杨振宁先生究竟有多么了不起

今天中午惊闻杨振宁先生逝世，杨振心中十分震惊。宁先杨振宁先生是生究毒秀 txt 下载对世界最有影响力的中国科学家之一，也是杨振理论物理最黄金的时代最后在世的大师了。当这一天真的宁先来临，不免让人有一种时代落幕的生究感觉。

我一直很敬佩杨振宁先生，杨振一是宁先因为他是当今世界物理学的巅峰，二是生究他作为当今世界物理学的巅峰，一直在不遗余力地输出他作为巅峰的杨振能量。

我曾有幸跟杨振宁先生有过几次交集。宁先2010年我清华入学时，生究就是杨振88岁高龄的杨老做的新生报告。读本科时，宁先还在选课系统里看到过杨老的生究大学物理课。2019年参加腾讯科学探索奖和未来科学大奖的颁奖典礼，曾两次见到了杨老。

在学校主干道看到的杨振宁先生的学术研讨会展板

2021年我写过一篇文章，力求尽我可能给大家科普一下杨老的学术成就以及他对中国的贡献。今天特此重发，希望更多的人可以了解杨老对我们的意义。

一、杨振宁的科学地位

杨振宁先生最为著名的学术成果有两个：1954年的杨-米尔斯理论和1956年的宇称不守恒定律。他凭前者跻身顶级物理学家之列，凭后者与李政道先生共获1957年诺奖。

诺奖颁奖典礼上评委这样评价他们的贡献：

你们不懈的努力打破了基本粒子物理学中最令人困惑的僵局，也由于你们辉煌的成就，导致了现在的理论和实验工作的蓬勃向前。

诺奖奖章及证书

诺贝尔物理学奖的平均获奖年龄56岁，而杨振宁先生获奖时年仅35岁。如今的我33岁相当于我后年拿诺奖...再看杨振宁先生的诺奖震撼又上了一层。

从提出宇称不守恒理论到获奖，仅仅花了一年半的时间。1956年6月中旬杨、李两人向物理顶刊PRL投稿，1956年10月1号正式发表论文，1957年10月31号他们就获得诺奖了。

给我一年半
，写个paper被编辑退回来修修补补好几轮可能都发不出来。

另一个成果杨-米尔斯理论，它是20世纪下半叶极其重要的物理突破，为物理学的发展提供了全新的数学武器。它是粒子物理学标准模型的基础，也是大一统理论的先驱。四种基本相互作用，除引力外的三种都是由杨-米尔斯理论描述的。

杨-米尔斯理论在50年代还只是一个有趣的物理创意，但很快它就成为了物理学的基础设施，多位物理学家因为从事与杨-米尔斯理论有关的研究，收获了诺奖

• 1979年，格拉肖、毒秀 txt 下载萨拉姆和温伯格完成了电磁力和弱力的统一，拿诺奖；
• 1999年，胡夫特和韦尔特曼阐明物理学中弱电相互作用的量子结构，拿诺奖；
• 2004年，格罗斯、维尔切克和波利策发现强相互作用理论中的渐近自由，拿诺奖。(太会玩了，这是在诺奖接龙吗)

1994年杨振宁因杨-米尔斯理论获得了由美国富兰克林学会颁发的鲍尔奖。颁奖文告是这样写的：

作为20世纪理性的杰作之一，这个理论解释了亚原子粒子的相互作用，深远地重新规划最近40年物理学和现代几何学的发展。这个理论模型，已经排列在牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的工作之列，这肯定会对未来几代人产生相类似的影响。

