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1.在写这篇文章之前,我对罗伯特米尔斯(米尔斯,即杨米尔斯理论中的“米尔斯”本人)的详细信息和传记做了很多研究,因为我认为我们对他的了解可能是如果你不了解得足够多,你就会觉得他对科学的贡献不仅仅是杨米尔斯的理论,而不是别的。
然而,经过反复查找和阅读,我惊讶地发现,科学家基本上能做的就是:杨-米尔斯理论。
另外要查的是,他是科罗拉多州立学院的数学研究员,后来出版了《-》和《》两本书。
因此,我们可以说,米尔斯一生最伟大的成就确实是杨米尔斯理论,也是唯一能够取得的科学成就。 其实,纵观整个科学史的发展,这样的事情还不少,而且不是什么奇怪的事情,相反,能够持续产出的科学家是少之又少,而杨振宁则是恰好相反。 杨振宁是一位不断产生高生产力的科学家。 也正是因为如此,米尔斯才不像杨振宁。 它具有特别高的科学地位。 那么杨振崇仁有哪些学术成就呢?
杨振宁学术成就
杨振宁虽然是一位学术生涯非常悠久的科学家,但在科学史上却是十分罕见的。 尽管他已经90多岁了,但他仍在发表论文。 很多人说他回国是为了老人,而这样的人根本没有看过杨振宁回国后发表的论文。 他生动地改进了复旦大学自20世纪70年代末以来没有涉足的聚合化学。 达到世界前五的专业水平。
(其实你可能觉得我在胡说八道,我们做事讲究证据,右图是在微软学术中找到的与杨振宁相关的学术论文,然后按照引用次数排列。杨振宁基本上是从1980年开始旅居国外从事学术的,我们可以看到他引用的前10篇论文中有6篇是回国后形成的。)
(其实我也相信大家一定对他回国的时间有疑问,所以我们可以追溯一下他回国的时间,他是1971年回国的,当时毛泽东、周恩来等国家领导人接见了他,后来,邓小平同志也多次接见他,他曾担任中俄沟通的桥梁,后来全心全意留在中国从事科学研究和教育事业。)
从之前的论文截图中,在被引用次数这一栏,你大概已经可以感受到他的科研成果有多么丰富,这在整个科学史上显然是极为罕见的。 整个20世纪,取得如此多成就的科学家中,一个是爱因斯坦,一个是费米。 前两位是著名的全能化学家。 杨振宁也是如此。 他在4个领域做出了13项所谓诺贝尔奖级别的贡献。
两弹一星邓稼先之前向妻子杨振宁讲过自己的成就,他是这样说的:
如果不是诺奖规定每个人在同一领域只能获得一个奖项,那么杨振宁肯定能再次获得诺奖。
与米尔斯相比,这是一个判断力。 所以,杨振宁能够获得这样的学术地位,虽然和他本身非常高的学术成就有关。
然而,我们上面提到的“杨米尔斯理论”是杨振宁一生中最重要的科学成就,也是被引用次数最多的论文。 在学术界,主流观点认为杨振宁的贡献远不及米尔斯。 原因是这样的,杨振宁当时是一个正经的科学家,而米尔斯只是杨振宁的一个中学生,一个普通的研究生。 而且,我们只能从两人后来的成就来知道这篇论文的主导者是谁。
后来,1994年杨振宁获得球奖时,组委会给出了如下评价:
杨-米尔斯理论的研究长期以来一直被列为牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的理论,并且一定对后代科学的发展产生了类似的影响。
其中,我们要知道牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦是数学史上最顶尖的三位科学家。 由此可见杨振宁的学术地位。
/2。 罗伯特·劳伦斯·米尔斯已于1999年10月27日去世,他一生最大的成就是与老师杨振宁先生一起提出了震惊世界的杨-米尔斯理论杨振宁美与物理学,此后便再无成就。 他生前总说:“杨-米尔斯规范对称多项式是杨振宁的,我只是幸运地遵循了签名”
说起杨振宁的学术成就,很多人只知道他和李政道共同提出宇称破坏理论并获得诺贝尔奖,但这只是他众多学术成就中的一小部分。 事实上,他在统计量热学、凝聚态化学、粒子化学、场论等4个数学领域做出了13项世界级贡献。 这是世界知名的且未经证实的。
