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对称性与现代物理:杨振宁先生在物理学上的贡献

2021/10/5
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遥遥无期

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赵志成
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赵志成:我认为杨振宁先生最重要的贡献在于将现代物理学的视角从场本位转向对称本位,这深刻地改变了我们对物理实在的理解。他的杨-米尔斯理论奠定了现代粒子物理学的基础,其重要性堪比麦克斯韦的电磁理论。物理学的本体论经历了两次转变:第一次是从粒子到场,第二次是从场到对称,杨-米尔斯理论代表了第二次转变。经典力学以粒子为核心,但光的波动性挑战了这一图景。麦克斯韦的电磁理论提出光是由电磁场的振动产生,场成为独立实体。量子场论中,场是核心,粒子是场的激发态。在量子场论的视角下,粒子是场在时空中的短暂激发态,宇宙是场持续激发和湮灭过程的快照。对称本位并非否定粒子或场,而是强调对称性在描述物理世界中的核心地位。大量基本粒子的发现促使人们寻找更深层次的规律,对称性成为理解粒子性质和相互作用的关键。诺特定理揭示了对称性和守恒定律之间的关系。物理学中的对称性是指在某种变换下,物理定律保持不变的性质。宇称不守恒的发现挑战了人们对宇宙对称性的朴素认知。全局对称是指整个系统发生相同的变换,而局域对称是指系统不同部分发生不同的变换。广义相对论体现了局域对称性。局域对称性对理论形式有很强的约束作用,可以指导理论的构建和发展。杨-米尔斯理论提供了一个框架,通过假设对称性来推导理论的具体形式,但其本身并未给出具体的对称性。杨-米尔斯理论及其标准模型代表了从场本位到对称本位的转变,对称性成为更基本的描述语言。如果我是上帝创造宇宙,我会先选择宇宙中需要满足的对称性,然后其他一切都会随之确定。所有已知的物理理论都是等效理论,它们是更基本理论在特定能量尺度下的近似。杨振宁反对建造大型对撞机,是因为其性价比低,建造大型对撞机获得新发现的可能性越来越小。当前的物理学理论框架已经能够很好地解释已知的现象,但寻找新的物理现象越来越困难。 穆瑶:作为一名非物理专业人士,我对于杨振宁先生的贡献以及现代物理学对世界的理解方式感到好奇,希望赵教授能够从一个通俗易懂的角度来解释这些问题。

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本期节目,我们邀请物理学博士赵智沉,探讨杨振宁先生对现代物理学的贡献,特别是其提出的杨-米尔斯理论如何改变了物理学界对‘实在’的认知。从粒子到场,再到对称性,我们逐步揭示现代物理学的演变历程。

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大家好,我是穆瑶这里是瑶瑶无期今天是一个特别节目我请我的朋友老赵来跟我一起做这个节目我们想聊一聊杨振宁先生在物理学上的贡献借此向杨先生的百岁寿辰致意

赵教授你先介绍一下你自己的背景大家好我是赵志成我是本科是北京大学原培学院学的是物理方向然后毕业之后在美国的密歇根大学读的理论物理的博士然后方向是弦论和超引力超对称等等然后但是现在是在谷歌纽约做一个软件工程师我打断一下你刚才说你每个研究生是做弦论的这是你自己选的方向还是

对,当然是我自己选的方向就是研究生在第一年上的基础课之后就会选择一个导师和研究的方向然后我其实一直对理论更感兴趣然后对实验手比较笨所以就实验一直大学也不是很擅长然后所以就选了理论然后理论大家都至少在当时吧现在应该也是,弦论是最被普遍认为最有希望可以统一所有

物理学基本理论的一个理论框架所以当时我也是很具有野心的想去挑战这个领域你说到你觉得自己手比较笨我想起当时杨润宁先生有一个著名的典故他说他也是手比较笨所以他后来做了理论有一个英文的梗是

where there is young, there is bomb 哪里有杨振宁,哪里就有爆炸打插问一下一般学物理的师都会在某一个时刻决定自己做实验还是做理论还是怎样每个人都要做一个这样的对,其实物理它除了我们传统自然科学认为的理论和实验以外还有一个很重要的一个分支叫模拟然后有很多

