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爱因斯坦的相对论总被人提及,为什么杨振宁的杨

2020-07-20 21:37阅读(68)

爱因斯坦的相对论总被人提及,为什么杨振宁的杨-米尔斯理论却很少会吸引人的眼球呢?杨振宁被称为 “在世最伟大的理论物理学家,没有之一。”其提出的“杨-米尔

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题主在问题中还提到了相对论、量子纠缠、薛定谔的猫,和这些相比,杨米尔斯理论的确在公众中很少被人提及。很少被公众了解,不是因为杨米尔斯理论不伟大,在我看来是因为很难做出面向大众的关于杨米尔斯理论的科普。

知道相对论的人很多,但能够理解运动的尺变短、运动的钟变慢的人就要少很多,能写出钟慢尺缩公式的人会变得更少。相对论的出现极大改写了人们对时间、空间的认识,其产生的强烈震撼至今仍回荡在公众心中。速度增大时间居然变慢,长度居然会收缩,这种奇特的现象与日常生活形成的经验总结不相容。依托相对论,涌现出很多科幻小说,也有很多关于相对论的科普作品面向大众。所以相对论能够在公众中收获人气。

量子世界也是非常的奇特,量子纠缠的奇特被一些自媒体广泛提及,不确定性原理、测量导致塌缩等等也与人们的日常思维不匹配。量子世界的奇妙也为科幻作品、科普作品提供了优秀的素材,薛定谔的猫甚至被用到了爱情中。尽管量子力学是高冷的,量子力学中的猫、一些奇特的现象还是很接地气很吸引人的。

霍金的《时间简史》风靡全球,其中一个原因就是里面出现的公式极少,只有一个质能方程。霍金曾说过,每增加一个公式就会导致销量减少一半。越是高深就越容易曲高和寡。

杨米尔斯方程是非线性偏微分方程,从形式上看就要比相对论的一些公式复杂难懂。极少有科普文章能够面向公众科普清楚杨米尔斯方程,理论的高深使得在公众中很少有市场。

科学成就的高低不是看在公众中有多高的知名度,主要还是看科学共同体的评价。杨振宁1994年获美国的鲍尔奖时,授奖词中将他的杨米尔斯场排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。从中可以感受到杨米尔斯理论的伟大。

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其实这个问题和另一个问题是一回事:你知道世界第一高山是珠穆朗玛峰,那第二高呢?第三高呢?

事实就是这么残酷:不是第一,知名度就会远逊于第一。

有的朋友会说:我知道世界第二高山是乔戈里峰,我还知道世界第三高山是干城章嘉峰,还有第四……

那你确实很厉害,但你一定学过,或是对地理很有兴趣。

科学也是这样。即便是文科生,没有专门学过物理,一定知道爱因斯坦的名字,知道量子力学这个说法,知道牛顿。

但如果不去专门学习,很难知道除了这些No.1之外,还有很多也很伟大的科学家。

这可能就是所谓的「学科壁垒」:你必须稍微花一些力气才能知道的东西。

你认真学了高中物理,那你除了知道牛顿、爱因斯坦之外,还可能会知道波尔、麦克斯韦、薛定谔。

你认真学了本科阶段的物理,你大概就能「听说」大部分物理学家的名字了。

而只有你真的钻到了某个学科,比如粒子物理、量子场论,你才能认识到杨振宁的贡献,才能知道杨-米尔斯理论到底是什么。这背后还需要掌握大量的背景知识。

爱因斯坦的工作,在很多标准下,都可以说比杨老的工作要重要,但也没有天上地下的差别,至少杨振宁老先生的贡献,比一众只知道揪着私生活喷的喷子要不知高到哪里去了。

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因为杨-米尔斯场太晦涩了,大家都认为爱因斯坦的相对论难,实际上杨-米尔斯场更难。

一个是宏观的几何美学,一个是微观的晦涩难懂。

爱因斯坦凭着物理直觉,构建起来的广义相对论主要框架,是一种纯粹如玉一般的几何美学。

而杨-米尔斯场是建立在20世纪20年代兴起的原子碎片上的理论。纷繁复杂的微粒子,注定了杨-米尔斯场描述的繁琐以及晦涩难懂。

杨-米尔斯场,是1954年由杨振宁和他的学生米尔斯共同发现的,被誉为一个多世纪之前描述光理论的麦克斯韦场的进一步推广。但它比麦克斯韦场更为丰富,不仅可以描述光,还可以描述电荷,因此它可以用来解释弱力与强力。