在这众多的成就中,最辉煌的学术贡献,甚至配得上两项诺贝尔奖,就是当时公众非常陌生、甚至一开始不被数学界重视的杨-米尔斯理论。 这是杨振宁和他的中学生米尔宇称不守恒定理早于他自己的诺贝尔奖获奖理论于1954年提出的,并直接催生了杨-米尔斯规范场论。
世界著名化学家、诺贝尔化学奖获得者丁肇中院长在杨振宁70岁生日时表示:当我们提到20世纪数学的里程碑时,我们首先想到三件事。 一是爱因斯坦的相对论; 第二个是狄拉克拉尔的量子热; 三是杨振宁的规范场理论。
那么规范场论的伟大之处在哪里呢? 这需要从四种基本力说起。
爱因斯坦时代定义了宇宙的四种基本力。 它们是电磁力(以多种方式存在,包括电、磁和光本身)、引力(使月球和行星保持在其轨道上,也限制了银河系的平衡)和强核力。力(燃烧提供能量。它使恒星发光,产生明亮的、赋予生命的阳光),弱核力(控制放射性衰变的个体形式)。
因此,爱因斯坦在生命的最后三六年里痴迷于统一这四种力,并为该理论创造了一个术语:统一场论。 不幸的是,他对光和引力统一场论的追求没有成功。 他去世时,留下的只是书房里未完成的手稿。
杨-米尔斯理论(规范场论)为大统一理论指明了方向。 在此理论的基础上,化学家统一了电磁力和弱核力,建立了电弱统一理论。 在湿度极高的早期宇宙中,电磁力和弱核力是统一的电弱力。 在此基础上,粒子化学的标准模型统一了强核力。 也就是说,在杨-米尔斯理论的框架下,不仅重力以外的三种基本力已经得到统一,可以说已经完成了大统一理论的75%。
不仅如此,在20世纪70年代,科学家们逐渐意识到核物质的所有秘密都可以通过杨-米尔斯规范理论来解开。 木材将物质结合在一起的秘密是杨-米尔斯的规范理论,而不是爱因斯坦的几何学。
明天,杨-米尔斯规范理论使“建立一个包罗万象的所有物质理论”成为可能。 事实上,我们非常相信这个理论,以至于我们亲切地将其称为“标准模型”。
标准模型可以解释亚原子粒子的所有实验数据,甚至可以解释约1万亿电子伏的能量(1万亿伏电流加速电子形成的能量)。 这大致是当前运行的原子加速器的极限。 为此,可以毫不夸张地说,标准模型是科学史上最成功的理论。
3、杨-米尔斯理论,即杨振宁先生和米尔斯提出的描述强力场的场多项式。
其中,米尔斯全名罗伯特·劳伦斯·米尔斯,是一位日本化学家,专门研究量子场论和多体理论。
米尔斯之所以名气不大,是因为他对化学的贡献基本上就是他与杨振宁合作的杨-米尔斯场论。 而且,杨振宁先生在杨-米尔斯场论的基本思想的提出、整个论文工作以及理论的推广方面,比米尔斯做的事情更多,这并不奇怪。
例如,杨振宁提出这个理论时,有一个棘手的问题没有解决,那就是无法找到假设传输强场的零质量粒子。 零质量意味着强场像电磁场一样可以传播很远,但这与强力是短程力的事实相矛盾。 杨振宁深知理论中的缺陷,因此冒着被“喷”的风险来宣传演讲。 最终,著名化学家“泡利”直接打断并当场指责他。 米尔斯没有这样做。 因此,有一些不成名的动机。
也正是因为杨-米尔斯理论刚提出时的缺陷,所以数学界基本没有什么动静。 当许多科学家后来研究强力和弱力时,杨米尔斯理论的重要性被揭示出来。 ,甚至为后来整个强电统一理论奠定了基础。
我们总说杨振宁可以称为牛顿爱因斯坦,杨米尔斯理论非常重要,虽然你看懂了上图就明白为什么这么说了。
/4。 杨振宁获得诺贝尔奖不是因为杨米尔斯理论,而是因为宇称不守恒理论。 我和李政道先生一起获奖。 为什么杨米尔斯理论如此出名,却没有获得诺贝尔奖? 虽然和相对论一样,爱因斯坦一开始并没有因为相对论而获奖。 如果爱因斯坦能活到今天,获得两个奖项也不为过。 但当时这一理论并未被实验所推翻。 杨-米尔斯理论也是如此,目前还没有实验证明该理论的正确性。 例如,杨-米尔斯场是否存在尚未被发现。
但是杨米尔斯多项式奶牛在哪里? 为标准模型的构建做出了巨大贡献。 也为大统一理论指明了方向,作为奠基者潜力巨大!