发现是需要从第一理论第一原理出发然后在计算机里面进行一些模拟然后来看这些理论对应会延伸出什么样的一些现象它是否符合我们我们日常或者说我们实验室所观察到的现象等等所以现在基本上是这三个大的方向但确实一般大家都要选择一个至少一个核心的方向作为那这里会有一个鄙视链的问题吗我觉得做理论物理的人多少是有一点

有一点高傲的心态吧 我觉得 我没想起我在读博士的时候有一个做学术准理的课 然后我们大家会自我介绍然后比如说它不同院系都有了 生物的 化学的 环境的 物理的 数学等等都有它这些通识课有点像 然后我们比如说有人说我是生物学家 我是化学学家 然后我是物理学家然后到我们同一个组的一个人说我是理论物理学家 他要区别自己的这个

强调自己的理论的充分比较高贵对 他是有 我觉得会有一点对 我觉得会有一点好的 我们开始聊天的一开始的动机是因为前一阵不是国内有很多纪念杨振宁先生 100 周年诞辰 100 周年跟诞辰 100 周年生日 100 周年生日 100 周年生日的这么一个活动然后老赵写了一条

说他觉得杨先生的贡献主要是体现在他把现代物理学界对实在的这个概念的理解改变了我觉得这是一个非常有意思的话题所以我想请老赵来跟我们聊聊这个问题因为我们作为一般的老百姓

当然我自己学数学但是仍然作为一个非物理专业的人作为一个一般的生活高级教育的人我们对时代的概念应该仍然是非常古典的就算我们学过一点点现代的物理学我们所说的实在仍然是桌子里子板凳这样的实在我们当然也知道一点什么粒子场但是更现代的观念我们就非常模糊了所以老赵可以从这个角度来给我们讲一讲杨先生的贡献是什么以及现代物理学是怎么看这个世界的

对,杨先生的贡献,大家可能更熟知的是他和李正道所提出的所谓若相互作用下的宇称不守恒的定律,以及后来在吴建雄所主导的实验下被验证的这个理论之后获得诺贝尔奖。但是在物理学界,大家更公认的他的最核心的贡献其实是所谓的杨奥米尔斯理论。

就是他和当时在 Brookhaven 国家实验室的 Robot Mills 共同提出的一个所谓局域规范常理我们一会儿会详细解释这个理论然后这个理论可以说是奠定了近代粒子物理学的基础它的重要性在我看来是不亚于

可能可以和麦克斯威的电磁理论比肩的重要性那么要解释这个理论其实非常困难因为大家可能在科普里面都很少看到科普量子力学 科普相对论等等但很少看到科普杨米尔斯理论规范常论这个概念可能对大家都比较陌生这是因为这个理论确实是非常抽象

然后它背后所涉及到的一些很深刻的哲学问题以及它们所涉及到的物理学和物理学家对于什么是实体什么是实在这样一个概念的演化我觉得是非常值得去介绍的我大概会认为是有两个变化从粒子到场到对称那么杨米奥斯理论所代表的就是第二次本体的转换

我会以这样一个视角来介绍我们先讲一下第一次好了因为作为一个背景你说第一次是从粒子到场第二次是从场到对称从粒子到场的变化大概是什么样的我们先讲粒子因为粒子是大家最熟悉的如果我们说什么是实体大家可能意识或潜意识里边所拥有的一个图景其实就是粒子

或者更广泛的像刚才莫瑶说的桌子椅子这些所谓的物体和实体我们在日常生活中可以看得见摸得着的一些东西那么我们知道经典力学的核心其实它的一个核心思想就是它所描述的是一个粒子如何影响另外一个粒子的运动

然后这个影响是由什么来描述的呢是由力来描述的所以我们通常说经典物理学就叫它经典力学甚至我们会把其他的学科都以力学来描述像热学我们不叫热学我们叫热力学电磁学我们叫电动力学等等这是因为力作为描述粒子之间影响运动的一个手段它是一个核心的方法早期的牛顿精英力学人们认为一切都是粒子一切现象都是粒子和粒子的运动所产生的现象

