大自然有一種異乎尋常的美,楊振寧與規(guī)范場(chǎng)的故事,科學(xué)研究的成果，也是一種很美麗的詩(shī)歌。我們所探求的方程式就是大自然的詩(shī)歌。 楊振寧,早期生平 1945年8月28日取得清華大學(xué)物理系碩士學(xué)位后赴美深造。 1946年1月成為芝加哥大學(xué)博士研究生。,一、初來(lái)乍到,楊振寧開(kāi)始時(shí)想和費(fèi)米一起做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果因?yàn)橹ゼ痈绱髮W(xué)核研究所還沒(méi)有建成，費(fèi)米去了阿貢實(shí)驗(yàn)室。阿貢實(shí)驗(yàn)室對(duì)外國(guó)人絕對(duì)保密。于是費(fèi)米提議楊振寧跟隨特勒教授做理論研究。 1946年秋，楊振寧想要通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)做博士論文，于是費(fèi)米推薦給了阿里森。阿里森主持著一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。,二、小受挫折,但到了阿里森實(shí)驗(yàn)室之后，楊振寧發(fā)現(xiàn)自己在實(shí)驗(yàn)上缺少一種敏感性之類(lèi)的東西。在實(shí)驗(yàn)室里笨手笨腳。阿里森特別喜歡說(shuō)一個(gè)笑話(huà)：“哪里有楊，哪里就有噼啪響?！?此時(shí)，特勒教授也察覺(jué)到了楊振寧的不安，就建議他不必堅(jiān)持寫(xiě)實(shí)驗(yàn)論文，而用之前已經(jīng)寫(xiě)的理論論文進(jìn)行充實(shí)作為博士論文。經(jīng)過(guò)兩天思考，楊振寧接受了建議。,三、靈感啟動(dòng),1952年底，楊振寧對(duì)自己說(shuō)：“1952年對(duì)我來(lái)說(shuō)一事無(wú)成?！逼湓蚴撬瑫r(shí)對(duì)幾個(gè)研究對(duì)象有興趣，在他們之間“搖來(lái)擺去”，結(jié)果“努力并沒(méi)有得到任何有用的結(jié)果”。 1953年夏，楊振寧前往布魯克海文實(shí)驗(yàn)室工作，在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室期間，喚醒了楊振寧潛伏多年的思考。,楊振寧的回憶,布魯克海文實(shí)驗(yàn)室有當(dāng)時(shí)最大的加速器，能量高達(dá)3GeV，它產(chǎn)生介子和“奇異粒子”，在那里工作的各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組不斷獲得非常有趣的結(jié)果與在普林斯頓（1949年秋-1953年夏楊振寧研究的地方）研究的物理學(xué)相比，感受是十分不同的。我認(rèn)為兩種感受各有長(zhǎng)處,楊振寧的回憶,隨著越來(lái)越多的介子被發(fā)現(xiàn)，我感到需要寫(xiě)出一種各類(lèi)相互作用都應(yīng)遵守的規(guī)律。 因此，在布魯克海文我再一次回到把規(guī)范不變性推廣出去的念頭上來(lái)。,知識(shí)拓展,規(guī)范不變性也叫規(guī)范對(duì)稱(chēng)性。這是一種局域的變換不變性，它與整體對(duì)稱(chēng)性相對(duì)應(yīng)。不同的自然規(guī)律在局域變換下保持不變，也就是具有某種規(guī)范不變性，這時(shí)需要引進(jìn)一種基本力場(chǎng)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，從規(guī)范對(duì)稱(chēng)性出發(fā)，構(gòu)造出一種基本立場(chǎng)的理論，這種理論就稱(chēng)為規(guī)范場(chǎng)理論。,規(guī)范不變性,四、大膽想法,“當(dāng)時(shí)楊振寧產(chǎn)生了一個(gè)想法，把韋爾從電荷守恒定律中發(fā)現(xiàn)的規(guī)范不變性推廣到其他守恒定律中去。楊振寧首先發(fā)現(xiàn)同位旋守恒與電荷守恒具有相似性，因此楊振寧試圖將同位旋定域化，并研究由此產(chǎn)生的結(jié)果。”