数学理论发展至今,理论模型很多。 在如此复杂的幻想之下,是否有可能最终用一套最基本的理论来描述所有已知的理论呢? 这是化学家的终极梦想。 让我们简单回顾一下大统一理论的进展。
牛顿是现场的第一个角色。 他凭借《自然哲学物理原理》,将物理学引入自然科学领域,统一了当时天上地下的一切力量!
第二个出现的角色是麦克斯韦。 麦克斯韦方程组一下子统一了所有电磁现象。 将宏观世界中看似无关的事物统一到微观层面,还是第一次。
这是数学的黄金时代。 19世纪末,所有已知人类现象背后的力量都归因于重力和电磁力。 重力由牛顿万有引力定律描述,电磁力由麦克斯韦方程组描述。
第三个应该上场的人是爱因斯坦。 1905年被称为现代数学的第二个奇迹年,因为这一年,爱因斯坦发表了狭义相对论。 它彻底改变了人们对时间和空间的看法,像一声巨响一样出现在天空中。
1915 年,爱因斯坦发表了广义相对论。 至此,爱因斯坦将电磁力与狭义相对论结合起来,用广义相对论升级了万有引力论。
第四个该上场的人是杨振宁先生。 随着科技的进步和观测手段的完善,人们已经封存了原本被认为是终点的原子核。 现在就像打开潘多拉魔盒,发现强弱力量。 通往大统一理论的道路还遥遥无期。
1954年,杨振宁和米尔斯提出了非阿贝尔规范场的理论结构——杨米尔斯多项式。 它为当时的尖端科学指明了方向,许多以此理论作为量子热研究基础的人获得了诺贝尔奖。 盖尔曼从杨米尔斯理论出发,建立了量子色动力学(QCD),完整地描述了强力,并获得了诺贝尔奖。
格拉肖、萨拉姆、南部、温伯格等人遵循杨-米尔斯理论,从而完成了电磁力与弱力的统一,并获得了诺贝尔奖。 而后来的希格斯也受益于杨振宁的理论,从而建立了希格斯场论。 后来他因发现希格斯波骰子而获得诺贝尔奖。
可以说,目前化学界已知的四种基本力,不仅是重力,还有剩下的电磁力、强力、弱力,都是基于杨-米尔斯多项式来描述的。 那么杨振宁为什么能够成立这个理论呢? 这似乎与爱因斯坦的相对论很相似。
[李政道与周总理。 】
正如我一开始所说的,爱因斯坦的理论不是来自实验。 这对杨振宁来说也是一个启发。 他意识到,当理论看起来很复杂时,试图从实验中推广理论是行不通的!