比如说我举个比较有意思的一个例子就是早期的人们对热的理解我们现在知道热是一种能量对吧热是一种所谓的分子运动所产生的一种效果但早期人们不知道这些很微观的人没有微观探测的手段人们认为热是一种热质人们认为热是一种物质比如说比如说我现在坐个椅子然后我这个椅子被我坐热了然后我现在离开然后木偶要坐上来他会感觉到有一种生理上的不适

因为有一种热的物质从我体内传到了椅子上然后再用椅子传到了木窑的身体里面这是一种热的流动的一种人们对于朴素的粒子观下的对于热的一种所以他认为所有这种朴素的粒子观认为这些东西都是以微粒的形式来传播的但是随着人们观测手段增强人们发现光

它有很多粒子朴素的粒子光无法解释的一些现象它呈现出很多波的现象我们现在知道光有折射有反射以及更加细微的一些现象像眼射偏振等等这些现象它是粒子很难解释的然后另一方面它是

比较好的一个波来解决因为当时人们对波已经比较成熟的认识了因为当时人们对声波声音作为一种波已经有比较好的认知了所以人们就去试图去了解到底什么是光到底是什么光的本性到底是什么如果它是粒子的话那么这些现象怎么去解释

那么大家如果看过一些历史科学史的话会知道早先比较有代表性的是牛顿和惠更斯的一个光的粒子和波动学说的一个争论然后包括后来的托马斯·杨、菲尼尔等等他们逐渐用相当于发源光道的这个光的波动学说的概念所以人们更人们逐渐开始接受了光这个东西它其实更好的应该用波来更好的来解释而不是用粒子来解释所以说

这其实可以说是对经典力学以粒子为基本图景的一个挑战就是到底什么是那么如果这样光是波那么我怎么用粒子来解释它这是当时的一个挑战但是它并没有动摇人们朴素的这种粒子图形的地位

其实不满足于认为光是知道光是波这样一个现象人们还会去追问到底是那么既然光是波对吧那么到底是什么东西在振动它是这些振动的东西它是怎么和介质互相交互的就好像我们知道声音是波但是我们真正说声音是波的时候我们不会满足于声音作为一个波我们会说声音是波是因为这些空气分子啊

这些空气分子在空气中振动然后压缩和膨胀逐渐的推动了它周围的空气的振动然后逐渐传到耳膜出发了耳膜的振动等等所以说即便我们在用波这样一个语言来描述声音但其实它的核心它的本质依然是粒子就是这些粒子的运动它产生的波然后它这个波的形象依然可以还原成粒子的运动所以当时人们还是沿着这个思路试图去理解

光作为一个波它背后的粒子到底是什么那么其实这个问题当时是很难其实当时没有回答的因为当时人们的观测手段很难去观测到我们现在知道光是一个波长非常短的一个电磁振导但当时人们是很难有手段去做这么精密的观测那么对于光的认识是有另外一个

相当于是另外一个这个他山之石所引入的一个新的视角那么这个理论就是电磁理论就是从法拉第到麦克斯威发展了这个电磁理论之后麦克斯威发现这个电磁电和磁它其实是一种在真空中是一种以

以波的形式所震荡的一个解那么他发现他计算电磁震荡一个解是什么意思就是说我们知道电场和磁场它是由电荷

和电荷的运动所产生的然后你可以想象在空间中有一个静止的电荷那么它就会激发所谓的库仑电场对吧它会对周围的物体其他带电的物体产生一个静电场那么如果你去快速地移动电荷它就会产生不光是电场它还会产生磁场那么这种电场和磁场它会进一步

在空间中以一种它的电场合适量它会空间中以一种波的形式所传播出去然后它的这种传播就电场合适量在整个空间中的一个随着时间的一个随着时间的一个一个函数它必须符合所谓的 max 微方程组然后这个方程组的解就是电磁波回到你刚才说的光的问题就是

人们并不知道光作为一种波是什么东西在振动到了麦克斯韦这里他是不是也就不回答这个问题他就说电磁场就是一个解然后某个东西在振动但是我并不试图去回答是什么或者说那个东西就是一个新的东西它就是一个在振动的抽象的东西它不是一个具体的像空气一样的东西其实在麦克斯韦理论里边光其实就是电磁场的振动

