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如果要說當今在世的物理學家誰的成就最高,那麼,我國著名物理學家楊振寧可以說當之無愧,無需加上之一。那麼,楊振寧厲害在哪裡?他取得了哪些載入史冊的物理學成就呢?
有人可能會說,在霍金於去年逝世之前,霍金是在世最偉大的物理學家。但事實並非如此,與楊振寧相比,霍金的物理學成就至少要低一個檔次。只是霍金在科普領域取得了巨大的成功,所以他更為人們所熟知。而楊振寧的成就在於基礎物理,普通人一般都不會接觸到,但他是享譽世界的頂級物理學大師。
諾貝爾獎的成就
長久以來,諾特定理深入人心,人們認為物理學定律是完全對稱的,當電荷、宇稱以及時間被反轉之後,還是完全一樣的。以宇稱守恆為例,一個基本粒子與其鏡像粒子擁有完全相同的性質。
然而,楊振寧和李政道在1956年發表論文認為,在弱相互作用的情況下,基本粒子的宇稱會存在不守恆的現象。這一觀點引來諸多物理學家的反對,著名物理學家泡利表示,「上帝不會是位弱的左撇子」。但在次年,包括吳健雄在內的多位物理學家都觀測到了宇稱不守恆的現象,那一年的諾貝爾物理學獎頒給了楊振寧和李政道。
不過,這項成就並非是楊振寧的最高成就,他的最偉大成就與現代物理學的明珠——粒子物理標準模型有關。那麼,粒子物理標準模型是什麼?楊振寧做了什麼重大貢獻?
超越諾獎的成就
在自然界中,人類最早認識到的兩種基本力是引力和電磁力。愛因斯坦在創立描述引力的新理論——廣義相對論之後,嘗試把電磁力和引力統一在一起,但他始終未能成功。隨著粒子物理的發展,人類認識到了還有兩種在原子核中起作用的基本力——強核力和弱核力。物理學家開始思索,可以先統一在微觀領域起重要作用的三種基本力——電磁力、強核力和弱核力。
楊振寧率先站了出來。為了解釋強核力作用,楊振寧提出了楊-米爾斯理論,這是一套基於群論和對稱性的規範場論。以此為基礎,物理學家統一了電磁力和弱核力,由此得到了電弱統一理論,為此做出直接貢獻的幾位物理學家獲得了諾貝爾物理學獎。
此後,強核力的描述也進一步得到拓展和完善。最終,物理學家創立了描述電磁力、弱核力和強核力這三種基本力的理論——粒子物理標準模型。這套理論是目前理論物理學的最高成就,它能描述所有在粒子加速器中觀測到的現象,而且還能預言新的現象,並且能被實驗證實。
標準模型是建立在楊-米爾斯理論的基礎之上,所以楊振寧對現代物理學做出了巨大的貢獻,這無疑遠遠超越了他當年獲得諾獎的成就。憑藉著這項成就,楊振寧也是當之無愧的物理學大師。楊振寧可以排進最偉大物理學家的前二十,並且是當今在世的第一。
後來者
未來,能夠挑戰楊振寧地位的也只有統一四大基本自然力的物理學家。作為弦理論的領軍人物,愛德華·威滕可能是其中一位候選人。但目前的問題是,弦理論還沒有得到實驗的檢驗,只是一套自洽的數學框架。