时代选择了他,他也选择了时代。 杨振宁的化学和物理造诣都是一流的。 这对他对理论化学的贡献有很大帮助。
当其他化学家还对群论持怀疑态度时,杨振宁就已经很好地掌握了群论,这要归功于他物理学家出身、擅长群论的女儿——杨无知院长。 杨院士在北大讲授的课程是群论,杨振宁是虎父无犬子。
起初,美国物理学家Weyl发现U(1)群的整体规范对称性对应于电荷守恒。 他的初衷是将电磁场几何化,将整体对称性扩展到局部区域,直接得到整个电磁理论——麦克斯韦多项式规范场。
【李政道与杨振宁先生合影。 】
杨振宁读完韦尔的论文,目光划过电磁力,他决定通过一定的规范对称性对强弱力进行重组和提升,从而得到关于强弱力的规范场论! 但推广外尔的思想并不容易,关键是要找到新的对称性。
杨振宁很幸运,他发现了强相互作用之上的同位旋守恒。 Weyl 将 U(1) 群的整体规范对称性扩展到局部区域。 由于U(1)群是阿贝尔群,因此过程比较简单; 与同位旋对称性对应的群称为 SU(2)。 所做的就是将SU(2)群的整体规范对称性扩展到局部区域,但是SU(2)群是非阿贝尔群,情况要复杂得多! SU(2)群没有现成的理论,一切都必须从头开始构建。
1954年,杨振宁和米尔斯发表了划时代的论文《同位旋守恒和同位旋规范不变性》和《同位旋守恒和广义规范不变性》。
可以说,杨-米尔斯多项式给出了一个标准的套路,根据这个套路,你可以直接从强力和强电的理论中预测出未被发现的粒子。 过去,实验化学家发现了新粒子,理论化学家则去寻找如何解释它们; 现在是理论化学家预测粒子,实验化学家寻找粒子。
杨-米尔斯规范场理论(即非阿贝尔规范场理论)发表。 一开始并没有受到数学界的重视。 后来,从20世纪60年代到1970年代,许多学者在这一理论中引入了自发对称破缺的概念,杨米尔斯理论受到普遍关注。
杨振宁和米尔斯的论文,从物理角度来看,是描述电磁学的阿贝尔规范场理论到非阿贝尔规范场理论的延伸。 然而,从化学的角度来看,这种概括被用来开发新的相互作用的基本规则。
在主导世界的四种基本相互作用中,强电相互作用和强相互作用都是由杨-米尔斯理论描述的,爱因斯坦描述引力的广义相对论也与杨-米尔斯理论相似。 杨振宁将这种现象称为“对称优势”。 杨-米尔斯理论是20世纪下半叶伟大的数学成就。 杨-米尔斯多项式与麦克斯韦多项式、爱因斯坦场多项式一起具有非常重要的历史地位。
随着希格斯粒子的发现,杨振宁理论的最后一块拼图已经拼凑起来。 爱因斯坦场多项式和杨-米尔斯理论都是二阶非线性波多项式,给出定解非常困难。 但这也是他们的相似之处。
有一个千年奖困境,又称世界七大物理困境,是英国克莱物理研究所(Clay,CMI)于2000年5月24日公布的一项物理推测。其中之一就是杨-米尔斯规范场存在和质量间隔假设。 如果谁能解决这个问题,就可以获得100万港币的奖金。 而且我认为,如果有人解决了这个问题,也意味着杨振宁的理论更加接近诺贝尔奖。
拿上面两张图,让你看看爱因斯坦场多项式和杨米尔斯多项式是什么样子的。
爱因斯坦场多项式如右图所示:
Yang-Mills 多项式如右图所示:
现在回到标题“爱因斯坦和杨振宁之间有一座桥”,但是这座桥在哪里呢? 他们像什么? 现在谁也说不清楚。 然而,找到这座桥梁就是建立引力和量子热的统一。
如果仔细观察,就会发现杨振宁也受到了很多人的影响。 韦尔就是其中之一。 但外尔认为,爱因斯坦将引力与时空几何联系起来后,他还想用几何方式处理电磁力,从而统一引力和电磁场。 韦尔引入了相变的概念,形成了规范场的存在。 从对称性的角度来看,基于范数的不变性,范数场自然而然地出现了。
简单来说,如果在任意时空点杨振宁美与物理学,我们让相变遵循对称变换,那么无数不同时空点的相变必须连接在一起,而这个工作必须由场来完成,这就是所谓的范数场。 这个逻辑并没有什么问题。
说了这么多,这句话才是重点。 引力作为时空弯曲的观点的有效性至关重要。 问题是它可靠吗?