对我的意思是说麦克斯韦在脑海里面所谓电磁场震动他是不是已经不试图把它还原到粒子层面了他就是说电磁场在震动而不是像空气一样是某个分子在震动这个问题很有意思就是说

我们今天看到的麦克斯威方向索是一个非常优美非常优雅就像你说的它仅仅是电磁场本身的振动而已但是在麦克斯威他早期发展的理论过程中他依然无法摆脱这个依然无法摆脱这个朴素的粒子理论粒子观念在麦克斯威理论的早期他认为电磁波和电磁场是一种像流体一样的一种一种

所谓他用一个硬力流体的硬力模型来解释电磁场硬力就是硬力模型应该的硬硬力模型来解释他认为就是说电场和磁场其实是一种实体实体场它是一种实体的流动实体的东西在流动那么到底什么东西在流动呢他提出所谓的一个很复杂的一个像这个机械传送齿轮装置所构成的一个庞大的一个系统然后在里边

每一个带电粒子它的一个运动会以一种像齿轮一样的方式来带动它周围粒子的运动一个带电粒子的运动然后这个粒子又会带动它周围的粒子然后逐渐地把这个运动给传播出去但是他发现这样解释首先是非常的繁琐他会引入很多不必要的假设我们根本不知道首先我们根本看不到这个世界甚至真空中是不是存在这样一种

这样一种齿轮系统然后其次我们知道的话它这个齿轮运作我怎么去设计它让它能够完美的符合我人们在实验室里观察到的电磁磁场的现象是非常困难的所以后来 Maxway 但是他之所以这么做完全是因为朴素的粒子观念就是认为我只有这么去解释它才能够解释这种通过接触来传递力的这样一种朴素的想法

但是后来他屡次尝试的时候发现这个根本就行不通而且他又另一方面他又发现其实完全不需要这样一个额外的假设完全可以抛弃掉这样一种

反腐的齿轮结构完全以一种纯粹电磁场的形式来呈现出来就是说这个场本身它已经在这个时候它已经不再是一个描述利益的辅助手段而它已经成为它里面的一个基础的一个

一个实在也就是他在 Maxwell 方程组里面场的地位和带电粒子的地位其实是一样的甚至会更高因为我们存在于真空中的场我们可以有没有粒子的电磁场也就是真空中的电磁波对吧它完全是不需要粒子就可以存在一个解然后其实

不仅仅如此就是电磁波它还被在理论发展过程中它还被赋予了一些跟粒子很像的一些概念像动量啊能量啊等等所以人们其实完全或者说几乎完全用和描述粒子一样的方式来描述场

我们经常说如果一个物体看上去像一个鸭子然后它叫起来像一个鸭子然后它动起来像一个鸭子它就是一个鸭子你不用去管它具体里面到底是不是和鸭子一样的生物结构等等这个在这里是同样适用的如果既然场它被赋予了和粒子一样的动量能量等等这些基本的量的话那么我就可以用和粒子相似的方式去描述它

所以这个时候肠已经开始成为一个具有基础地位的一个实体开始涌现开始出现但是肠它的地位还是这个粒子本位向肠本位的转向它还是它始于麦斯威方程数但是它更重要的

概念其实是来自量子力学我们大家可能知道所谓的玻璃二象性光有波动的性质也有粒子的性质然后从 20 世纪早期一大批物理学家像爱因斯坦 波尔海森堡等等他们发展出了量子力学他们发现其实一切物体它们背后都是有概率的属性

当人们用量子力学来描述所谓的粒子和描述光的时候我们已经无法再用传统的粒子的图景来想象它了我们必须有一种波函数的方式来想象它这个是所谓的老派的量子力学对于粒子的一个描述大家可以看到这个时候尽管我们在描述一个粒子但是我们已经开始用

一种波的函数甚至一种场的函数来描述这个粒子它是一种概率波的方式来描述它了那么为了将量子理论进行所谓的相对论化然后以狄拉克为代表的物理学他们提出了更近代的量子理论也就是量子场论那么在这个量子场论的语境下所有的从粒子也好场也好它都是以一种

量子场的形式所呈现出来的它只不过是用两种不同的场比如说像粒子比如说电子质子任何的粒子它都是一种称为费米子的场然后像光这种传播力的媒介是一种叫玻色子的场呈现出来但是它们是一种同样的在量子场论里面是用一种同样的方式被量子化的然后这个时候

