打破常规认知的宇称不守恒和李政道

然而，他们结婚已经16年了，相信比很多人的婚姻寿命还要长。 所有的谣言都已不攻自破。 但在大家知道杨先生的第一个贡献宇称不守恒的人中，很多介绍杨振宁贡献的文章和书籍都将其排在第三位，却把鲜为人知的杨-米尔斯理论推崇到了极致。 这是什么？ 为什么？

打破常规认知的宇称不守恒

杨振宁和李政道在1956年6月的论文中提出了宇称不守恒，并于1957年获得了诺贝尔奖！ 这么快是因为宇称不守恒颠覆了科学家对科学定律的平常认知！

对称性一直是科学家认识世界的基石。 无论物理学界发现什么样的守恒定律，都会有一个连续的对称性在等待着他们。 这可以用一种非常简洁的语言来描述：“物理中连续对称性与守恒定律一一对应”。 这就是著名的诺特定理！

爱因斯坦所说的数学史上最重要的女性艾米·诺特证明了这一点！ 诺特定理描述的守恒定律与对称性一一对应。 每个守恒定律都对应着对称性，比如角动量守恒定律和旋转对称性守恒定律，能量守恒定律和时间平移守恒定律等等，只要发现一个新的守恒量，那么你就会发现一个新的对称性！ 因此，守恒定律和对称性就成为了科学家们的信仰，就像能量守恒的信仰一样！

然而，电磁力、万有引力、强力等物理定律中宇称的普遍守恒，在弱力范畴中并不守恒。 虽然也有一些科学家发现了类似的线索，但那如同信仰般存在的平价呼唤守恒定律已经陷害了所有人，反而不断地寻找那些没有被考虑到的因素！

泡利和吴健雄

因此，杨振宁和李正道在研究theta和tau粒子的衰变时，得出​​宇称不守恒的结论：发现theta粒子衰变时会产生两个π介子，而tau粒子会产生两个π介子。衰变时有三个 π 介子。 介子。 尽管θ和τ粒子的性质几乎相同，但没有人敢怀疑它们是宇称不守恒造成的！ 泡利直接说：“我不相信上帝是左撇子”！

但当有东方居里夫人之称的吴健雄巧妙地利用钴60的衰变来证明宇称不守恒的正确性时，泡利却被吓出了一身冷汗，因为他本打算随时押注于弱力。成本。 宇称守恒！ 兰道后悔扔掉了他学生关于宇称不守恒的论文！

因此，宇称守恒的影响确实很大。 它获得诺贝尔奖并不奇怪。 然而，对于这样一个颠覆科学家认知的成就，杨振宁的贡献充其量也只能排在第三位。 但后来被高能粒子物理领域视为指路明灯的“杨-米尔斯理论”发现得比宇称不守恒早得多，杨振宁当时并不知道它有什么用处。时间！

建立粒子物理标准模型框架的杨-米尔斯理论

我们先来下个结论。 杨·米尔斯的理论是粒子物理标准模型和现代规范场论的重要基础。 简单地说，它是后续粒子物理界的框架理论。 然而，1954年，杨振宁和米尔斯发表了《《同位旋守恒与同位旋规范不变性》，论文也很短，只有6页左右！

“同位旋守恒和同位旋规范不变性”论文，页面下半部分

在了解杨-米尔斯理论之前，我们先了解一下物理学的发展。 在牛顿时代，我们从观测得到的数据中发现了世界的规律。 万有引力定律就是这样推导出来的。 但到了麦克斯韦时代，很明显我已经有点不适应了。 例如，麦克斯韦方程组预测电磁波与光是相同的现象。 这是直到后来的赫兹实验才发现的！

当谈到爱因斯坦的广义相对论时，你会发现这全是天方夜谭。 其中提出的理论简直震惊了当时的科学界。 因此，据说只有两个半科学家才能理解广义相对论。 虽然有点夸张，但确实反映了当时科学界对广西的不接受程度！ 后来的发现一一验证了爱因斯坦理论无可比拟的正确性！ 比如水星进动、光的弯曲、黑洞和引力波，几乎涵盖了二十世纪末和二十一世纪天文学的重大进展！

