少年班设立了计算机软件专业。
1984—1986年,杨振宁倡议的“亿利达青少年发明奖”、“吴健雄物理奖”和“陈省县数学奖”相继成立。
1997年,在杨振宁建议下,清华大学决定根据普林斯顿高等研究院的经验,成立清华大学高等研究中心。杨振宁把在清华的工资都捐了出来,用于引进人才和培养学生。
2003年底,杨振宁回北京定居。清华大学盖了三幢“大师邸”,一幢给杨振宁,一幢给姚期志,一幢给林家翘,姚和林都是杨振宁劝回来的。而姚期智正是这次新闻里的另一个主角。
杨振宁以物理学第一人的身份,用“面子”为中国请回多少人才?
为中国科学家打开了怎样的视野?
与世界科技前沿拉近了多少距离?
他如今尽管已经90多岁,却依然会给本科生上课,用自己丰富的人生阅历启发指引着这些中国科学界的未来人才。所以,杨振宁不仅科学成绩令世界瞩目,他给我们国家带来的贡献也同样是巨大的。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 07:39:00 +0800 CST  
杨振宁不可能有太“惊人”的遗产给翁帆。翁帆跟随杨振宁多年,一直陪伴他走南闯北,是完全知道杨振宁不拿工资报酬为中国科技事业服务的情况的。 杨振宁除了在南京大学、兰州大学、东莞理工等六个高校设立“杨振宁奖学金”,资助数以千计的贫困大学生(含研究生)完成学业,还陆陆续续,直接向清华大学高等研究院捐献至少600万美金(按照1:6汇率计算),其中包括价值120万美金的美国住宅一套。而在翁帆与杨振宁结婚之前,杨振宁就已经捐献了400万美金。翁帆与杨振宁结婚后,又再次向清华捐献200万美金。这一笔笔都是有账可查。 据与杨振宁夫妇熟悉的三联书店总编辑李昕,翁帆与杨振宁结婚后,对杨振宁照顾的细致入微,杨振宁由于生病几次住院,也是翁帆夜夜值守陪伴。可以说,杨振宁能够高寿,翁帆要居功至伟。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 07:42:00 +0800 CST  
行藏以道,出处因时,使无三顾频烦,亦以水镜鹿门,甘心肥遁;
成败论人,古今同慨,似此全才难得,尚有子由承祚,刻意讥评。


这是张曜孙题武侯祠,也就是写诸葛亮的一副楹联。什么意思呢?
上联说,如果不是政治环境绝对可靠(三顾茅庐),就算你伟大如诸葛亮,还不如像水镜先生司马徽、鹿门隐士庞德公一样,躲得远远的。
下联说,任何事情都可以用来黑你,就算你伟大如诸葛亮,也还有苏辙、陈寿之流,站着说话不腰疼。
试想把这副联挪到杨振宁的身上,毫无 PS 痕迹。客观地说,这个世界上绝大多数人类,都没有资格评价杨振宁。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 07:42:00 +0800 CST  
杨振宁前妻杜致礼与现任妻子翁帆的相似度极高


楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 07:44:00 +0800 CST  
另一个对杨振宁高度评价的人,是中国的两弹元勋邓稼先。很多人把他们二人比较,认为是两个极端上的人。其实他们俩互相对对方评价都很高,邓稼先夫人许鹿希曾在《至今热血犹殷红——谨以此文纪念两弹元勋邓稼先院士逝世20周年》说道:
“邓稼先对杨振宁的学术成就给予高度评价,多次讲过:杨振宁的‘规范场理论’是可以和牛顿万有引力定律相媲美的,要比他获得的诺贝尔奖的‘宇称不守恒定律’有更深远的意义 ”。
上一个是把他跟爱因斯坦并列,这位更狠,直接搬出牛顿了。物理咱不懂,这些评价可能也稍微夸张了点,但杨振宁强于霍金,是目前仍健在的物理学家中,当之无愧的第一人,这点应该是没有疑问。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 08:48:00 +0800 CST  

诺贝尔物理学奖得主丁肇中,他一度因为家里四兄弟的名字而成为网红
丁肇中在杨振宁70岁生日宴会上曾这样说:提到20世纪的物理学的里程碑,我们首先想到三件事,一是相对论(爱因斯坦),二是量子力学(狄拉克),三是规范场(杨振宁)。
说实话,这要是某个网友说的,肯定被喷死了:杨振宁何德何能,敢跟爱因斯坦相提并论?但这话从大牛嘴里说出来,总还是有一定可信度的吧。杨振宁70岁是1992年,丁肇中获诺奖是1976年的事。彼时早已功成名就的丁肇中,不会为了生日会上恭维一句就瞎说八道吧?

