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杨振宁最伟大的成就是什么
杨振宁,是清华大学高等研究院创始人,是南开大学理论物理研究室创始人,为中国培养了多个中科院院士和其他顶尖人才,创建了4个赫赫有名的高等学术科研中心。杨振宁不仅对中国和世界贡献很大,在科学史上的地位也很重要。到清华做全职教授之前,美国马里兰大学给杨振宁几十万美金年薪,想把杨振宁留在美国,杨振宁当时已经接到了清华的邀请,年薪是100万人民币,不及美国的三分之一。杨振宁拒绝了美国的高薪,毅然到清华来。杨振宁把所有的年薪都捐献给清华,包括一套价值120万美金的大房子,陆陆续续向清华捐献600万美金以上,在清华工作做全职教授20多年,报酬分文不取。
杨振宁本人是很谦虚的,从来没有说他自己多牛。说杨振宁在科学史上的地位很高,是因为杨振宁有13项诺贝尔奖级别的研究,特别是和R.L.米尔斯合作提出非阿贝尔规范场理论,是现代规范场论的基础。现代规范场是基础理论物理学的集大成。已经有50多个诺贝尔奖获得者的得奖与杨振宁的非阿贝尔规范场理论有关。
很多人以为他在物理学上的贡献就是宇称不守恒。其实,杨振宁对物理学的贡献远不只是这一个方面,他在统计物理中同样有很高的地位,而更高的成就是规范场理论。
电磁学的基础是麦克斯韦方程式。那组方程式有一个性质叫做规范不变性,所以最早关于规范场的理论就是电磁学。电磁学加上量子力学就成为量子电动力学,这个理论是最成功的一个物理理论之一。后来实验上发现同位旋是一个守恒量子数,性质和电磁场中电荷守恒有些类似。杨先生由此就问为什么不可以把同位旋守恒的性质也变成一个规范场的理论呢?他告诉我,他在做学生的时候就在考虑这个问题。1954年他把这个问题解决了,提出了现在所谓的非阿贝尔的规范场理论。
近几十年来,理论物理中一个很重要的探索就是寻找一个完整的弱作用理论,可是一直没有成功。到了60年代,物理学家格拉肖、温伯格、萨拉姆引用了杨先生1954年写的这篇文章中的数学结构,即非阿贝尔的规范场理论的数学结构,来构造一个完整的弱相互作用的理论。1954年,杨先生和米尔斯写出文章时,杨-米尔斯规范场还不被承认为物理,而只是一个可能对物理有用的数学结构。但到1972年,这个非常简单而又非常漂亮的数学结构被正式承认是物理的一个基本结构了,是完整的弱相互作用理论的基础。
从物理基本规律看,相互作用可以分为四类:一类是电磁作用,根基是麦克斯韦方程组;另一种是万有引力,比如太阳和地球之间的吸引力,万有引力理论,现在当然公认爱因斯坦的理论最成功;而弱作用理论的基本数学结构是由杨先生和米尔斯所提出的,所以从长期的物理发展的观点来看是非常重要的一个贡献;还有一种相互作用是强作用。大约10年前,由于弱作用理论获得成功的刺激,有人提出了强作用也是一种杨振宁-米尔斯规范场作用。虽然这还是一个没有最后证实的理论,但在现存的理论中,是成功可能性最大的一个理论。
这样看来,电磁作用、万有引力作用、弱作用和强作用,这四种基本的相互作用中就有两种是基于杨振宁-米尔斯非阿贝尔规范场的数学结构。从这一点大家就可以了解到杨先生的这一个贡献是何等了不起。由于这一个贡献,再加上其他种种成就,杨先生现在在世界物理学界的地位是非常崇高的,我们常常可以听到一些物理学家的名字,像麦克斯韦、爱因斯坦,量子力学初建时的海森堡、薛定谔以及狄拉克。现在再要往下排的话,杨振宁的名字就要算在里面了。
一般认为,杨振宁是古往今来科学家中排名第10位(“怀疑探索者”将杨振宁排在历史第15位左右)。
丁肇中先生,在杨振宁70岁生日宴会上曾这样说:提到20世纪的物理学的里程碑,我们首先想到三件事,一是相对论(爱因斯坦),二是量子力学(狄拉克),三是规范场(杨振宁)。
在国内,也见到科学史专家的论文持类似观点:
“在人类科学发展史上,20世纪堪称物理学世纪,物理学家繁若群星。如果说20世纪上半叶爱因斯坦是物理学的旗手,那么下半叶当推杨振宁。正像相对论于爱因斯坦一样,规范场是杨振宁在物理学领域的最高成就。”(高策:《杨振宁与规范场》,载《科学与中国人》1995年第3期)
所以,有学者评价说,清华请回来的杨振宁先生,绝对不仅仅是一个普通的诺贝尔奖获得者,他的理论、思想和智慧,他的荣誉和地位,他的吸引力和影响力,都使清华多多受益。这就如同请来了一位当代爱因斯坦。
而邓稼先的夫人许鹿希在《曙光集》出版新书发布会上,这样热情洋溢的评价杨振宁:
“邓稼先对于杨振宁先生在学术上的造诣十分推崇。他多次对我和朋友们说:‘如果不是诺贝尔奖规定每人只能在同一个领域获得一次的话,杨振宁应当再获得一次诺贝尔奖。你知道不,杨-Mills场,就是规范场,他在这方面造诣非常高。它比起宇称不守恒来,对物理学的贡献还要基本,意义还要深远。它不但影响当代,其前瞻性是以世纪来论的。’”
杨振宁的成就有哪些
1、相变理论
统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析,从而抓住问题的本质和精髓。
1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文,得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型,但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。
1952年,杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表,发表后引起爱因斯坦的兴趣。论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质,发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质,消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。
这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理,它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。
2、玻色子多体问题
起源于对液氦超流的兴趣,杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。
首先,他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文,将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间,杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正,然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。
他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项,但当时无法得到实验验证。不过,这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。
3、杨—Baxter方程
20世纪60年代,寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年,杨振宁发现1维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程,后被称为杨—Baxter方程(因为1972年Baxter在另一个问题中也发现这个方程)。
1967年,杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章,进一步探讨了此问题的S矩阵。后来人们发现杨—Baxter方程在数学和物理中都是极重要的方程,与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。
杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要,而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。
4、超导体磁通量子化的理论解释
1961年,通过和Fairbank实验组的密切交流,杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化,证明了电子配对即可导致观测到的现象,澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理,并纠正了London推理的错误。
在这个工作中,杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。
5、非对角长程序
1962年,杨振宁提出“非对角长程序(off-di-agonallong-rangeorder)”的概念,从而统一刻画超流和超导的本质,同时也深入探讨了磁通量子化的根源。
这是当代凝聚态物理的一个关键概念。1989到1990年,杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态,并和张首晟发现了它的SO(4)对称性。
杨振宁的主要成就有哪些
杨振宁是让全中国人为之自豪的伟大物理学家,与米尔斯提出“杨一米尔斯规范场”;与李政道一同推翻爱因斯坦的“宇称守恒定律”;创立统计力学上的“杨氏方程式”——无论哪一项成果都足以促进当代物理学的重大发展。
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