諾獎的宇稱不守恆只排第三，楊振寧的楊-米爾斯理論到底多厲害
很多朋友是因為兩件事認識楊振寧的，第一是宇稱不守恆，不僅打破了諾獎頒發的時間記錄，也是打破了中國諾獎第一，第二肯定是楊振寧回國娶了比他小54歲的翁帆！一直到現在，大家仍然津津樂道！
不過他們結婚已經16年，相信比很多人的婚姻壽命都要久了，各種謠言不攻自破。但在各位認識楊老的第一個貢獻宇稱不守恆中，很多介紹楊振寧貢獻的文章和書籍都會將它排到第三，卻將名不見經傳的楊-米爾斯理論推崇至極，這到底是為什麼呢？
打破常規認知的宇稱不守恆
楊振寧和李政道在1956年6月的論文中提出了宇稱不守恆，1957年諾獎就頒發給了他們！如此快速是因為宇稱不守恆顛覆了科學們一貫以來對科學規律的認知！
對稱一直就是科學家認識世界的基石，無論物理學界找出任何一種守恆，都會有一種連續對稱性等着他們，這個可以用一個非常簡潔的語言來描述：“物理學裏的連續對稱性和守恆定律一一對應。”，這就是著名的諾特定理！
這是被愛因斯坦稱為數學史上最重要的女人：埃米·諾特證明完成的！諾特定理描述的守恆定律和對稱性一一對應，每一個守恆定律都和對稱相對應，比如角動量守恆與旋轉對稱，能量守恆和時間平移守恆等等，只要發現了新的守恆量，那麼就會發現一個新的對稱！因此守恆與對稱就成了科學家們的信仰，就像堅信能量守恆一樣！
但在電磁力、引力、強力的物理規律中具有普適性的宇稱守恆，到了弱力的範疇裏，居然就不守恆了，儘管已經有科學家發現類似的端倪，但猶如信仰一般存在的宇稱守恆把大家給框死了，反而在不斷尋找是否哪些因素沒有考慮在內！
泡利和吳健雄
所以當楊振寧和李政道在研究θ和τ粒子衰變時得出宇稱不守恆的結論：當時發現θ粒子在衰變的時候會產生兩個π介子，而τ粒子在衰變的時候會產生三個π介子。儘管θ和τ粒子性質幾乎就一模一樣，但無人敢懷疑是宇稱不守恆所致！泡利直接就説：“我不相信上帝是個左撇子”！
但有東方居里夫人之稱的吳健雄巧妙的用鈷-60的衰變證明宇稱不守恆的正確性時，把泡利嚇出了一身冷汗，因為他曾經打算賭上任何賭注押寶弱力中宇稱守恆！而朗道卻因為將學生的宇稱不守恆的論文丟在一邊而懊悔不已！
所以宇稱守恆的衝擊實在有些大，它獲得諾貝爾獎也毫不意外，但就這樣一個顛覆科學家認知的成就，在楊振寧的貢獻中，充其量也只能排第三，但在後來被高能粒子物理領域奉為指路明燈的“楊-米爾斯理論”，卻比宇稱不守恆發現要早得多，而楊振寧當時根本就不知道這有啥用！
建立粒子物理標準模型框架的楊-米爾斯理論
我們先下個結論，楊·米爾斯理論是粒子物理標準模型和現代規範場論的重要基礎，簡單的説就是後來粒子物理界的框架性理論，但在1954年楊振寧和米爾斯一起發表了《同位旋守恆和同位旋規範不變性》，論文也很簡短，大概只有6頁！
《同位旋守恆和同位旋規範不變性》論文，頁面下半部分
在瞭解楊-米爾斯理論之前，我們先來了解下物理學的發展，牛頓時代我們從觀測獲得的數據來發現世界運行的規律，萬有引力定律就是這樣得出的，但到了麥克斯韋時代，很明顯就已經有些不適應了，比如麥氏方程組預言了電磁波以及和光是同一現象，這要到後來赫茲實驗才發現！
而到了愛因斯坦的廣義相對論，你會發現已經全部是玄幻色彩，裏面提出的一個個理論，簡直令當時的科學界目瞪口呆，所以當時號稱只有兩個半科學家能懂廣義相對論，儘管有些誇張，但確實反映出了當時的科學界對廣相不接受的程度！而後來的的發現則一一驗證了愛氏理論的無比正確性！比如水星進動問題，光線彎曲以及黑洞和引力波，幾乎涵蓋了二十世紀後期和二十一世紀的天文學重大進展！
