楊振寧最偉大的成就是什麼?


楊振寧,是清華大學高等研究院創始人,是南開大學理論物理研究室創始人,為中國培養了多個中科院院士和其他頂尖人才,創建了4個赫赫有名的高等學術科研中心。楊振寧不僅對中國和世界貢獻很大,在科學史上的地位也很重要。到清華做全職教授之前,美國馬里蘭大學給楊振寧幾十萬美金年薪,想把楊振寧留在美國,楊振寧當時已經接到了清華的邀請,年薪是100萬人民幣,不及美國的三分之一。楊振寧拒絕了美國的高薪,毅然到清華來。楊振寧把所有的年薪都捐獻給清華,包括一套價值120萬美金的大房子,陸陸續續向清華捐獻600萬美金以上,在清華工作做全職教授20多年,報酬分文不取。

楊振寧本人是很謙虛的,從來沒有說他自己多牛。說楊振寧在科學史上的地位很高,是因為楊振寧有13項諾貝爾獎級別的研究,特別是和R.L.米爾斯合作提出非阿貝爾規範場理論,是現代規範場論的基礎。現代規範場是基礎理論物理學的集大成。已經有50多個諾貝爾獎獲得者的得獎與楊振寧的非阿貝爾規範場理論有關。

很多人以為他在物理學上的貢獻就是宇稱不守恆。其實,楊振寧對物理學的貢獻遠不只是這一個方面,他在統計物理中同樣有很高的地位,而更高的成就是規範場理論。

電磁學的基礎是麥克斯韋方程式。那組方程式有一個性質叫做規範不變性,所以最早關於規範場的理論就是電磁學。電磁學加上量子力學就成為量子電動力學,這個理論是最成功的一個物理理論之一。後來實驗上發現同位旋是一個守恆量子數,性質和電磁場中電荷守恆有些類似。楊先生由此就問為什麼不可以把同位旋守恆的性質也變成一個規範場的理論呢?他告訴我,他在做學生的時候就在考慮這個問題。1954年他把這個問題解決了,提出了現在所謂的非阿貝爾的規範場理論。

近幾十年來,理論物理中一個很重要的探索就是尋找一個完整的弱作用理論,可是一直沒有成功。到了60年代,物理學家格拉肖、溫伯格、薩拉姆引用了楊先生1954年寫的這篇文章中的數學結構,即非阿貝爾的規範場理論的數學結構,來構造一個完整的弱相互作用的理論。1954年,楊先生和米爾斯寫出文章時,楊-米爾斯規範場還不被承認為物理,而只是一個可能對物理有用的數學結構。但到1972年,這個非常簡單而又非常漂亮的數學結構被正式承認是物理的一個基本結構了,是完整的弱相互作用理論的基礎。

從物理基本規律看,相互作用可以分為四類:一類是電磁作用,根基是麥克斯韋方程組;另一種是萬有引力,比如太陽和地球之間的吸引力,萬有引力理論,現在當然公認愛因斯坦的理論最成功;而弱作用理論的基本數學結構是由楊先生和米爾斯所提出的,所以從長期的物理髮展的觀點來看是非常重要的一個貢獻;還有一種相互作用是強作用。大約10年前,由於弱作用理論獲得成功的刺激,有人提出了強作用也是一種楊振寧-米爾斯規範場作用。雖然這還是一個沒有最後證實的理論,但在現存的理論中,是成功可能性最大的一個理論。

這樣看來,電磁作用、萬有引力作用、弱作用和強作用,這四種基本的相互作用中就有兩種是基於楊振寧-米爾斯非阿貝爾規範場的數學結構。從這一點大家就可以了解到楊先生的這一個貢獻是何等了不起。由於這一個貢獻,再加上其他種種成就,楊先生現在在世界物理學界的地位是非常崇高的,我們常常可以聽到一些物理學家的名字,像麥克斯韋、愛因斯坦,量子力學初建時的海森堡、薛定諤以及狄拉克。現在再要往下排的話,楊振寧的名字就要算在裡面了。

