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都說楊振寧是目前頂級的科學家,那他到底有什麼偉大成就?能通俗地講一下麼?

都說楊振寧厲害,那到底哪裡厲害呢?

主要有三大貢獻:

1、楊·米爾斯理論

2、弱作用中宇稱不守恆

3、楊-巴克斯特方程

這三大成就,想要深入理解,都需要有一定的物理知識,因為都是非常抽象的理論知識來的。

以楊·米爾斯理論為基礎的規範場論可以說是20世紀後半葉最偉大的物理成績之一,其成功為量子電動力學、弱相互作用和強相互作用提供了一個統一的數學形式化架構——標準模型,而標準模型準確地預言了在世界各地實驗室中觀察到的事實,其應用已經深入在物理學的其他分支中,諸如統計物理、凝聚態物理和非線性系統等等。

楊·米爾斯理論

可以簡單理解為四種力的統一:電磁力、引力、強相互作用力、弱相互作用力。楊-米爾斯理論是一套非常基礎的理論,它為當時的前沿科學指明瞭方向,貼心地提供了一個非常精妙的理論模型。

弱作用中宇稱不守恆

,就是指並非所有物理定律都是左右對稱的。而這種現象是在弱相互作用時發現的。核子實驗科學家吳健雄在1956年發現,鈷60原子核的衰變過程並不具有左右對稱現象,這一發現也就意味著弱相互作用過程都是如此。

楊-巴克斯特方程

是研究統計物理和量子場論中可積模型的一個重要方程。1967年11月與12月,楊振寧寫了兩篇文章,討論下面一個極簡單的一維空間量子多體問題:他發現,這個問題可以完全解決,其中一個極重要的方程是:

A(u)B(u+v)A(v)=B(v)A(u+v)B(u)

1972年巴克斯特在一個二維空間經典統計力學問題中也發現了這個方程的重要性。1981年此方程被命名為楊-巴克斯特方程。近五六年來,人們發現楊-巴克斯特方程在物理和數學中有極廣泛的意義,它是置換群結構的一類推廣。

就目前所知,楊-巴克斯特方程與下列的物理數學領域有密切關係。

物理:一維量子力學問題

二維經典統計力學問題

共形場論

數學:結理論和辮子理論

運算元理論

霍普夫代數

量子群

三維流形的拓撲

楊·米爾斯理論的缺陷

但是楊·米爾斯理論也並非沒有缺陷,因為規範理論中的傳播子都是沒有質量的,否則便不能保持規範不變。電磁規範場的作用傳播子是光子,光子沒有質量。但是,強相互作用不同於電磁力,引力和電磁力都屬於長程力,強弱相互作用都是短程力,短程力的傳播粒子一定有質量,楊-米爾斯理論的量子必須質量為零以維持規範不變性。如果其作用粒子質量為零,則其作用是長程作用力。然而實驗上沒有觀察到長程力的的作用。

後來希格斯嘗試修補,希格斯機制是一種生成質量的機制,能夠使基本粒子獲得質量。為什麼費米子、W玻色子、Z玻色子具有質量,而光子、膠子的質量為零?希格斯機制可以解釋這問題。希格斯機制應用自發對稱性破缺來賦予規範玻色子質量。

在所有可以賦予規範玻色子質量,而同時又遵守規範理論的可能機制中,這是最簡單的機制。根據希格斯機制,希格斯場遍佈於宇宙,有些基本粒子因為與希格斯場之間相互作用而獲得質量。

希格斯機制

然而楊—米爾斯理論還是沒有變得完美,還是存在著缺陷,特別是,被大多數物理學家所確認、並且在他們的對於“夸克”的不可見性的解釋中應用的“質量缺口”假設,從來沒有得到一個數學上令人滿意的證實。該假設提供了電子為什麼有質量的一種解釋。質量缺口假設的完全解決將提供嚴格的理論證明,也將闡明物理學家尚未完全理解的自然界的基本方面。此前物理學家只能觀察到電子有質量,卻無法解釋電子的質量從何而來。在這一問題上的進展需要在物理上和數學上兩方面引進根本上的新觀念。

五夸克粒子

楊-米爾斯存在性和質量缺口是世界七大難題之一,該問題的正式表述是:證明對任何緊的、單的規範群,四維歐幾里得空間中的楊米爾斯方程組有一個預言存在質量缺口的解。

如果楊·米爾斯理論存在的缺陷可以得到完美解決,那麼規範場論也將變得完美。科學家認為如果楊·米爾斯存在性和質量缺口解決,將有可能解開微觀粒子世界物理學家們尚未了解的奧秘,將引力納入基本模型之中。

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