到了量子力學時代，也呈現了同樣的態勢，只是從愛因斯坦單打獨鬥型選手變成了團隊合作型，比如波爾、海森堡，狄拉克，泡利，薛定諤、波恩等等！直接從數學上推導出它的方程，再用實驗數據來驗證他的理論是否正確，成了百試不爽的黃金法則！
對稱性是物理學的基礎
儘管宇稱不守恆打破了亙古不變的對稱，但上帝在更多時候還是左右手並用的，外爾發現了跟電荷守恆相對應的對稱性是波函數的相位不變性，波函數是量子力學中用來描述粒子狀態的，儘管有波粒二象性之分，但有波就有相位，因此電荷守恆對應的就是相位不變性，不過它被習慣的稱為了規範對稱性！
一維零自旋自由粒子的波函數範例
同位旋守恆
強相互作用下同位旋守恆，海森堡提出質子和中子不過是同位旋的二重態，在這個核子內部的同位旋空間裏，是內部對稱的，在同位旋空間中，質子可以表現為中子，而中子也可以表現為質子！外爾和泡利都發現可以將電磁理論的局域規範不變性推導出全部的電磁理論！那麼如何將強力的本質推廣到局域規範不變性呢？
羣論是墊腳石
當楊振寧試圖用羣論來解決對稱性問題時，泡利當時還持有譏諷的態度，認為當時很多物理學家都反對把羣論這種過於抽象的數學語言引入到物理學中，但楊振寧的老爹楊武之是著名的數學家，他的羣論甚至讓很多你耳熟能詳的數學家拜讀學習，楊振寧當然是近水樓台，他的羣論水平是當時物理學家中頂尖級的！
楊武之一家（1929年攝於廈門）
所以當1941年泡利發表的關於“羣整體規範對稱性對應電荷守恆”時，很快就被楊振寧所關注，此後的十幾年中，楊振寧就沒有間斷過對羣局域規範不變性整體規範對稱推廣到局域，1954年《同位旋守恆和同位旋規範不變性》和《同位旋守恆和一個推廣的規範不變性》先後發表，這就是後來被稱為楊米爾斯理論的論文。
楊米爾斯理論和量子場論
楊振寧終於把：局域規範對稱的思想從阿貝爾羣推廣到了更一般的非阿貝爾羣，它有啥用呢？它是一個數學框架，只要選擇了某種對稱性，後面的相互作用就可以被確定，規範玻色子也能被確定，這就是強力和弱電統一理論中能預言那麼多粒子的關鍵！
楊米爾斯理論的意義：粒子威力標準模型的基石
有朋友詬病楊米爾斯理論有很多BUG，比如上帝之鞭泡利就毫不留情的指出，楊米爾斯理論中的粒子必須以零才能維持規範不變性，但這些零質量的粒子在自然界中不存在！這也是當時楊米爾斯理論被長期忽視的重要原因，不過後來南部陽一郎、傑弗裏·戈德斯通、喬瓦尼·喬納-拉希尼歐等人開始運用對稱性破缺的機制，從楊·米爾斯預言的零質量粒子理論中得到了帶質量的粒子。
電弱在高能（短距離）時統一成一種力
而希格斯機制則應用自發對稱性破缺來賦予了規範玻色子質量，還有重整化問題，這會出現無窮大這種沒意義的結果，後來被費曼等大佬解決，重整化讓理論能算出有意義的數值！
另外也有朋友將楊米爾斯理論等同於粒子物理標準模型，其實這也是不正確的，這個是一個框架性的基礎工作，蓋爾曼把楊-米爾斯理論應用到了強力上，最後發展出了量子色動力學（QCD）！格拉肖、温伯格和薩拉姆等人則利用楊米爾斯理論用來統一弱力和電磁力的弱電統一理論！
楊-米爾斯理論無法上升到粒子物理標準模型，畢竟到了量子力學就已經不是單打獨鬥的時代，而是眾多科學家的一致推動，但楊米爾斯理論制定的框架為粒子物理標準模型打下了堅實的基礎，這個開創性工作的意義絕不是的宇稱不守恆所能相提並論的！
【來源：星辰大海路上的種花家】
聲明：轉載此文是出於傳遞更多信息之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯繫，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb.cn