粒子和场的关系反过来了就是我们不像老派量子力学是用场来描述一个粒子而现在我用我现在对我现在是粒子是通过场来表达的也就是说场在这个量子场的里边是真正获得核心地位的粒子是场的某一种我之所以这粒子的出现和粒子的湮灭只是场的某一种

某一种形态和它的一个对场的一个性质的一个表述在这里场是真正获得了一个核心地位的所以说在量子理学特别是量子场论这里场已经开始取代粒子作为真正在我看来作为真正理论核心的一个表述语言这里我就要打断一下了因为很显然我觉得大部分一般人

所受到的科学训练会在这里碰到一个巨大的障碍因为以一个普通人的视角来看这个世界你说粒子是很小很小的东西然后他们运动在一些场之间他们的作用是通过场来传递的 OKOK 因为现代人他知道 WiFi 这样的东西他能够理解空间中有一个无处不在的场然后你刚才说这个颠倒过来说场是一种根本的粒子是它的某种

存在方式这里面就存在着一个概念上的障碍因为我们怎么理解这件事比方说我作为一个人我身上的皮肤我的大脑我喝的水这些东西至少在我的实体概念中它们是真实存在的它们是一个一个小的水分子水分子是氧和氢等等你现在想告诉我所有这些东西最后拆到底下并不是一堆粒子而是连粒子都不存在它们其实是一些场

所以我这个人是一些场的凝结吗还是怎么样这部分我觉得大部分人是很困惑的对就是说我们可以这么理解就是说我们可以将就在量子炒能的语境下我们可以将整个世界看成是一个场所激发出来的一个状态怎么说比如说我们比如说真空中会凭空激发出粒子和反粒子然后粒子和反粒子它们又会快速地

发生相互作用,所谓湮灭,又回到真空中的状态所以说在量子场中的语境下粒子总是一个被激发所谓激发就是说从无到有比如说我们可以想象

真空中本来是什么都没有然后它一定的概率在某一个地方突然出现了一个电子和一个负电一个反电子一个正反电子对然后他们又在快速的他们又在极短的时间里边因为他们是不稳定的状态所以他们会互相的湮灭然后又回到释放能量回到真空中然后其中有一些粒子他们可能会获得相对长的寿命它会相对的稳定一些然后再我们如果把这个

时间和空间图形拉大整个宇宙,宇宙大爆炸作为一个整个宇宙作为一个图形的话我们其中有一部分例子,也就是我们今天所看到的这个例子,它们会更加的稳定但是这些例子它们归根到底还是由场所激发出来的只不过它们在今天,它们这个寿命,它们这个所谓半衰期也好,寿命也好它可以长到不是几微秒几毫秒,而是数万年数亿年

但是它在本质上和真空中激发出一对电子然后迅速湮灭并没有本质上的区别它们只是在时间尺度上会有区别所以我们看到好像粒子就永恒的存在在那里那么在场的预期下只不过它不是真正永恒的存在而是它在不断的在粒子与场被激发和湮灭的过程中此消彼长的一个时间切片一个 snapshot

我不得不说这个图景就有点怎么说呢悬水的意思了因为这很像是佛家的描述的某种场景我们所有的人也好我们所有的世界也好这些真实存在的东西我们认为真实存在的东西也好他们是真空中的大背景下在以一定几率所碰巧激发出来的一些粒子这个 snapshot 的

存在并不是一个硬邦邦的真实的东西而是它在某一刻呈现出了一幅图景然后它是概率的并且它可以随时消失虽然可能因为半分钟很长所以它消失了很久以后但它终究是会消失的然后所有我们理解中的实在木头空气我大脑都是这样的一个虚空中的偶然凝结出来的 snapshot

我觉得可以这么理解对就是人们对于就人的认知一定是由人的这个时空尺度所局限的嘛对吧如果我们人可以比如说人可以人的时间尺度是可以到到比如说微秒甚至纳秒级别的话我们所看到的世界和我们现在看到的世界肯定是不一样的就是我们可以看到一些在那个时间尺度下我们可以看到一些

在那个时间上认为是永恒的一些现象而今天我们认为是短暂的稍顺即逝的不稳定的现象 OK 虽然到长本位我觉得已经到达一般老百姓的想象极限了就是宇宙其实是一个以场为主的东西粒子是某种顺势存在和顺势消失的嗯