一般認為,楊振寧是古往今來科學家中排名第10位(「懷疑探索者」將楊振寧排在歷史第15位左右)。

丁肇中先生,在楊振寧70歲生日宴會上曾這樣說:提到20世紀的物理學的里程碑,我們首先想到三件事,一是相對論(愛因斯坦),二是量子力學(狄拉克),三是規範場(楊振寧)。

在國內,也見到科學史專家的論文持類似觀點:

「在人類科學發展史上,20世紀堪稱物理學世紀,物理學家繁若群星。如果說20世紀上半葉愛因斯坦是物理學的旗手,那麼下半葉當推楊振寧。正像相對論於愛因斯坦一樣,規範場是楊振寧在物理學領域的最高成就。」(高策:《楊振寧與規範場》,載《科學與中國人》1995年第3期)

所以,有學者評價說,清華請回來的楊振寧先生,絕對不僅僅是一個普通的諾貝爾獎獲得者,他的理論、思想和智慧,他的榮譽和地位,他的吸引力和影響力,都使清華多多受益。這就如同請來了一位當代愛因斯坦。

而鄧稼先的夫人許鹿希在《曙光集》出版新書發布會上,這樣熱情洋溢的評價楊振寧:

「鄧稼先對於楊振寧先生在學術上的造詣十分推崇。他多次對我和朋友們說:『如果不是諾貝爾獎規定每人只能在同一個領域獲得一次的話,楊振寧應當再獲得一次諾貝爾獎。你知道不,楊-Mills場,就是規範場,他在這方面造詣非常高。它比起宇稱不守恆來,對物理學的貢獻還要基本,意義還要深遠。它不但影響當代,其前瞻性是以世紀來論的。』」


楊振寧先生最偉大的成就是「楊-米爾斯規範理論」。這個在二十世紀物理學史上的意義要高於他和李政道先生髮現的宇稱不守恆。那麼我從物理學發展史的角度簡單對比一下楊先生的這項成就有多麼重要。

二十世紀初量子力學和相對論的建立是物理學史上最重要的革命,沒有之一。在此之前,牛頓力學只適用於宏觀低速領域,相對論首先將物理學延伸到了宏觀高速領域,而量子力學又將物理學延伸到了微觀低速領域。物理學自此從只能研究人類生活尺度,革命性地擴展到了能夠研究大到宇宙,小到原子,將人類文明抬升到了一個新的階段。

但你是不是發現缺點什麼?沒錯,缺的就是如何來描述微觀高速領域?這就需要將量子力學和狹義相對論結合起來了。量子力學的創始人狄拉克,海森堡,泡利等物理學家做了一系列工作,包括狄拉克方程,場量子化等等,形成了一個量子場論的雛形,量子場論就是量子力學和狹義相對論的完美結合,在這個框架下,基本粒子的產生湮滅和他們之間的相互作用就能夠得到解釋。但是第二次世界大戰的突如其來,打斷了量子場論發展的進程,物理學家們紛紛被招募進核武器的研製工作之中。

第二次世界大戰結束後,物理學又迎來了新的春天,量子場論得以繼續發展。很快費曼,施溫格,朝永振一郎,戴森等以量子場論為基礎建立了量子電動力學,從根本上解釋了電磁相互作用的起源。這時楊振寧登場了,他首先和李政道提出了弱相互作用的宇稱不守恆原理成為當時粒子物理最重要的發現。但他的另一個工作,就是和米爾斯合作的「楊-米爾斯規範場論」,屬於更根本的量子場論範疇。二十世紀六十年代,溫伯格,薩拉姆,格拉肖等物理學家以楊-米爾斯規範場論為基礎,結合希格斯機制,建立了電弱統一理論。七十年代,格羅斯等物理學家又以楊-米爾斯規範場論為基礎建立了量子色動力學。從此粒子物理的標準模型正式完成,它以量子場論為基礎,包含量子電動力學,電弱統一理論,量子色動力學,能夠解釋除了萬有引力之外所有的相互作用。

楊振寧先生曾把二十世紀上半葉量子力學和相對論的發現稱為理論物理學的「挖金礦時代」,將以他為代表的二戰後到80年代之前稱為理論物理學的「挖銀礦時代」,再後面,超弦理論等等,那就是「挖銅礦時代」了,現在嘛,也許是「挖黑鐵時代」了。

在白銀時代里,他是幾位領軍者之一,貢獻不亞於費曼,朗道等任何一位物理學家,更重要的是,他還活著。


楊振寧最偉大的成就是什麼?