到了量子力学时代，同样的趋势也出现了，只不过爱因斯坦从单打独斗变成了团队合作，比如玻尔、海森堡、狄拉克、泡利、薛定谔、玻恩等！ 直接从数学上推导它的方程，然后用实验数据来验证他的理论是否正确，已经成为一条永远不会失败的金科玉律！

对称性是物理学的基础

尽管宇称不守恒打破了永恒对称性，但上帝仍然更频繁地使用他的左手和右手。 韦尔发现，与电荷守恒相对应的对称性就是波函数的相位不变性。 波函数是量子力学的关键。 用于描述粒子的状态，虽然有波粒二象性，但有波就有相。 因此，电荷守恒对应于相位不变性，但习惯上称为规范对称性！

一维零自旋自由粒子的波函数示例

同位旋守恒

同位旋在强相互作用下是保守的。 海森堡提出质子和中子只是同位旋的双峰。 在核子内部的同位旋空间中，它们是内部对称的。 在同位旋空间中，质子可以表现为中子，中子也可以表现为质子！ 外尔和泡利都发现电磁理论的局域规范不变性可以推导出整个电磁理论！ 那么如何将强力的性质推广到局域规范不变性呢？

群论是垫脚石

当杨振宁试图用群论解决对称性问题时，泡利仍然抱着讽刺的态度，认为当时很多物理学家都反对将群论这种过于抽象的数学语言引入物理学，但杨振宁的《我的父亲》杨无知，著名数学家。 他的群论甚至被许多你熟悉的数学家阅读和研究过。 当然，杨振宁已经接近巅峰了。 他的群论水平在当时的物理学家中是顶尖的！

杨五之一家（1929年摄于厦门）

因此，当泡利于1941年发表“群整体规范的对称性对应于电荷守恒定律”时，很快就受到杨振宁的重视。 此后的十年间，杨振宁一直没有停止过对群体局部规矩的全局规矩不变性的研究。 对称性扩展到局部区域。 1954年，先后发表了《同位旋守恒和同位旋规范不变性》和《同位旋守恒和广义规范不变性》。 这篇论文后来被称为杨-米尔斯理论。

杨-米尔斯理论和量子场论

杨振宁最终将局域规范对称性的思想从阿贝尔群推广到了更一般的非阿贝尔群。 它有什么用？ 它是一个数学框架。 只要选择一定的对称性，就可以确定后续的相互作用，也可以确定规范玻色子。 这就是强力和电弱力统一理论中预测这么多粒子的关键！

杨-米尔斯理论的意义：粒子功率标准模型的基石

一些朋友批评杨-米尔斯理论有很多错误。 比如，上帝之鞭泡利就无情地指出，杨-米尔斯理论中的粒子必须为零才能保持规范不变性，但这些零质量粒子在自然界中并不存在。 存在！ 这也是当时杨-米尔斯理论长期被忽视的一个重要原因。 然而，后来 Nanb​​u、 、 Jona-Racciño等人开始使用对称性破缺机制。 ，从杨米尔斯预测的零质量粒子理论中获得了具有质量的粒子。

电弱在高能（短距离）下统一为一种力

希格斯机制利用自发对称破缺来赋予规范玻色子质量，同时还存在重正化问题，会导致无穷大等无意义的结果。 后来被费曼等大佬解决并重新归一化。 变换使理论能够计算出有意义的值！

另外，有些朋友将杨-米尔斯理论等同于粒子物理的标准模型。 事实上，这也是不正确的。 这是一个框架和基础工作。 盖尔曼将杨米尔斯理论应用到强力上，最终发展出了量子色动力学（QCD）！ 、、Salam等人利用Yang-Mills理论统一了弱力和电磁力的电弱统一理论！

杨-米尔斯理论无法上升为粒子物理的标准模型。 毕竟，量子力学时代，已经不再是单枪匹马努力的时代，而是众多科学家一致推动的时代。 然而，杨-米尔斯理论所制定的框架为粒子物理的标准模型奠定了坚实的基础。 这一创举的意义绝非宇称不守恒可比！