上面的不能说陪衬但是知道它的各种表现到这里面我们已经觉得很不适应了然后你刚刚说还有第二次转变就是从常本位到对称本位对首先我还要强调一点我们所说的本位它不是一个互相排斥的概念我们今天还在大量的探讨即使在今天的这个

近代物理的预先我们还是大量的探讨粒子探讨场探讨对称这些我们都是在一起来说的并不是说像我们今天为什么还是说粒子物理我们还是说什么夸克这些其实都是粒子的概念并不是说我们当我们说场我们就抛弃了粒子而不当我们说对称我们抛弃了场而是说

当我们共同拥有这些概念的时候他们在物理里的层次是什么样子的就是我应该用什么东西来描述什么东西对吧像在粒子本位我是用粒子来描述场那么反过来在场本位我是用场来描述粒子这个是我要说的并不是说我们今天不讨论粒子的或者说粒子就是过时的概念并不是这样那么在什么是对称本位我们今天我们就要聊我想从两个背景来出发聊一聊这个

来引出这个杨明二次理论杨振英的这个贡献其中第一个背景是在上世纪中五六十年代人们发现了大量的所谓的基本例子就是当时人们不知道像这个质子和中子当时人们认为质子和中子是基本例子了然后人们发现了大量

新的粒子随着人们观测手段的增强随着能量这个实验体实验一期能量的增强中发现大量的新的粒子像一些介子我们在在物理里面称作 Mason 介子和种子

然后这些例子如此之多使得人们开始怀疑这些到底是不是基本例子因为当你说基本例子的时候我们很难想象我这个自然界存在几十上百种基本例子他们就不是那么基本了然后人们就会开始猜测是不是这些基本例子更内部是由一些更基本的例子所组合而成的这些所谓的基本例子它不是那么的基本

然后人们怎么去发现这些规律呢这个其实就和人们发现化学的元素周期表规律是有点类似的就是说人们会把这些粒子它们所拥有的不同的性质给列在一张表里面然后人们去看这些表它符合某一些对称性符合某一些守恒性哪些

这些粒子之间相互作用哪些是可以发生的哪些是被禁止发生的那么一定是有一些守恒的东西在背后指导这些或禁止一些反应的发生禁止另一些反应的发生然后人们去整理这些粒子的时候人们发现它们符合一些所谓的对称性就比如说

其中一种对称性就是叫强相互作用下的同位权对称性什么意思呢就是说在强相互作用的语境下中子和质子其实是同一种粒子的两种表现它背后当然是有更深刻的我们今天知道背后是有更深刻的原因是因为它是由所谓的

up quark 和 down quark 上 quark 和下 quark 所构成的一个同位置的对称性但是这是一个例子就是说人们发现以前人们认为完全不同的两种例子它们在某一些场景下在某一些环境下比如说墙相互作用的场景语境下它们是高度对称的所以它们完全可以应该被看作是同一种例子的不同的表达然后这是一个例子还有一个例子是非常著名的盖尔曼

他提出了八重态就是他当时把这个 K 介子和π介子一共有八个介子他放在一个大的图里面他发现这些介子其实可以被看成是同一个粒子的一个表达这个表达是由八个维度来构成的所以说他用这些介子这些八个介子其实是一个介子

然后它其实是一种更深层的一种对称性在物理学成为在国家数学里面成为 SU3 对称性所构成的一个表达就是一个 representation

然后这些工作使得人们发现其实这些粒子它背后更深层的一个人们与其去了解这些粒子当然在量子场上的语气下是了解激发这些粒子的场其实更深层次的人们应该去了解这个粒子它背后是有什么对称性来指导这些粒子以及他们互相之间的反应

所以说这是一个背景之一就是人们发现了这些大量不在基本的粒子之间的一些对称性然后还有一个背景就是人们对对称性的研究开始变得深入了其中大家如果对物理和数学比较了解的话大家可能听说过诺特定义诺特定义它描述的是什么呢就是说一个

系统一个理论如果它符合某一种对称性那么它与之相对的就有一个守恒量那么在经典物理学里边这个理论的时间平移对称性所对应的是能量守恒这个理论的空间平移对称性对应的是动量守恒理论的空间旋转对称性对应的是角动量守恒