施郁(復旦大學物理學系教授)

首先嚴正聲明,筆者是《物理學之美:楊振寧的13項重要科學貢獻》的作者。此文初版發表於物理雜誌,英文版發表於International Journal of Modern Physics A。筆者還以相關內容在2014年第8界華人物理學大會以及2015年紀念楊-米爾斯理論60周年大會上以此文為部分內容作大會特邀報告。很多人在網路上肆意拷貝本人作為物理學史專家所字斟句酌耗費大量精力的文字。這些人都要向筆者道歉!

楊振寧最偉大的成就是楊-米爾斯規範場論。

1954年,楊-米爾斯規範場論(即非阿貝爾規範場論)發表。在兩篇短文中,楊振寧和羅伯特?米爾斯(Robert Mills)將赫爾曼?外爾(Hermann Weyl)的阿貝爾規範理論推廣到非阿貝爾規範理論[27,28]。這個當時沒有被物理學界看重的理論,通過後來許多學者於1960到1970年代引入的自發對稱破缺與漸進自由的觀念,發展成今天的標準模型。 這被普遍認為是20世紀後半葉基礎物理學的總成就,主導了長期以來基礎物理學的研究。

楊振寧和米爾斯進行這個推廣的動機清晰表達於他們1954年的第一篇短文[27]。那是楊振寧在當年美國物理學會四月會議M會場所作報告的摘要,大概在四月一日之前作為會議摘要投稿。摘要寫道(筆者翻譯):

「電荷是電磁場的源。這裡的一個重要概念是規範不變性,它緊密相關於(1)電磁場的運動方程,(2)流密度的存在,(3)可能存在的帶電的場與電磁場的相互作用。我們嘗試將這一規範不變性的概念推廣,以用於同位旋守恆。」

因此楊振寧和米爾斯所做的是將電磁相互作用與阿貝爾規範場之間的緊密關係推廣到一種新的相互作用與非阿貝爾規範場之間的緊密關係。 從數學觀點講,是從描述電磁學的阿貝爾規範場論到非阿貝爾規範場論的推廣。而從物理觀點上講,是用此種推廣發展出新的相互作用的基礎規則。也就是說,他們敲開了「對稱支配力量」這一原理的大門。


在楊振寧的眾多學術成就中,弱相互作用中的宇稱不守恆定律在各方面都算是比較受到學術界承認和肯定的。

1957年,李政道和楊振寧就是憑藉這個理論獲得了諾貝爾物理學獎,成為了史上首位華人諾貝爾獎得主。

所謂宇稱,就是描述微觀粒子體系運動或變化規律左右對稱性的量。在李政道和楊振寧的宇稱不守恆定律出現之前,物理學家們都一致公認創立於1924年的宇稱守恆定律,因為它符合了大多數的實驗結果,因此人們對它都深信不疑。

後來,由於θ與τ粒子在實驗中顯現出了矛盾現象,一些人開始對宇稱守恆定律提出了質疑,但是這棵「金科玉律」的大樹並不是那麼好推倒的,很多人的質疑最後都不了了之。

直到1956年,李政道和楊振寧在紐約的上海飯店的一次會餐中,不約而同地表示了對這一問題的質疑,英雄所見略同,隨後兩人便進行了深入的合作。

他們根據對實驗事實的分析,直接從理論上指出了宇稱守恆定律的漏洞,並大膽提出了宇稱不守恆定律的相關猜想。為了驗證這一猜想,他們去找了當時有「中國居里夫人」之稱的女物理學家吳健雄,吳健雄也欣然答應。

(李政道(左一)與吳健雄(左二)與其他物理學家的聚會)