牛、爱、麦三人基本是公认的物理学家前三名，杨都能和他们排一块。如果硬要像武侠小说一样给物理学家排座次的话，保守一点排进top15不过分吧！

真正的物理学C位

以前我想不通，为啥杨振宁的学术成就如此之高，大家却对他知之甚少呢？后来我明白了

02试图解释杨先生的成就

杨先生在物理学界的成就丰富而深刻，我们仅为大家简要解读。以下内容主要来自《杨振宁传》和我个人粗浅的物理知识，如有大佬也可以在评论区补充说明。

杨振宁最为大家熟知的成就可能是荣获诺贝尔奖的宇称不守恒。这可以说是整个科学史上最令人惊奇的发现之一。

首先要声明的是，“宇称”是一个量子力学里的概念，指的是粒子在空间反演变换下的对称性，不是我们平常认知中的东西。

宇称守恒定律通俗地讲可以理解为，一个粒子和“镜子中的这个粒子”遵循相同的规律，或者说，左右是一组相对的概念，世界上没有绝对的左和右。

这没啥好怀疑的。你扔个东西，它遵循自由落体定律，那镜子里的它肯定也遵循自由落体定律；你对着镜子招手，镜子里的你也招手。不招手的那是恐怖片。不信你去照照镜子

宇稱守恒定律太顯然了，所以物理學(xué)家們把它當(dāng)作最基礎(chǔ)的定律之一。

但1954年，θ-τ之謎的出現(xiàn)，使得宇稱守恒產(chǎn)生了問題

簡單說就是，人們發(fā)現(xiàn)有θ和τ這兩種奇異的粒子，在衰變過程中宇稱不同：θ粒子衰變會產(chǎn)生2個π介子，宇稱為偶；而τ粒子衰變會產(chǎn)生3個π介子，宇稱為奇。

可人们又发现，θ和τ这两种粒子实在太像了，在质量、电荷、自旋等其他方面的性质完全一样，这哥俩咋看都是同一种粒子啊！

对于这一矛盾，合理解释就两种：

• 這倆不是一種粒子，但我們太辣雞了，除了宇稱之外完全分辨不出它們的區(qū)別；
• 這倆就是一種粒子，可是在弱相互作用支配下的衰變過程中，宇稱不守恒。
• 
  

绝大多数物理学家都选择相信前者。沒有人會懷疑宇稱守恒，因?yàn)樗鼘?shí)在是太顯然了。

就好比最近你吃得很少但依然长胖了，你肯定会从自己身上找原因，而不会激动地宣布自己推翻了质量守恒定律。

凡是质疑底层物理规律的人，要么是民科，要么是绝顶天才。宣布推翻質(zhì)量守恒定律的你可能是民科，但宣布推翻宇稱守恒的楊振寧是絕頂天才。

楊振寧先生的物理觀念深受愛因斯坦影響，相信物理的美學(xué)，對“對稱”的概念極其信奉。宇稱不守恒不符合物理學(xué)的對稱美感。按理說，他不會相信鏡子內(nèi)外不對稱這種荒誕的事。

但他超越同时代物理学家的地方正在于此。他没有让所谓的基础定律限制自己的思想，而是探究所有的可能性，哪怕现实是最不可能的那个。

為了確定弱相互作用中的宇稱是否守恒，楊振寧和李政道從熟悉的β衰变入手进行考查，大概可以理解为一个中子衰变成一个质子和一个电子。

人們做過的β衰变實(shí)驗(yàn)有上千種，倆人對這些實(shí)驗(yàn)統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行了重新研究。

结果他们发现在過去所有的β衰变實(shí)驗(yàn)里，沒有任何實(shí)驗(yàn)?zāi)鼙砻?，弱相互作用滿足宇稱守恒定律！

这是一个令人惊愕的发现，但也不怪物理学家心大，谁没事往这想呢……

于是楊李二人很快重新設(shè)計(jì)了幾個實(shí)驗(yàn)用于檢驗(yàn)宇稱不守恒。但哥倆都是實(shí)驗(yàn)渣，尤其楊振寧，動手能力不行
?！?#26472;振宁传》说，小时候手工课老师让他用泥巴捏只鸡，结果他捏出来的像藕...

