前一段时间,张朝阳对杨振宁有一个评价,说杨振宁是在世的最伟大物理学家,霍金完全没有办法与之相比。
这个评价是恰如其分的,如果说按照最伟大物理学家的排名来说,杨振宁是可以排进前5的。
那么我们说,什么叫最伟大?就是说那些能够给出方向的人。
大海航行靠舵手是什么意思?别人不知道,他知道。
没有正确的前进方向是无法到达目的地的。
就像在物理学里面,所谓的前进方向是指出一个理论框架,在这个框架下,才会产生一系列的具体的成果。
牛顿之所以被称为物理学的开山鼻祖,因为他指出了一个正确的方向,就是用数学法则来描述自然界。
并且给出了一系列的定理,牛顿第一定律,牛顿第二定律,万有引力定理等等。
中国古代科学之所以没有发展起来,物理学之所以没有发展起来,就是没有一个人站出来,用数学法则来描述自然界。
所以给出方向的人非常重要。
除了这种开山鼻祖之外,还有一种人非常重要,那就是在前人的基础上发扬光大,把理论推向更高更远的层次。
物理学里最重要的就是这两种科学家,一种就是创始人、鼻祖,给出方向的人;另外一个就是推广理论的人。
爱因斯坦就是推广理论的人。
牛顿定律在低速的情况下适用,在高速的情况下是不适用的。
那么这个时候,高速的情况下,就需要用狭义相对论来代替原来的牛顿定理。
狭义相对论里面两个最重要的概念,一个是洛伦兹变换,还有一个光速的不变性,这两个其实都不是爱因斯坦发现的。
但是,狭义相对论是记在爱因斯坦名下的,就是因为爱因斯坦把这些概念都整合在一起,做了一个大范围的推广。
广义相对论虽然说是爱因斯坦完全自己搞出来,但是它实际上也是牛顿定律的推广。
爱因斯坦在引力场中把引力效应替换成做加速运动的惯性系,这个叫做等效原理,在这个基础上推导出了广义相对论。
所以说,推广这些大的理论,是一个非常重要的科学进步手段。
如果我们发现一种新的物理现象,原来的理论没有办法描述,这个时候科学家就面临着两个选择,要么重新搞一套理论,要么推广原来的理论。
重新搞一套理论,是不现实的,也是个人不可能完成的工作。
因为推倒原来的东西,那么就意味着原来理论正确的部分,新的理论要重新把它解释一遍,但是新的理论又要和原来的理论不一样,这是人类不可能完成的任务。
所以只能推广原来的理论,也可以说升级原来的理论。
这里再解释一下牛顿定律,狭义相对论和广义相对论之间的区别以及联系。
牛顿定律描述的是物质在低速、欧几里德坐标系中的运动规律;狭义相对论描述的是物质在高速、欧几里德坐标系中的运动规律;广义相对论描述的是物质在任意速度情况下,在任意坐标系下的运动规律。
所以说从理论成果上来说,相对论是覆盖了以前的牛顿定律的,所以我们经常把牛顿和爱因斯坦并称。
在物理学的定律里面,除了牛顿定律,还有另外一个定律,也是属于开山鼻祖师的科学理论,那就是麦克斯韦方程。
麦克斯韦方程描述的是电磁波的世界,它和牛顿定律的形式完全不一样。
那么我们这里要问一个问题:如果把麦克斯韦方程推广一下,会变成什么样子的,能做什么呢?
这就是杨振宁对于物理学的最大贡献,他推广了麦克斯韦方程,把麦克斯韦方程变成杨米尔斯理论。
有必要再重复一遍,杨米尔斯理论是麦克斯韦方程的推广。
杨米尔斯理论是一种规范场理论,规范场理论引入量子力学也是杨振宁的贡献。
规范场理论引入量子力学,也是一种数学上的处理方法,这个和爱因斯坦用数学方法处理牛顿定律,变成广义相对论是一样的。
微观基本粒子,有一个标准模型,这个标准模型的理论基础就是规范场论。
正是因为有了这个规范场,我们才知道这个基本粒子长得什么样,还有哪一些粒子是我们没有发现的,我们怎么样去找到这些粒子。
像这种希格斯机制,电磁场和弱作用力统一,和强互作用力统一,都是在规范场论的基础上完成的。
也就是说杨振宁最大的贡献就是给了粒子物理学一个大的数学框架。
这就像爱因斯坦的广义相对论给了宇宙和天体的演化,一个大的数学框架一样。
像霍金的工作就是在广义相对论的框架下完成的。
你说是霍金伟大还是爱因斯坦伟大?
研究宇宙演化的所有科学家,研究黑洞的科学家,比如说像霍金、彭罗斯、基普索恩等等,全部都是靠着广义相对论在吃饭的。
研究基本粒子的科学家,也是靠着规范场论在吃饭的。
现代物理学的两大支柱理论,就是相对论和规范场论。
像规范场论和广义相对论都是类似于一张地图,这个地图的指引下,我们才知道这个世界大概是个什么样子。
在物理学界里面,独立发现大的物理学定律的只有牛顿、麦克斯韦,把这些理论推广到更广泛的应用层次的,只有爱因斯坦和杨振宁。
所以说,按照贡献来讲,杨振宁绝对在物理学家排名里面,可以排进前5的。