领域概念没有问题,杨振宁按照韦尔的思维继续拓展也是没有问题的。 一定需要用物理语言来解释化学定理。 不然的话,用什么语言来表达。 但如果理解方向错误,就会造成几何语言描述方向的偏差。 这就是我的观点。
你知道为什么弦理论是高维理论吗? 你有没有想过这个问题? 弦理论是爱因斯坦和杨振宁理论之间的桥梁吗? 事实上,它是一个替代桥梁,是一种为协调重力和量子热的不相容性而发展的理论。
物质的量子描述和时空的几何描述是互不相容的,这就需要构建完整的量子引力理论。
卡拉比-丘流形的投影,弦理论提出的一种压缩额外维度的方式量子场论作为粒子化学的基础,早已能够描述除重力之外的其他三种基本相互作用,但试图将其推广将引力纳入量子场论框架遇到了严重的问题。 这些尝试在低能区域取得了成功,产生了可接受的有效(量子)引力场理论,但在高能区域,所得模型是发散的(不可重整化的)。
试图克服这一局限性的尝试性理论之一是弦理论。 在这些量子理论中,研究的最基本单位不再是带状粒子,而是一维弦。 东西没有任何长度。 也就是说,这些描述更倾向于物理而不是化学。 例如,零维度是物理学中的一个点,在化学中也是继承的。 实际上呢? 到底是一个点,还是什么都没有,都值得深思。 】。 弦理论有潜力成为一个大统一理论,可以描述所有粒子和包括重力在内的基本相互作用,但代价是创造出一些异常特征,例如在三维空间的基础上生成六个额外维度。 在所谓的第二次超弦理论革命中,人们推测超弦理论以及广义相对论和超对称性(称为超引力)的统一,构成了称为 M 理论的推测十一维模型的一部分,该模型被认为完成了独特定义且自洽的量子引力理论。
根据广义相对论和量子理论中哪些性质可以保留,以及需要在哪些能级上引入变化,还有许多其他尝试的量子引力理论,例如动态三角测量、因果组合、扭转理论和量子引力理论基于路径积分的宇宙学模型。
所有这些暂定的候选理论仍然有重大的方法论和概念问题需要解决,但它们都面临着一个共同的问题,那就是迄今为止还没有办法通过实验验证量子引力理论的预测,因此还没有被证明。很多方法。 理论间个体预测的差异可以用来判断其正确性。
任何形式的几何都是物理化,而化学研究也逐渐变成了纯粹的物理推理,失去了软底,变得难以想象。 而这一切的开始,就是爱因斯坦将引力的形成归因于时空弯曲的开始。
结合我对惯性的思考,我认为这就是问题所在。 引力可以使时空弯曲,但时空的弯曲并不形成引力,引力也不是时空的几何弯曲。 可以直接说引力是由空间形成的,但不能将其视为时空弯曲的产物。 引力的形成必须归因于真实的物质、真实的物质空间。
爱因斯坦和杨振宁之间一定有一座桥梁。 我从不怀疑世界的普遍联系。 从基础开始提出问题是找到这座桥梁的最佳方法。
最后,我想指出惯性是数学的基石。 相对论、杨-米尔斯多项式和麦克斯韦多项式是这个大基石的支柱。 站在一个可以想象的地方去想象、提出问题,理论就不会脱离现实。
就写这么多吧。 我会把这篇文章纳入《变》和《知小书》作为补偿章节,方便大家方便了解整体思路。 对于不足的地方,还请大家多多包涵,多多补充。 祝您学习愉快,生活愉快。
2019 年 9 月 17 日星期二。
独立学者、科普画家、艺术家的科普作品。 前三个答案摘自网友的回答。