古人云，雞變藕不變，符號看象限。引導(dǎo)楊振寧思考宇稱不守恒的恰恰是θ和τ粒子的宇稱奇偶性。如此看来，这一切也许是命中注定吧...

除了动手能力差外，两人对当时实验技术的了解也有所欠缺。于是他们选择把实验方法和理论分析写成了论文《在弱相互作用中宇稱是守恒的嗎》，投给《物理评论》

编辑不喜欢题目中有问号，于是改成了句号...

论文发表后遭到了大牛们的一致嘲笑。費(fèi)曼、泡利等大牛都打賭宇稱一定是守恒的。也不知道物理學(xué)家為啥這么愛打賭……泡利表示：“我不相信上帝是個弱的左撇子?！?/p>

天才物理學(xué)家朗道的學(xué)生沙皮羅也向?qū)熖岢鲞^宇稱不守恒的想法，論文被朗道直接扔一邊去了。

值得庆幸的是，有一位实验物理学家表示

吳健雄，美籍華裔物理學(xué)家，被稱為“東方居里夫人”、“核物理女王”。她設(shè)計(jì)了極其精妙的實(shí)驗(yàn)，讓兩個初態(tài)一致的鈷60裝置，產(chǎn)生方向相反的極化，就相當(dāng)于一個在鏡子里、一個在鏡子外。然后觀察β衰变時(shí)電子的飛出方向。

如果宇稱是守恒的，鏡子里外是一樣的，那它倆的電子都應(yīng)該往上飛。然而實(shí)際測出來的是，它倆的電子一個往上飛、一個往下飛。

虽然就这么简单几句话，但这个实验已经成功证明了，在弱相互作用中，守称不守恒，世界上可以有绝对的左和右。

以前人们相信，公正的上帝并不偏爱前或后、上或下、左或右、过去或未来。杨振宁和李政道二人打破了这种传统的认知和常识！

他们告诉了全世界，上帝喜欢对称，但在细节上他也会埋不对称的彩蛋。

不知当年那些打赌的物理学大牛们给钱了没……

試想一下，如果最初的宇宙是絕對對稱的，所有的粒子都完全一樣，物質(zhì)和反物質(zhì)數(shù)量相等，沒有四大相互作用的區(qū)分，那這個宇宙也就是一鍋均勻的粥了，我和我家狗子也就沒有區(qū)別了。

正是细节上的对称破缺，才演化出了更多的可能性。左撇子的上帝，让世界焕发出更蓬勃的生机。

杨振宁曾经就θ-τ之谜发表过一番言论：

那时候，物理学家发现他们所处的情况，就好像一个人在一间黑屋子里摸索出路一样，他知道在某个方向上必定有一个能使他们脱离困境的门。然而这扇门究竟在哪个方向上呢？

他终于亲自找到了那扇正确的门。

03继续试图解释杨先生的成就

得诺奖当然很开心，但杨振宁学术成就的巅峰是杨-米尔斯理论。为了理解杨老的伟大，我们得首先把大家的知识水平拉回杨老的年代。

我们都说“物理是一门实验学科”，过去物理的研究方法是从实验推理论的过程。比如开普勒观察星星得到各种天文数据，总结成开普勒三定律，牛顿再用这些定律加上微积分得到万有引力定律。看起来不错吼！

但在爱因斯坦看来，这种方法也就只能猜一些简单的公式。像下面这种方程，你告诉我咋从实验数据里凑出来？

于是爱因斯坦将上面那套方法颠倒了一下，变成了提出理论再用实验验证。我先在脑子里想出相对论，你们去观察星星帮我验证一下，哇都符合了，我真牛。

那怎么才能拍脑瓜想出一个新理论呢？答案是对称性

比如空間的平移对称性，就蘊(yùn)含著動量守恒定律。時(shí)間的平移对称性，蘊(yùn)含著能量守恒定律。如果我們能找到其它的一些对称性，也許能指導(dǎo)我們發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。

