楊振寧與規(guī)范場的故事.ppt

大自然有一種異乎尋常的美,楊振寧與規(guī)范場的故事,科學(xué)研究的成果，也是一種很美麗的詩歌。我們所探求的方程式就是大自然的詩歌。 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、初來乍到,楊振寧開始時想和費米一起做實驗，結(jié)果因為芝加哥大學(xué)核研究所還沒有建成，費米去了阿貢實驗室。阿貢實驗室對外國人絕對保密。于是費米提議楊振寧跟隨特勒教授做理論研究。 1946年秋，楊振寧想要通過物理實驗做博士論文，于是費米推薦給了阿里森。阿里森主持著一個實驗室。,二、小受挫折,但到了阿里森實驗室之后，楊振寧發(fā)現(xiàn)自己在實驗上缺少一種敏感性之類的東西。在實驗室里笨手笨腳。阿里森特別喜歡說一個笑話：“哪里有楊，哪里就有噼啪響?！?此時，特勒教授也察覺到了楊振寧的不安，就建議他不必堅持寫實驗論文，而用之前已經(jīng)寫的理論論文進行充實作為博士論文。經(jīng)過兩天思考，楊振寧接受了建議。,三、靈感啟動,1952年底，楊振寧對自己說：“1952年對我來說一事無成?！逼湓蚴撬瑫r對幾個研究對象有興趣，在他們之間“搖來擺去”，結(jié)果“努力并沒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驗室工作，在布魯克海文實驗室期間，喚醒了楊振寧潛伏多年的思考。,楊振寧的回憶,布魯克海文實驗室有當(dāng)時最大的加速器，能量高達3GeV，它產(chǎn)生介子和“奇異粒子”，在那里工作的各個實驗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)為兩種感受各有長處,楊振寧的回憶,隨著越來越多的介子被發(fā)現(xiàn)，我感到需要寫出一種各類相互作用都應(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。,知識拓展,規(guī)范不變性也叫規(guī)范對稱性。這是一種局域的變換不變性，它與整體對稱性相對應(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，這時需要引進一種基本力場。反過來說，從規(guī)范對稱性出發(fā)，構(gòu)造出一種基本立場的理論，這種理論就稱為規(guī)范場理論。,規(guī)范不變性,四、大膽想法,“當(dāng)時楊振寧產(chǎn)生了一個想法，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,楊振寧與同一個辦公室的米爾斯合作，寫出了兩篇論文（全名是同位旋守恒和一個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)表在物理評論1954年第95和96卷上），文章中提出了一種新的場論非阿貝爾規(guī)范場理論（也叫楊-米爾斯理論） 當(dāng)時富蘭克林學(xué)會評價這一理論“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”。,知識拓展,楊米爾斯理論,起源于對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)為實驗所證實，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)在實驗中發(fā)現(xiàn)。 楊米爾斯理論又為研究強子（參與強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，引力場也是一種規(guī)范場。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，在慶祝楊米爾斯場發(fā)表30周年大會上。米爾斯說：“楊振寧是一個才華橫溢又是一個非?？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)范場粒子的質(zhì)量和理論計算的重整化方面遇到了巨大的困難，當(dāng)時科學(xué)家泡利認(rèn)為“這是一個美麗動人的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，但沒有物理學(xué)的價值”。 其實1953年泡利也做過類似嘗試最后無果而終，沒有寫出相關(guān)的動力學(xué)場方程。而楊振寧當(dāng)時寫出來了。1954年2月楊振寧在普林斯頓高等研究院報告了研究成果。,七、泡利刁難,在那場報告會上，泡利也參加了。楊振寧剛寫下-i，泡利就提問場的質(zhì)量是什么。楊振寧當(dāng)時這個問題也沒得出結(jié)論，就說還不知道。泡利隨機接口“這不是一個充分的托詞”，讓楊振寧幾乎下不了臺。報告結(jié)束后楊振寧受到泡利的紙條“我已經(jīng)無法再和你談些什么了”。,知識拓展,關(guān)于楊米爾斯場論,當(dāng)時楊米爾斯場論還不完善。簡要說明存在的問題： 為使規(guī)范場理論滿足規(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的相互作用應(yīng)該像電磁場和引力場那樣是長程相互作用，但是這一點并沒有在實驗中顯示出來。而且如果有質(zhì)量的話會破壞規(guī)范對稱。所以在剛提出的一段時間內(nèi)人們一直認(rèn)為它并無實際作用。,八、最終成功,直到20世紀(jì)60年代初，物理學(xué)家認(rèn)識到自發(fā)對稱破缺后才發(fā)現(xiàn)楊米爾斯場規(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)范場理