之後,在擁有先進設備的華盛頓國家標準局中,吳健雄用鈷60驗證了這一猜想:在基本粒子弱相互作用的領域內,宇稱並不守恆,也就是說,宇稱守恆定律並不普遍適用。

物理學者們都認為,如果沒有這一定律的發現,很難想像,今天的理論物理會是個什麼樣子。

眾所周知,論文是諾貝爾獎的評定標準中很重要的一項,當時得獎的論文中,第一作者是李政道,因為論文更偏向於粒子物理,是李政道擅長的領域,李認為是他提出的原創想法,楊只是參與了之後的系統分析,然而先上台領獎的卻是楊振寧,之後兩人因此決裂,楊振寧之後也在《楊振寧論文選編》中爭鋒相對,提出李並不是完全的原創思想來源者,不過具體真相我們也不得而知了。

但是不管如何,楊振寧在宇稱不守恆定律中的貢獻也不可忽視,這個諾獎也確實是實至名歸的。

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楊振寧的物理學研究領域廣泛,他在統計力學、粒子物理學理論和量子場理論等方面都取得了傑出成就,特別是他和李政道合作期間成果豐碩。

在統計物理方面,他與李政道合作關於相變的一系列研究已經成為經典文獻;他本人在1967年首先發現的Yang-Baxter方程為可積模型的研究開闢了全新的方向,對物理和數學都有廣泛的影響;他還提出了非對角長程序的概念。

1954年,楊振寧與羅伯特·米爾斯一道提出了楊-米爾斯理論,即非阿貝爾規範理論,楊-米爾斯理論對基礎物理學產生了深遠的影響,是粒子物理學的標準模型的基礎;1970年代他與吳大峻合作研究規範理論的整體性質,亦即規範理論與數學上纖維叢的密切聯繫,楊-米爾斯理論的數學性質也是近三十多年來數學研究的重要課題。

1956年楊振寧和李政道合作,深入研究了當時令人困惑的θ-τ之謎——即後來所謂的K介子有兩種不同的衰變方式。楊振寧和李政道通過分析認識到,很可能在弱相互作用中宇稱不守恆。他們仔細檢查了過去的所有實驗,確認這些實驗並未證明弱相互作用中宇稱守恆。在此基礎上他們進一步提出了幾種檢驗弱相互作用中宇稱不守恆的實驗途徑。次年,這一理論預見得到吳健雄小組的實驗證實。因此,楊振寧和李政道的工作迅速得到了學術界的承認,並獲得1957年諾貝爾物理獎。


關於楊教授和翁帆的婚戀,我的理解是楊教授欣賞翁帆的知性單純,而翁帆崇拜楊教授的學識和思想的深度高度,雖年齡大了,他的思維的活躍卻有甚於年輕人,這是普通年輕人所沒有的魅力。同時,我覺得翁帆也是非常感激楊教授帶給她象牙塔中的象牙塔的生活的,在這方面楊教授是成就了翁帆的夢想與追求的。每個人都有自己的夢想,有自己追求的生活,每個人也都應該有追求自己的沒想,自己的生活的權力。你追求平凡的生活,為此付出平凡的代價,翁帆追求她象牙塔中的象牙塔的生活,欣賞崇拜楊教授,為此願意付出她的青春,她是甘心的,也是喜悅的。我不明白為什麼那麼多人噴她,甚至侮辱詛咒她。人家沒有阻止你追求你的生活吧?你們有什麼權利這樣做?非得每個人跟你一樣才可以?


我個人認為楊振寧有以下成就:

(1) 弱作用宇稱不守恆(諾貝爾獎工作)。
(2) Yang-Mills非交換規範場理論(弱電統一的基礎之一) 。
(3) 費米子系統的Bethe ansatz嚴格解和Yang-Baxter方程(引起數學領域對辮子群和紐結理論的廣泛研究) 。
(4) 非對角長程序(凝聚物理的核心理論之一) 。
(5) 磁單極子的量子化和規範理論中的拓撲結構(拓撲場論的開創性工作,微分拓撲被引入物理學) 。
(6) Lee-Yang單圓定理(相變現象的基礎理論) 。
(7) 2D Ising model的自發磁化和臨界指數(臨界現象和普適類的開創性工作) 。
(8) 玻色氣體的Lee-Huang-Yang修正(富有遠見的理論,50年後方被冷原子實驗證實)。