基于量子力学的杨-米尔斯场,是构建在众多的原子碎片上的。为了能包容粒子们众多的特点,杨-米尔斯场的计算相当繁琐。同时在20世纪五六十年代,杨-米尔斯场还面临一个最大的难题:无法重整化。

无法重整化的意思就是,计算结果会出现无穷大,此结果没有物理意义。

而拯救杨-米尔斯场的人,是20年后的一个名叫胡夫特的研究生。他发现只要存在“对称破坏”,杨-米尔斯场就可以获得质量。并证明了杨-米尔斯场,是一个有明确界定的,粒子相互作用理论。

基于此,到了20世纪70年代,物理学家们才逐渐发现,杨-米尔斯场可以解释所有的核物质。

核物质相对于宏观物质来说,对大众来说太神秘了。所以说,它的知名度肯定没有爱因斯坦相对论高!但在物理学界,杨-米尔斯场一样是牛逼轰轰的存在。

一个是自下而上的碎片收纳箱,一个是自上而下的统一几何网。

杨-米尔斯场和爱因斯坦相对论最大的区别就是,杨-米尔斯场描述的是微观的难以感知的物质,而爱因斯坦相对论描述的是宏观可感知的物质。

所以大家都喜欢拿相对论来开脑洞,各种天体运动与光速问题都可以成为热门话题,但杨-米尔斯场描述的是微观的东西,这些东西不是我们平时可以接触或者想象的。

而量子力学大家连最基础的“哥本哈根解释”都难以消化,更不用说,支撑量子力学底层数学的杨-米尔斯场。

相对论难,但我们还可以想象;而杨-米尔斯场已经难到无法想象了,对于无法想象的事,自然关注度就不高了。

以杨-米尔斯场为基础,才建立了量子力学的标准模型。但核心的关键是对称性的概念。

简单了解一下,物理学里面的对称性,你就知道,杨-米尔斯场比爱因斯坦相对论到底难多少了。

我大概说三种对称性的描述。

第1种最简单的时空对称。

这种对称是我们日常最常见的,比如说光的反射,雪花旋转60度,形状还是一样的。相对论实际上就是时间与空间的旋转。

第2种对称需要重组一系列对象来建立。

比如我们经常见到的一种街头小把戏。把三个相同的杯子,其中的一个里面放了一个小球,然后不停的旋转,变换他们的位置。那他们有多少种组合方式?

稍微计算一下,你就会发现总共有6种排列方式。对于看不见杯子里面小球的人来说,这6种方式在外观上看起来是一样的。数学家将这种对称对称性描述为S3。

如果这三个杯子换成夸克,实际上就是我们熟悉的,由三个夸克组成的基本粒子,由强力控制的质子和中子。描述这个的物理方程,我们就称这个方程具有SU(3)的对称性

大概理解下就行了哈。

第3种对称型组合方式。

实际上就是描述由弱力控制的电子和中微子。类比上面的比喻,我们称描述这个的方程具有SU(2)的对称性

说到这,即便我已经很通俗的用比喻的方式来介绍第2种与第3种,但是如果你不是学数学的,可能还是会觉得不好理解。

而爱因斯坦相对论玩的只是第1种对称方式,而杨-米尔斯场玩的是所有的对称方式。

总结

当然,理论也并不是越难越好,其实物理学反而追求的是简单。所以“标准模型”的复杂也一直让人诟病。卢瑟福曾说,基于标准模型的粒子物理学研究,就像是一种集邮。

总的来说,杨-米尔斯场没有爱因斯坦相对论出名,并不是因为它不够优秀,而是因为对大众来说,太深奥和晦涩。

爱因斯坦的相对论,既有深度,又给人足够的想象空间;杨-米尔斯场的深度绰绰有余,但一般人,对它难以想象。

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爱因斯坦的相对论总被人提及,为什么杨振宁的杨-米尔斯理论却很少会吸引人的眼球呢?

看起来大家对爱因斯坦的相对论似乎很熟悉,因为理解一些延伸出来的比如质能方程或者质增效应或者空间膨胀以及引力等表面上的东西并不深奥,稍稍有些许数学知识大部分还是能理解的!

