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第243章(2/2)

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历史的发展确实是这样,质量问题后来都通过一些其他的手段得到了解决,那么质量问题最终是怎么解决的呢?

在描述强力的量子色动力学里,我们注意到传递夸克间作用力的胶子本来就是零质量的,零质量跟规范对称性是相容的。那但是,如果这样的话,零质量的玻色子应该对应长程力啊,为什么强力是短程力(只在原子核里有效)呢?

这就涉及到了强力里特有的一种性质:渐近自由。渐近自由说夸克之间的距离很远的时候,它们之间的作用力非常大,一副谁也不能把它们分开的架势,但是一旦真的让它们在一起了,距离很近了,它们之间的相互作用力就变得非常弱了,好像对面这个夸克跟它没任何关系似的,活脱脱的一对夸克小情侣。这样在量子色动力学里,零质量的规范玻色子就和强力的短程力没有冲突了。

渐近自由解释了为什么胶子是零质量但是强力确是短程力,那么传递弱力的W和Z玻色子可是有质量的。有质量的话短程力是好解释了,但是我们上面说有质量的规范玻色子会破坏规范对称性,这规范对称性可是杨-米尔斯理论的根基啊,它被破坏了那还怎么玩?

最后解决这个问题的是希格斯机制。希格斯机制是来打圆场的:你杨-米尔斯理论要求规范玻色子是零质量的,但是最后我们测量到W和Z玻色子是有质量的,怎么办呢?

简单,我认为W和Z这些传递弱力的规范玻色子一出生的时候是零质量的,但是它来到这个世界之后慢慢由于某种原因获得了质量,也就是说它们的质量不是天生的而是后天赋予的,这样就既不与杨-米尔斯理论相冲突,也不跟实际测量相冲突了。

所以,希格斯机制其实就是赋予粒子质量的机制。它认为我们的宇宙中到处都充满了希格斯场,粒子如果不跟希格斯场发生作用,它的质量就是零(比如光子、胶子),如果粒子跟希格斯场发生作用,那么它就有质量,发生的作用越强,得到的质量就越大。

需要说明的是,并不是所有的质量都来自于粒子和希格斯场的相互作用,还有一部分来自粒子间的相互作用。

2012年7月,科学家终于在大型强子对撞机(LHC)中找到了希格斯粒子,为这段故事画上了一个圆满的句号,也理所当然地预约了2013年的诺贝尔物理学奖。

这样杨-米尔斯理论就可以完整的描述强力、弱力和电磁力了,在霍夫特完成了非阿贝尔规范场的重整化(重整化简单的说就是让理论能算出有意义的数值,而不是无穷大这种没意义的结果,这是点粒子模型经常会出现的问题。

举个最简单的例子,我们都知道电荷越近,它们之间的电磁力越大,那么当电荷的距离趋近于零的时候,难道电磁力要变成无穷大么?这个当做思考题~)之后,粒子物理标准模型就正式投产商用。

至此,我们关于杨-米尔斯理论的故事就告一段落了,相信能坚持看到这里的人对杨-米尔斯理论应该都有了个大致的了解,对它的作用和意义也会有自己的判断。

杨振宁先生是我们国宝级的科学家,杨-米尔斯理论是他工作里目前已知的最为璀璨的明珠(鉴于杨振宁先生工作的基础性和前瞻性,他有很多理论刚提出来的时候不被重视,过了几十年之后却发现它极为重要,所以我不确定以后是否会出现比杨-米尔斯理论更重要的东西)。

诺特发现了对称性和守恒律之间的关系,打开了现代物理对称性的大门。

爱因斯坦敏锐而深刻的意识到了这点,然后以雷霆之势将它应用在相对论上,取得的巨大成功把当时其他的科学家惊得目瞪口呆。

但是这个套路爱因斯坦熟悉,其他人不熟啊,况且在量子革命的时代,爱因斯坦是那帮量子革命家的“反面教材”,波尔才是他们的教皇,所以人家也不屑于跟你玩。

杨振宁可以说是爱因斯坦的嫡系弟子,如果说爱因斯坦对对称性是偏爱的话,那么杨振宁对对称性就是情有独钟了。他充分吸收了爱因斯坦的对称思想,并且把它发扬光大,再吸收了外尔的规范对称的思想,最后创造了集大成的杨-米尔斯理论。

杨-米尔斯理论出来以后,对称性就不再是一个人的玩具了,杨振宁通过这个理论把对称性这种高大上的精英产品一下子变成了谁都可以玩的平民玩具,他把如何释放对称性里蕴藏能量的方式给标准化、工具化、流水化了。

从此,“对称决定相互作用”就不再是一句标语,而成了物理学家们的共识和最基本的指导思想,这极大的释放了物理学家的生产力,为后来快速构建标准模型奠定了基础。

这一块是大家在谈论杨振宁先生的工作,谈论杨-米尔斯理论的时候最容易忽略的一块,如果你不能认识到对称性在现代物理里的重要性,不能认识到杨振宁先生和杨-米尔斯理论在对称性问题上的作用,那么你对杨先生工作的理解是非常片面的,甚至错失了他最精华的部分。

希格斯机制、渐近自由、夸克禁闭、自发对称破缺、规范场的重整化,这些从杨-米尔斯理论到标准模型之间众多精彩纷呈的故事似乎更适合说书,但是,大家要记住对称性才是现代物理的核心。

杨振宁先生是非常伟大的物理学家,除了在学术上取得的巨大成就以外,他的治学态度一样十分值得大家去深入学习。

深入了解之后你能非常明显的感觉到杨先生身上同时闪烁着中国教育和西方教育的优点,他非常有效的把东西方教育里的糟粕都给规避了,所以杨先生总是能很超前的看到一些关键问题。

当然,还是有一些问题,比如说杨米尔斯方程的解的问题。

还有一些依然解释不了的问题,这可能需要完全会打出来,才能够解决这个七大问题之一了。

或需要把这个解给做出来,才能够搭建起强力和电磁力之间的桥梁!

索性,他现在离这个答案貌似不远了。

拿起手中的笔和纸,王峰想了想,开始了验算。

这个大部分人看到之后就会感到头痛的方程式,在王峰看来却是如此的宝贵!

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