說實話,這個問題有點扯,那麼,我也隨便扯扯吧!若你要問,老子的最偉大的成就,我知道是道德經;若你問孔子的偉大成就,我知道是以仁義為中心的儒家思想;若你問孫武的最偉大的成就,我知道是孫子兵法;若你問牛頓的最偉大的成就,我知道是萬有引力和經典力學;若你問愛因斯坦的最偉大成就,我知道是相對論和質能方程;當然還有其他的偉大的人物,這些人物,在各自的學術領域,都取得了影響百代的偉大成就,!然而,你要問我楊振寧最偉大的成就是什麼?我不知道,用數學方程式的解法,答案是:無解!下面試論敘之!

關於楊的成就,試例舉如下:相變理論;玻色子多體的問題;楊.Baxter方程;超導體碰道量子化的理論;非對角長程序,弱相互作用中宇稱不守量,等等(非專人事,一些專業語言搞不太懂,諒解,不過,也感謝漢語的強大和包容,可以認識這些專業語言),一大堆理論!並號稱愛因斯坦後,最全面的物理學家,但是,你讓我從這些理論研究成果中,找出劃時代的成果,因為只有劃時代的成果,才能稱為偉大的成果,但是,我找不到!那啥叫劃時代的成果,除了開始我列舉的幾個偉大的人物,我想,人類使用火,算是偉大的成就;其次,鐵器的使用,蒸汽機的使用,電的使用;還有,中國古代的四大發明;或者你發明了治癒癌症或艾滋病毒的藥物,這些都可以稱之為偉大的成就,甚至是最偉大的成就。這些都深刻改變著人類的生活!我學問低,對於楊振寧先生的成就,我沒看到能與上述偉大成就相媲美的!

那麼,以後的物理學,若能定居月球,宇宙航行,甚至,蟲洞穿梭,從而實現星際航行;甚至,超越光速,時空旅行,對於未來和過去,猶如去北京和上海!或許,人類能深刻認識量子層面的東西,並深刻改變現實世界。諸如此類,若你能在物理學中能做出其中一樣成績,算作最偉大的成就,毫不為過!可是,在如今物理學的瓶頸期,並沒打破這種瓶頸期,你卻說誰做出了偉大成就,那隻能是王婆賣瓜自賣自誇,猶如盛唐之後的乾隆皇帝說他自己的詩詞是最偉大的一樣!綜述,推導楊先生的成就,或許為下一次物理學的偉大變革做準備,也許才是真的!所以,成就有,偉大的成就_沒有!

楊振寧先生,生於1922年,安徽省合肥人,可以說,是中國的教育,培養了楊振寧先生的人生觀和世界觀,也是當時中國,培養的一位高才生。至1964年,當時的中國,生活條件,很差;科研條件,很差。再者,做為一個在美國外國人,不入美國籍,根本接觸不到核心科技。楊先生權衡利弊,決定加入美國籍。從此,為美國的科技發展,做出了突出的貢獻!至2003年,已經八十一歲的楊振寧先生,要葉落歸根吖,畢竟,他的列祖列宗在中國,是中國培養成就了他。也許,為了心靈的安慰,楊先生又回到中國來養老,並娶了美嬌娘翁帆。順便,又為中國的科技發展,也做出了貢獻!

從上述可知,楊先生可謂是個極致的利己主義者,每一步,其都是人生的贏家!你不服不行!反正,我是佩服吖!但是,我更佩服的是,在新中國艱苦奮鬥的歲月,錢學森,錢三強,鄧嫁先等等一大批不怕吃苦的科學家,才是吾心中國驕傲,這些科學家,雖然沒有得到諾貝爾獎,他們的成就,永遠銘記在中國老百姓的心中,銘刻在青史之中!

