杨振宁院士去世，他对物理学领域发展有哪些影响？

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杨振宁院士去世，他对物理学领域发展有哪些影响？

原创  刘易安  物理思享者  2025 年 10 月 18 日 14:42  安徽

享誉世界的物理学家、诺贝尔物理学奖获得者，中国科学院院士，清华大学教授、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁先生，因病于 2025 年 10 月 18 日 12 时 00 分在北京逝世，享年 103 岁。

杨振宁在物理学中做出了不朽的贡献。要说清楚这个问题，首先要将其置于整个 20 世纪物理学发展的大背景之下。

20 世纪物理学的开端是非常辉煌的，1900 年普朗克提出了量子理论，随后 1905 年爱因斯坦又提出了光量子理论。在这一年爱因斯坦发表了 5 篇改变世界的文章，这一年被称之为爱因斯坦奇迹年，狭义相对论也在这一年诞生，那个著名的质能方程式公式 E=mc^2 也是在这一年提出来的。之后 1915 年爱因斯坦提出广义相对论。1925 年海森堡提出矩阵力学，量子力学正式宣告成立。薛定谔 1926 年提出波动力学，随后 1927 年狄拉克将狭义相对论和量子力学结合起来，提出了相对性量子力学。在这样相对论和量子力学诞生的 20 世纪的头 30 多年里，可以称之为物理学的黄金时代，物理学史上从来没有一个时代像这个时代一样，物理学发展进步能够如此迅速。

在上个世纪 40 年代之后，物理学逐渐迈入了所谓的白银时代。那些最底层，最重要的发现都已经被提出来了，黄金时代已经过去。然而这些理论逐渐被推广到物理学的其他领域，这些工作同样是十分重要的。接下来的 30 多年，基本上可以认为是处于物理学的白银时代。在这样的一个时代，量子力学和电磁场论的结合出现了量子场论，用量子力学研究固体物理逐渐衍生出凝聚态物理，相对论融入到天体物理当中，诞生了天体物理学，人们也提出了黑洞的概念，彭罗斯指出黑洞的诞生是广义相对论的一个自然的结果，非平衡统计力学等等方面都取得了重大的进展。而杨振宁就是在这样的一个时代做出了非凡的成就。

1. 杨-李相变理论

相变指的是物质从一种集体状态到另外一种集体状态的改变。因为要研究集体性质，所以要使用统计物理学。在统计物理学当中有一个最基本的物理量叫配分函数，只要知道的配分函数就可以通过配分函数去计算各种各样的物理量。杨振宁的第 1 个重要贡献是跟李政道一起发现的，他们两个使用解析延拓的办法，研究了统计物理学当中巨配分函数的解析性质。也就是说他们通过一个严格的数学框架描述了相变点附近的行为。这个理论被称之为杨-李相变理论。



2. 杨-米尔斯理论

物理学有多种基本相互作用，这些相互作用是如何产生并传播的，这是一个很古老但又是很重要的问题。电磁场告诉我们是光子来传递这种电磁力。杨-米尔斯理论推广了这种想法，允许更多种类的粒子来传递其他的相互作用。

电磁场是一个阿贝尔规范场，这里阿贝尔规范场的意思是这种场在某种数学的操作下，它的物理规律是保持不变的，而且这种操作是可交换的，这种不变性被称之为阿贝尔对称性。而杨-米尔斯场理论涉及到了一个更加复杂的问题，那就是所描述的场它并不是可交换的，因此这种场被称之为非阿贝尔规范场。这个理论在后世产生了巨大的影响，促进了标准模型的诞生，可以说标准模型都是建立在杨-米尔斯理论基础之上的，这也是被杨振宁称之为他一生当中最重要的贡献。



3. 弱相互作用宇称不守恒

这项就是杨振宁拿诺贝尔奖的著名贡献。所谓的宇称指的是物理学当中的一种对称性，指的是镜像对称。物理过程在镜子中看到的现象跟现实当中应该是一样的，这是一直以来是物理学界所坚持的想法，因为在各种各样的体系当中，并没有发现这样的一种对称破缺。然而 1956 年杨振宁和李政道合作，提出了在弱相互作用中，比如原子核的贝塔衰变，宇称可能是不守恒的，也就是说镜像世界当中的物理规律跟现实是不一样的。上帝还真是个左撇子！



这项理论提出之后，很快被吴健雄在钴 60 原子的衰变实验验证了。吴健雄的贡献一直被低估了的，如果没有吴健雄的实验验证，恐怕弱相互作用当中的宇称不守恒可能要很久才会被物理学界所接受。吴健雄一直被提名诺贝尔奖，但没有获得十分可惜。

4. 非对角长程序

杨振宁提出这个概念是为了解释超流和超导这样的宏观量子现象，传统的理论总是用序参量来描述这种有序性。但是杨振宁意识到超流和超导有可能是一种全新的比较微妙的有序。所谓的对角长程序，我们可以用一个简单的比喻来描述它，相当于是一排士兵整齐排列你在第一个位置看到士兵，那么就能够预测在其他的某个 n+1 的位置也能够看到一个士兵，这就是一种局域的，实空间的关联。

但是非对角长程序它描述的是一种在非局域的动量空间当中的关联。就相当于是所有的粒子都同步运动到了同一个量子态，从而形成了一个宏观的量子波函数，即使它们在空间上距离是非常远的，但是他们的量子行为也是高度关联的。这个概念可以很好地作为超流和超导现象发生的判据。



5. 杨-巴斯特方程

这个方程是数学物理当中的一个基本方程，最早是杨振宁提出来的，过了几年之后另外一个物理学家叫巴斯特独立提出。这个方程是少数的，能够精确求解的量子多体模型。杨振宁不仅仅提出了这个方程，而且给出了这个方程的精确解。这个方程用于描述粒子在二维或三维空间当中如何相互作用和排列的模型。我们可以想象现在有很多磁铁，那么这些磁铁之间会产生吸引或者排斥模式，而这个方程就提供了如何计算这些模式的方法。



这个方程在很多人看来可能是一个纯粹的数学方程，但实际上它在物理学的其他方面也有很深刻的应用。比如在计算量子比特纠缠行为的时候，就可以使用这个方程来进行计算。

6. 磁单极子的解释

我们知道，在经典物理学当中电场是由电荷所产生的，但磁场并不是由磁菏产生的。就像你将一块磁铁摔碎，那么摔碎的一块仍然会立马出现两极，而不会有单个磁极的出现。狄拉克在 1931 年预言了磁单极子的存在。

杨振宁和吴大俊在 1975 年用纤维丛的语言为狄拉克的磁单极子理论提供了一个优美和严格的数学框架。他们把电磁场看成是一种纤维丛上的联络，这非常类似于广义相对论当中的时空弯曲。在这样的一个框架之下，磁单极子的存在要求波函数在空间不同区域内有不同的定义，这类似于地图需要很多个图块来覆盖地球，而不同区域波函数的重叠部分就自然给出了量子化的条件。



从这些贡献就可以看出，杨振宁的贡献是多方面的，在物理学多个领域筑基。他绝对可以称之为世界一流的物理学家。杨振宁的贡献大多在半个世纪以前，但是他的这些贡献，如今在很多个物理学领域当中仍然是研究的热门。以上提到的贡献肯定还有很多遗漏，但是以上提到的贡献足以说明杨振宁对物理学的贡献之大，可以说杨振宁至今仍然是在物理学上做出最大贡献的中国人。



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