,五、取得突破,楊振寧與同一個(gè)辦公室的米爾斯合作，寫(xiě)出了兩篇論文（全名是同位旋守恒和一個(gè)推廣的變換不變性與同位旋守恒和同位旋規(guī)范不變，發(fā)表在物理評(píng)論1954年第95和96卷上），文章中提出了一種新的場(chǎng)論非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論（也叫楊-米爾斯理論） 當(dāng)時(shí)富蘭克林學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)這一理論“深遠(yuǎn)地重新規(guī)劃了最近40年物理學(xué)和現(xiàn)代幾何學(xué)的發(fā)展”。,知識(shí)拓展,楊米爾斯理論,起源于對(duì)電磁相互作用的分析，利用它所建立的弱相互作用和電磁相互作用的統(tǒng)一理論，已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，特別是這理論所預(yù)言的傳播弱相互作用的中間玻色子，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。 楊米爾斯理論又為研究強(qiáng)子（參與強(qiáng)相互作用的基本粒子）的結(jié)構(gòu)提供了有力的工具。在某種意義上說(shuō)，引力場(chǎng)也是一種規(guī)范場(chǎng)。所以這一理論在物理中的作用非常重要。,米爾斯的回憶,1984年12月，在慶祝楊米爾斯場(chǎng)發(fā)表30周年大會(huì)上。米爾斯說(shuō)：“楊振寧是一個(gè)才華橫溢又是一個(gè)非?？犊龑?dǎo) 別人的學(xué)者。我們不僅共用 辦公室，楊振寧還讓我共用 了他的思想?！?六、遭到否定,楊米爾斯理論在規(guī)范場(chǎng)粒子的質(zhì)量和理論計(jì)算的重整化方面遇到了巨大的困難，當(dāng)時(shí)科學(xué)家泡利認(rèn)為“這是一個(gè)美麗動(dòng)人的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有物理學(xué)的價(jià)值”。 其實(shí)1953年泡利也做過(guò)類(lèi)似嘗試最后無(wú)果而終，沒(méi)有寫(xiě)出相關(guān)的動(dòng)力學(xué)場(chǎng)方程。而楊振寧當(dāng)時(shí)寫(xiě)出來(lái)了。1954年2月楊振寧在普林斯頓高等研究院報(bào)告了研究成果。,七、泡利刁難,在那場(chǎng)報(bào)告會(huì)上，泡利也參加了。楊振寧剛寫(xiě)下-i，泡利就提問(wèn)場(chǎng)的質(zhì)量是什么。楊振寧當(dāng)時(shí)這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)得出結(jié)論，就說(shuō)還不知道。泡利隨機(jī)接口“這不是一個(gè)充分的托詞”，讓楊振寧幾乎下不了臺(tái)。報(bào)告結(jié)束后楊振寧受到泡利的紙條“我已經(jīng)無(wú)法再和你談些什么了”。,知識(shí)拓展,關(guān)于楊米爾斯場(chǎng)論,當(dāng)時(shí)楊米爾斯場(chǎng)論還不完善。簡(jiǎn)要說(shuō)明存在的問(wèn)題： 為使規(guī)范場(chǎng)理論滿(mǎn)足規(guī)范不變性的要求，規(guī)范粒子的質(zhì)量一定是0.由于相互作用的距離反比于傳遞量子的質(zhì)量，0質(zhì)量意味著楊米爾斯場(chǎng)的相互作用應(yīng)該像電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)那樣是長(zhǎng)程相互作用，但是這一點(diǎn)并沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)中顯示出來(lái)。而且如果有質(zhì)量的話(huà)會(huì)破壞規(guī)范對(duì)稱(chēng)。所以在剛提出的一段時(shí)間內(nèi)人們一直認(rèn)為它并無(wú)實(shí)際作用。,八、最終成功,直到20世紀(jì)60年代初，物理學(xué)家認(rèn)識(shí)到自發(fā)對(duì)稱(chēng)破缺后才發(fā)現(xiàn)楊米爾斯場(chǎng)規(guī)范粒子可以在自發(fā)破缺下獲得質(zhì)量。1967年，格拉肖，溫伯格，薩拉姆建立了建立在規(guī)范場(chǎng)理