最後,想說,我對楊振寧先生的一些行為,也是反感的!但是,楊振寧先生晚年的回國,畢竟給中國帶來了一些最新的科技!否則,我不會浪費我的精力,寫這遍文章!面對歐美對中國軍事和科技的封鎖,你又奈若何也!


楊振寧教授作為和牛頓、愛因斯坦齊名的科學家,不僅是華人的驕傲,也是全人類的驕傲。沒有這些科學巨匠,就沒有社會的進步。我們也無緣在這個平台上說東道西了。說他年輕時不歸國,現在回國養老,試想:在那個以「階級鬥爭」為綱的年代,有多少無辜科學家死於非命,象他這樣成份複雜的人(戰犯的女婿),真的回來那不是白白送死?就養老說,美國的養老條件比我們國家不知高多少倍了。在這個稍有錢財就伸長脖子拿到美國綠卡的時代,楊教授決然棄美籍入中籍,那才是高山仰止的舉動哪!之於「一樹梨花壓海棠」,自古美人愛英雄,翁帆愛楊,合理合法,和別人有半毛錢關係嗎?況且這位偉大科學家的高壽,還和翁的悉心照料密不可分,我們還要感謝這位衝破世俗的勇敢女人。也許,月下老早把他們拴在一起了?


最偉大的當然是宇稱不守恆和規範場論了。

楊振寧的研究範圍在統計力學,量子場論,凝聚態等等,其楊米爾斯規範場(即標準模型)是最偉大的成就。其綜合了弱相互作用,強相互作用,電磁相互作用,和組成宇宙的62種基本粒子的性質和運動作出了描述。統治了20世紀後半期的理論物理,在希格斯玻色子補空拼圖,統一場論極大完成,由於標準模型太過完美,還造成了21世紀高能物理的真空期。

據丁肇中講,標準模型和量子力學,相對論是並列的20世紀,現代物理學三大成就。

鄧稼先講,楊米爾斯場論的意義是和牛頓的萬有引力相媲美的。

首先宇稱不守恆是粒子物理的經典的思想破除,就是消滅柏拉圖以來對對稱的完美性想像。掃除了思想工作。

非交換規範場論,弱電統一的基礎理論之一。

非對角長程序,凝聚態的核心理論之一,也是凝聚態少數幾個非牛頓萬有引力式的的唯象理論,確定的定律。

費米子系統的Bethe ansatz嚴格解和Yang-Baxter方程(引起數學領域對辮子群和紐結理論的廣泛研究)

磁單極子的量子化和規範理論中的拓撲結構(拓撲場論的開創性工作,微分拓撲被引入物理學)
Lee-Yang單圓定理(相變現象的基礎理論)
2D Ising model的自發磁化和臨界指數(臨界現象和普適類的開創性工作)
玻色氣體的Lee-Huang-Yang修正(富有遠見的理論,50年後方被冷原子實驗證實)

特別是標準模型,規範場論,是追求更深奧高能的的物理層次不可缺失的鋪橋搭路。物理學擺脫不了楊振寧的影響。

牛頓力學和微積分奠定了經典物理。開啟了物理與數學的深層聯繫。

愛因斯坦與黎曼幾何開啟了現代物理學的另一大支柱,打破了絕對時空和歐幾里得幾何規則。

麥克斯韋統一電磁學,證明了電和磁的相互轉換。

楊米爾斯場論統一了量子場論,與纖維叢理論,也有牛頓和愛因斯坦對現代物理和數學重構的關係

物理學界有三檔,第一檔牛頓,愛因斯坦,麥克斯韋。

第二檔有波爾,泡利,朗道,薛定諤,海森堡,狄拉克等人,無論如何楊振寧都是第二檔最耀眼的存在,與量子力學第一人狄拉克不相上下。

第三檔就是諾貝爾獎獲得者,獨立各自物理學的分支節點,的基礎工作。

楊振寧是物理史至少第六第七,極有可能進前五,不會出前十的物理大神。黃種人包括整個亞洲歷史最強,華人第一,也可能算是華人在整個物理史榜能一提出的存在。

如果你非要把霍金,居里夫人,特斯拉要加進去我就呵呵了。


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