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闫同民__神秘的杨-米尔斯场

 物理网文 2019-09-02

    让方程式优美比让方程式符合实验更重要...因为差异可能是由于未能适当地考虑一些小问题造成的,而这些小问题将会随着理论的发展得到澄清.在我看来,假如一个人在进行研究工作时着眼于让他的方程式优美,假如他真有正常的洞察力,那么他就肯定会获得进步.

                    ----狄拉克

    1932年,W.海森堡大胆地提出:大自然在明确暗示,中子之迷只能通过大自然设计中的一种基本对称来理解.海森堡开始想象:如果他能够屏蔽掉电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用的话,那么会发生什么情况呢?海森堡猜想,中子和质子在质量上将变得完全相等。受到旋转对称的启发,海森堡假设:质子可以“旋转”成为中子,强相互作用在这种情况下具有不变性。海森堡的对称被称作“同位旋”,与之相应的群被数学家们称作SU(2)。这是一种非阿贝尔群。

    20世纪50年代量子电动力学不仅取得了巨大的成功,还让人们感到它美妙神奇,它启发人们,作用是从结合在一起的场中构造出来的,它将满足对称所要求的一切。即要建立一个描述电子和光子相互作用的量子场论,只须把电子场和光子场(即电磁场)结合成一个满足洛伦兹对称和规范对称的作用即可。人们自然渴望强相互和弱相互作用也能象电磁力那样处理。泡利对此问题做过深思,但逐渐他发现这样的努力与现实世界并不符合,1953晚些时候,泡利的热情开始减退,“如果谁要尝试构造场方程......谁就总要得出零静止质量的矢量介子[他加的着重号]。有人会试图得到别的介子场----有正静止质量的赝标量(50年代前发现的π介子有这属性并认为它们是强相互作用的媒介子)......但我觉得那太造作。”因此泡利的稿子没有发表。与此同时杨振宁和罗伯特.米尔斯(Robert L.Mills 1927-1999)已经独立地研究了这个问题。并发表了一篇划时代的论文( Conservation of isotopic spin and isotopic gauge invariance.Chen-Ning Yang, Robert L. Mills (Brookhaven) .1954.Phys.Rev.96:191-195,1954.)(这篇论文的引用率现已越过1000次,远超过杨和李1956年获诺贝尔奖那一篇)将电磁场的局域规范对称推广到非阿贝尔群。同样杨和米尔斯的理论与20世纪50年代看到的现实世界并不符合,与泡利不同,他们的理论完全是以美学为基础的一种学术创造。他们的论文不是要解释从前没有解释的现象,象是送给对称神的赞歌。该论文好象在说:“瞧,这是人类的头脑能够梦想出来的最美好的理论。如果大自然在她的基础设计中没有选用这一理论,那么我们物理学家只能对大自然感到失望。”所以当杨-米尔斯的理论最初出笼时,理论物理界认为它的确美好。但是,对于它有什么用处,没有人,甚至杨和米尔斯也没有哪怕是最模糊的概念。大多数物理学家只是咕哝着说,我们没有生活在一个非阿贝尔规范的世界是很糟糕的。他们无奈地耸耸肩,就又继续自己正在做的工作了,该理论因而休眠了。

    然而,20世纪六十年代,发生了令人振奋的转变,物理学家们终于意识到大自然和爱因斯坦的学术弟子们都崇拜同一个神-----大自然的结构是围绕着非阿贝尔规范对称设计的。

  最后修改于 2007-03-16 14:12  

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