正因为如此,各种一知半解的民间科学家挑战爱因斯坦的相对论,或者普朗克的量子力学,抱歉普朗克也躺枪了,但确实有.....但从来没听说过有人要挑战杨振宁,或者我孤陋寡闻,哪位如果有听说过的不妨出来818,愿闻其详!因为杨振宁和米尔斯合作的杨米尔斯理论门槛太高了,如果那么多民间科学家到了这个层次就不是挑战杨振宁了,将是膜拜.....正所谓钻的够深才会觉得自己了解得太少,而知识正是这样!因此科学界没有人去挑战爱因斯坦!

从杨-米尔斯理论开始即要求相当的数学与物理以及广义相对论等,几乎无法用通俗的语言来描述,比如相对论中的各种简化公式在杨-米尔斯理论中基本不存在,这个如果对大众科普的话,估计还没开讲就跑掉一大半了,所以说起这个杨-米尔斯理论,甚至在普通大众中了解的都不多!

也许最简单与最容易描述的也就是这个电弱统一了......

但大众对这些不会有兴趣,而对于描述宇宙,天体,黑洞......等等却是科普的热点与重点,毕竟科普和科研是两回事,而兴趣与研究同样是两回事,所以选择容易理解,也是更感兴趣的话题就是非常自然的事情了!

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首先,杨-米尔斯方程实际几乎一文不值。很多人对杨振宁的吹嘘吹到天了!杨振宁回国的原因,主要是国外的学术期刊都不愿意再发表他论文了,原因就是他很久都没有新意了,唯独国内的期刊还肯发表他的论文。没人肯再发表杨振宁论文,这就是对杨振宁的评价,也就是认为他的新论文一文不值呗。

杨-米尔斯理论只是N个大统一理论中的一个,而且没有作出解,也就是没有解出来,没有任何实际用途。而真正实现了电磁力、弱作用、强作用理论统一的是别人,而且别人也因此拿了诺贝尔物理学奖:S.格拉肖、S.温伯格和萨拉姆提出的SU(2)×U(1)模型,预言了弱中性流和粲数的存在及其性质,均为以后一系列的实验所证实。由于他们对电弱统一理论的重大贡献,这三位学者获得了1979年度诺贝尔物理学奖。这三位学者的成就其实也就是对杨-米尔斯理论的否定,因为人家的模型正确统一了三大作用力,也就无需杨-米尔斯理论了。

如果杨-米尔斯理论真有价值,那么合伙人一定也会名声大噪,然而米尔斯却默默无闻,只是找到一个不知名的Oklahoma State University去当助理教授,一辈子也没什么进展,可见那个理论实际一文不值。

统一理论实际是爱因斯坦提出来的,然后N多人都想去解决,杨-米尔斯只是其中一个方程式,但是却没有解,而格拉肖等人成功用其他理论解决了三大作用力的统一,并获得实验验证。因此杨-米尔斯方程实际只是一堆失败尝试理论中的一个(没有解出来的一个方程式),却被国内某些人捧上天了。

牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦为什么被称为大师呢?是因为他们不但提出了理论,还把公式解出来了,被实验或者观测现象所验证,并能指导实践。而杨-米尔斯理论是什么?一个没有解出来的方程式而已,没有解出来能有什么价值?大多数物理学家认为那个方程完全无解,因此也就毫无价值。

真正让杨振宁出名的还是那个宇称不守恒定律,然而那个定律其实很多科学家都早于杨振宁发现,在一个半年前的论坛上大家就已经讨论宇称不守恒了,唯独杨振宁和李政道抢先发表为论文,感觉像是抢注商标成功一样。别人为啥不抢先发论文呢?是因为大家还没想出来如何来验证。后来吴健雄想出来一个巧妙的方法:用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。首先提出宇称不守恒的不是杨振宁,想出方法验证的也不是他,他却因为抢先和李政道发表论文而得奖。

因此杨振宁的贡献可有可无,少了他,也是一大堆人抢着要发表宇称不守恒的论文。而真正统一了三大作用力的也是别人的理论、别人的模型、别人的诺贝尔奖。

后来至于杨振宁大大出名主要还是靠82岁娶了28岁老婆这件奇事,以及他强烈反对中国建最新的对撞机的事。他为什么反对呢?是因为他认为高能物理已经发展到头了,再也研究不出新东西了,他还有什么可吹的

