杨振宁为什么可以比肩爱因斯坦?
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10个以上的院士。他不仅对中国和世界贡献很大,在科学史上的地位也很重要。
杨振宁本人是很谦虚的,从来没有说他自己多牛。说他比肩爱因斯坦,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(也有前15位之说)。
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。