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。
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