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对于大多数人来说,相对论比杨-米尔斯理论更有趣,相对论更容易吸引大众的眼球。这背后的原因无外乎与创立理论的人以及理论本身有关。

首先,爱因斯坦本人要比杨振宁出名很多。爱因斯坦已经成为了智慧的化身,只要说到最聪明的人,大部分人首先会想起的就是爱因斯坦。爱因斯坦的名字经常出现在义务教育的教材中,所以大家都知道爱因斯坦。在物理学上的成就,爱因斯坦和牛顿稳坐历史前二,人们只会记住那些排名最前的人。而杨振宁的成就稍逊于爱因斯坦,并且他也基本没有出现在通识教材中,不了解物理的人根本就不知道他是谁。

其次,相对论涉及到时间、空间、引力、光速等大众非常熟悉的概念,即便不是学物理专业的人也能说上两句。有关相对论的概念通常具有趣味性,而且还经常被写入科幻小说中,所以大家对相对论更熟悉一些。而杨-米尔斯理论对于不是学这方面的人来说完全就是天书,很难与我们的常识相联系起来。

虽然大家对相对论更熟悉一些,但这并不意味着相对论“很简单”,大多数人对相对论的了解也仅限于皮毛。尤其是广义相对论的引力场方程,它涉及到微分几何和张量分析,这对于大多数人来说也是犹如天书。

另一方面,虽然杨-米尔斯理论的知名度没有相对论高,但它在现代物理学中有着十分重要的地位。以杨-米尔斯理论为基础,物理学家首次成功地把四大基本自然力中的两个——弱核力与电磁力——统一在一起。在弱电统一的基础之上,强核力又得到了统一,由此构建了现代物理学中最为重要的理论——粒子物理标准模型,目前各种高能粒子加速器得到的结果都符合该理论的预言。

因此,杨振宁的物理学成就其实非常高。要知道,当年《自然》(Nature)杂志把杨振宁评为人类有史以来最伟大的20位物理学家之一。杨振宁称得上在世最伟大的物理学家,并且可以不用加“之一”。

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答:原因是多方面的,一个主要原因是:学习杨-米尔斯理论需要较高的起点,使得该理论不适合在大众之中科普。


一、数学基础不同

相对论和量子力学的基础知识,对于学习过微积分的人,都能有一定的了解和掌握,当需要深入学习时,才涉及更深的数学技巧和知识。

但是杨-米尔斯理论一开始,就需要较高的数学基础和物理理论基础,包括群论、非欧几何、线性代数、高等微积分、色动量子力学和广义相对论等等,很难用通俗的语言讲清楚,所以不适合在大众之中科普。

就拿该理论的核心“杨-米尔斯方程”来说,对绝大部分人来说都是天书!

现代科学已经分化得很细,大部分前沿理论,都涉及艰涩难懂的数学知识;而与现代科学相关的书籍可分为两种,一种是看了一页就让人头疼的,另外一种是看了一行就让人头疼的,杨-米尔斯理论就属于第一种。


二、理论本身的兴趣点不同

相对论和量子力学的许多推论,都与我们常识违背,比如时间收缩效应、黑洞理论、薛定谔的猫(叠加态)、量子纠缠、量子隧穿效应等等。


这些现象能极大引起大众的兴趣,使得大众愿意来了解这些有趣的知识,所以很多科普工作者,也愿意花时间在相对论和量子力学的科普上。

但是杨-米尔斯理论更注重数学上的解释,难有什么观点能吸引大众的关注,所以杨-米尔斯理论虽然在物理学界很有名,但是在大众当中,知名度远远不及相对论和量子力学。


三、金牌效应

杨-米尔斯理论在理论物理中非常重要(统一了电磁力和弱力),但也比不上广义相对论、狭义相对论和量子力学(注:杨-米尔斯理论和量子力学有一定联系);就如我们知道2004年雅典奥运会110米栏冠军是刘翔,但是却不知道亚军和季军是谁一样。

大众的焦点,总是聚集在“第一”身上,这叫做金牌效应。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

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爱因斯坦属于奠基人级别的人物,是和牛顿平级的人物,开创了一个新的时代,当然这还不是最重要的,最重要的是爱因斯坦身上有很多流行元素,比如说穿越时空之类的,屡次在电影电视里面出现。