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 08:48:00 +0800 CST  
“四人帮”有个计划,要把搞核武器的人打掉。年轻些的已被搞得非常之惨,那些忠实可靠功劳很大的人都被打成了特务,很多人遭了殃。当时有两个口号:“会英文的就是美国特务,会俄文的就是苏联特务”,可见迫害之烈。有个很有贡献的炸弹专家钱晋,他们拷打要他承认是特务,他坚决不承认,结果被活活打死。年轻的一批搞光后就轮到高层的了。因为不能在北京搞,他们就把邓稼先调到青海的“221基地”去,组织了一批士兵和工人去斗他,理由是有两次核试验没有达到预期效果,抓住科学测试的失误上纲上线,目的就是要把负责人邓稼先搞掉。就在这危急的时刻,杨振宁要见他。周恩来命令把邓稼先召回了北京,侥幸得救。
许鹿希感叹道:“我尽管不信佛,但是对这件事情总觉得冥冥之中上天有个安排,让杨振宁来救邓稼先一命!1990年我去美国时,与杨振宁谈起,他大吃一惊:‘有这样的事?'其实,无意之中他还救了一大批中国搞核武器的人。这样的巧合真不能用语言来描述,简直太绝妙了!我至今想不出该怎么表达,我为此非常感激他!”
可见,许鹿希作为邓稼先的家人,对杨振宁是心怀感激的。

晚年的邓稼先(左)与杨振宁(右)。两人头发一黑一白,但杨振宁其实比邓稼先还大两岁

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 08:49:00 +0800 CST  
有关邓稼先、杨振宁的另一个谣言是,杨振宁曾经问垂死的邓稼先,为10元钱搞科研值不值?(邓稼先搞原子弹、氢弹的奖金,原子弹5元,氢弹5元)关于这件事,许鹿希也有过辟谣。
她说,这完全是子虚乌有的事情:我就在旁边,杨振宁只是询问病情。1986年6月13日,杨振宁又来看望稼先那个时候稼先开始大出血,医生已无法控制病情的恶化。邓稼先要许鹿希代他送杨振宁下楼,杨振宁上车前,许鹿希告诉他说,稼先病情已非常危险,几乎无治愈的希望了。杨振宁回到美国以后,找到当时还没有上市的治癌新药,请韩叙大使通过信使迅速送往北京。我没有听他问过稼先奖金的事情。
邓稼先一家人与杨振宁的友谊,在邓稼先去世后依然延续。2008年三联书店发行杨振宁与翁帆的文集《曙光集》时,举行了一个发布会,许鹿希亲临现场并发言。她事先准备了一个发言稿,时任三联书店总编辑的李昕曾在博客上回忆过这段往事,并发出过这段讲话稿的原文:

“邓稼先对于杨振宁先生在学术上的造诣十分推崇。他多次对我和朋友们说:‘如果不是诺贝尔奖规定每人只能在同一个领域获得一次的话,杨振宁应当再获得一次诺贝尔奖。你知道不,杨-Mills场,就是规范场,他在这方面造诣非常高。它比起宇称不守恒来,对物理学的贡献还要基本,意义还要深远。它不但影响当代,其前瞻性是以世纪来论的。’”

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-17 08:49:00 +0800 CST  

杨振宁和米尔斯合影。
师傅与徒弟的合影,米尔斯不是露出了纯真的笑容。

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-18 10:31:00 +0800 CST  
“杨振宁-米尔斯非阿贝尔规范场”发表的时间早于宇称不守恒,但等杨振宁因宇称不守恒名声大噪而获诺奖时,“杨振宁-米尔斯非阿贝尔规范场”尚未被人重视。
“1954年,杨先生和米尔斯写出文章时,杨振宁-米尔斯规范场还不被承认是物理,而只是一个数学结构,是一个可能对物理有用的数学结构,但到1972年,这个非常简单而又非常漂亮的数学结构被正式承认是物理的一个基本结构,并最后奠定了弱相互作用的基础。”聂华桐说。
物理教科书中一个通用的表述是说,各种物质之间的基本相互作用有四种:电磁作用、万有引力、弱作用、强作用。而这四种相互作用中,有两种(弱作用、强作用)是基于“杨振宁-米尔斯非阿贝尔规范场”的数学结构。
杨振宁在数学与物理之间的融会贯通让他更接近“上帝的秘密”。弗里曼·戴森说,正是杨振宁对数学的热爱,使得杨振宁“正如使爱因斯坦和狄拉克一样,对自然的神秘能够比别人看得更远一点。”

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-18 10:31:00 +0800 CST  
谢谢白主席加精

楼主 音翻海浪  发布于 2018-03-20 22:04:00 +0800 CST  

楼主:音翻海浪

字数:12319

发表时间:2018-03-17 05:43:00 +0800 CST

更新时间:2019-01-30 21:54:47 +0800 CST

评论数:92条评论

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