这是一种全新的模式，虽然并不被主流物理学家们接纳，但杨振宁对此深信不疑，这种研究思想深刻影响着他未来的学术道路。

1929年，數(shù)學(xué)家外爾利用數(shù)學(xué)中的群論知識，對物理學(xué)的对称性做了一些研究。他發(fā)現(xiàn)把一個系統(tǒng)的对称性推廣之后，能得出更為全面的理論。比如波函數(shù)的整體对称性只對應(yīng)電荷守恒定律，但將其推廣到局域对称性時(shí)，能直接得到整個電磁理論！

赫尔曼·外尔

代表作：《群论与量子力学》

这个结论在现在看来非常漂亮。但当时的物理学家们瞧不上这个搞数学的，觉得花里胡哨，但只是一种数学语言，根本没创造任何新知识。

就好比你发现站得越高，尿得越远。我提出高处的尿液具有更大的“重力势能”，因此能尿得更远。在你眼中，“重力势能”对你尿得更远这件事可能只是换了个表达方式，多了个mgh的公式，没啥特别的。

但敏銳的楊振寧察覺到了結(jié)論蘊(yùn)含的延伸價(jià)值：如果我把它發(fā)散到強(qiáng)力、弱力領(lǐng)域，是不是意味著，只要我們要求某種整體对称性在局域成立，就能直接得到強(qiáng)力、弱力的相關(guān)理論呢？

這個瘋狂而偉大的想法讓楊振寧非常興奮。盡管當(dāng)時(shí)容易出成績的研究課題是色散、公理化場論等等，他也不管不顧，一門心思扎進(jìn)了对称性研究。

以外尔的经验来看，群論是研究对称性的最佳工具。可惜当时的物理学家对这种抽象的数学语言知之甚少，非常抵制，怼神泡利甚至直接把群论嘲讽为“群祸”。

但杨振宁不一样，他是个群二代。杨振宁的父亲是一位擅长群论的数学家，因此他的数学贼好，尤其掌握了非常深刻的群论知识。杨振宁研究阿贝尔群的时候，你可能还只会玩QQ群。

1947年，在芝加哥大学读研究生的杨振宁开始了初步研究。想法是美好的，付诸实践却难上加难。他的每一次尝试，带来的都是冗长、丑陋的公式，得不到任何有用的结果。

“是不是我的方向出错了？我根本不可能从中得出什么好结论？”

任何人都會這般想，但絕不包括楊振寧。楊振寧對对称性情有獨(dú)鐘，對這份研究飽含期待與熱情，面對困難也是越挫越勇。

1953年，杨振宁在普林斯顿高等研究所工作。在与米尔斯的偶然交流中，他的思路进一步开阔，完全没有像从前那样卡壳。沉寂已久的研究迎来了希望。两人开始合作。

楊振寧與米尔斯

接下来的一年，两人完成了绝大部分的研究。他们在众多学术会上分享自己的研究成果，受到的关注却少得可怜。由于建立的理论模型并不十分完善，唯一感兴趣的泡利对此也尽是否定与批评。

1954年2月，两人的论文写完了。但之前的经验告诉他们，即使发表也溅不起什么水花。到底该不该发表呢？

杨振宁坚决选择了发表。在他看来，这个理论的数学结构非常漂亮。正如狄拉克所说：“在致力于用数学形式表示自然界规律时，主要应该追求数学美?！?/strong>他十分认同这一点。

況且他們的理論將“对称性支配相互作用”這一思想體現(xiàn)地淋漓盡致，他堅(jiān)信這種思想是物理學(xué)中極為重要的東西。即使有一些问题存在，拿出来给大家讨论不是更好吗？

1954年6月28日，楊振寧與米尔斯向《物理評論》寄出了兩篇論文，向世人展示楊-米尔斯理論。10月1日論文刊出。