在诸多的游戏,比如说红色警戒里面,爱因斯坦也是剧情里面重要的人物,发明了扭转时空的机器。


而当物理学发展到杨振宁时代,物理学已经和大众之间产生了巨大的隔阂---------你根本无法用普通人听的懂的语言去描述杨振宁到底在说什么,杨-米尔斯理论到底讲什么,即便是你很努力的用平民化的语言去描述,也是描述不出来的。


这是关于描述“杨-米尔斯理论”的文字:

杨-米尔斯(Yang-Mills)理论,是现代规范场理论的基础,20世纪下半叶重要的物理突破,旨在使用非阿贝尔李群描述基本粒子的行为,非阿贝尔规范场是为了描述原子核里的核子们(当时认为就是质子和中子)为什么会被紧紧拉在一起,而不会被正电之间强烈的排斥力而炸开(质子们带正电,是互相排斥的),而设想的一种作用力场。
电磁力是由电磁场传播的。电荷及其运动所形成的电流产生了电磁场,场传出去后可以作用在远处电荷和电流上。于是,杨振宁和Mills也设想了一种类似电磁场的别的场来传递核力,那就是非阿贝尔规范场。


那么问题来了,上面到底写的是啥?

所以“很少会吸引人的眼球”?

因为看都看不懂,即便是明明白白告诉你了, 你也是一脸懵逼。

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爱因斯坦的相对论是个跨时代的理论,诞生一百多年以来已经在日常生活和宇宙观测中被广泛利用


虽然爱因斯坦的相对论没有获得诺贝尔奖,但这只能说是相对论太超前于时代,绝大多数人理解不了,对相对论的应用和证实直到现在还在发生,就好比前几年的引力波,爱因斯坦预言引力波一百多后才被我们探测到。

广义相对论中的时间膨胀效应被运用在告诉飞行的导航卫星身上帮人们定位,狭义相对论中的质能方程为后来的原子弹氢弹说明了其爆炸原理。

爱因斯坦作为牛顿以来被全人类所熟知的科学家,他的形象符合大众对科学家的所有幻想:聪明、富有创造力、还带着一点点天真和放荡不羁、以一己之力推动着全人类进步,爱因斯坦帮人类重新认识了这个世界和宇宙。

杨-米尔斯理论,是现代规范场理论的基础,20世纪下半叶重要的物理突破,但是普世知名度很低,在普通人看来杨-米尔斯理论太高深,远没有相对论平易近人,杨振宁和米尔斯也没有爱因斯坦讨喜。

相对论的科普要简单的多,用简单的语言就能生动活泼的简单描述相对论以及给人类生活带来的变化,而杨-米尔斯理论科普难度大,你不能给所有人讲高深的物理知识。

虽然杨-米尔斯理论没有像相对论一样被全人类所熟知,但是不妨碍它成为物理学的重要理论,杨振宁也是在世物理学家的第一人

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杨振宁的米尔斯理论之所以没有相对论和量子力学知名度高,是因为杨振宁的理论太过复杂。不想相对论一样,关系到时间,空间。就拿相对时间来说,该理论也让人容易理解,就是我们各自拥有不同的时间段!而杨振宁的理论,更注重数学上的变化,没有深度学习理论的一般都看不懂。

包括量子力学上的薛定谔的猫,也算是很普及,只要稍微了解一下,就可以明白其中的道理。当然了我们所知道的相对论都是皮毛,还有更深入的公式理论,我们都看不懂。比如说相对论中的引力场论,我只知道有个引力场,却不知道怎么计算其中的引力大小,引力的有效作用距离,引力场之间发生的干扰。

杨振宁的米尔斯理论主要太复杂,好多人跟他讲,他都理解不了。不像霍金发现的“霍金辐射”一样,直接告诉他黑洞在辐射,在向外出吐物质就可以了。

当然了,杨振宁的米尔斯理论和爱因斯坦的相对论比起来,米尔斯理论的确没有相对论所涉及到的方面广。相对论和量子力学那可是目前科学界的两大支柱。可以说的上很拽很拽了!不过杨振宁也很伟大,是目前物理科学界在世第一人,也就是目前最牛掰的科学家了。而且还是人类有史以来最伟大的20位科学家之一。

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