那么反过来其实通常也是这样如果一个理论它具有某种对称性某种守恒性那么它背后通常是有一种对称性来指导它或者来约束它或者来规定它等等我这要打断点一下就是你碰巧说到诺特定律这是一个我了解但是我相信大多数听众应该完全不知道是什么的东西所以我觉得我们应该花点时间先解释一下你说的对称是什么意思一般人

他想的对称就是左右对称景象对称所以我们必须要先强调一下我们数学上说的对称比这个概念要广比方说什么叫时间对称时间对称的意思是说一件事情的发生昨天在同样条件下发生它是什么样今天如果什么条件都不改变

它的结果还是一模一样这个叫做它关于时间对称或者用数学上经常用的一个词叫做关于某个变换的不变性所以我们必须要先描述清楚对称这个词至少在这个语境下它描述的是一种

跟某件事情无关的这么一种性质比方说我昨天在这个实验室里做这么一个实验今天来看它还是如果还是这样那就叫实验队成心对然后如果我昨天在这个实验室里做这个实验今天我在跟这个实验室

我把前后左右调换一个方向再做这个实验结果也对应了前后左右调换了那么一个方向这就叫做这个实验在空间上是对称的这是我们数学上的语言但是老百姓可能有点困惑在这里所以我想以一个学过数学的人的背景来介绍一下这个对称的词顺便说一下这里面其实有一个很有意思的梗就是李政道先生当时访问中国的时候在文革期间他就说到

毛泽东主席的接见然后毛主席就问他你是做什么然后他就大概讲一讲一圈不守恒这些东西然后毛主席就说为什么你们会把守恒这件事情看这么重因为毛主席他是以一个非常朴素的老百姓的视角来理解而他是觉得宇宙难道不应该是不断打破的这个恒定的东西的过程吗

然后李正道先生就给他举了一个例子他说我们说这个手横和对称和老百姓那个是不一样的他当时是怎么举的例子呢他是说我把一个铅笔放在一个鞋面上鞋面就会滚下去然后把这个鞋面转过来转 180 度这个铅笔就会往另外一个方向滚过去他说你看我往这个方向做实验它就是这个结果我转一个角度做这个实验结果也转这个角度这就说明

铅笔会从鞋边上滚下去这个事实跟我这个鞋边的方向无关那这个东西就是我们所关心的对称性就是我们不管怎么扭这个试验

结果都一样 这就叫对称然后这个例子当时据说让毛主席想了半天我们打转一下 这是一个据说是真实的故事对我们在物理里边说对称其实通常所指的是一种所谓的对称操作就是一种就是说当我对这个系统做了一个操作之后它在新的系统下

它符合的物理理论是不变的或者说我可以举另外一个例子比如说我们可以想象我们在一个真空中做一个物理实验设置了一个实验室做一个物理实验然后我们没有任何其他的东西作为参考没有什么地球太阳作为这个物质的参考我做一个物理实验然后如果在某一时刻有比如说一个神或者一个谁把整个物理实验这个实验室往

比如说以你身体为轴往你的顺时针方向转了一度

然后不告诉你然后你回去继续做实验你是无法通过这个实验本身来判断这个实验室有没有转角度还是没有转角度如果你无法判断的话那么这个理论我们所说的这个实验室所发生的被观察的这个理论就是符合空间旋转对称的同样的适用于时间平移对称和空间平移对称所以说这个对称是和一个理论在对称操作下不变所有关的

对这个事确实需要修改解释顺便说一下这个也是我小时候读到关于屡称不对称的那个屡称不守恒的那个工作的时候的我觉得对我来说是一个非常大的思想冲击对称这个事情你细想的话它其实是一个废话就是它是如此的满足我们人类的常识以至于你都意识不到这事居然值得一说那一个事情

它当然就整个这个宇宙中当然不应该有任何一个方向是特殊的或者整个时间长河中当然不应该有一个点是特殊的就是所谓对称性指的就是这个宇宙中的所有方向都彼此平等时间长河中所有的具体的时间点都彼此平等当然应该是这样然后

如果你竟敢说什么东西不对称就意味着这个宇宙不是偏好某一个宇宙是偏好左和右中的某一个方向的这就显然不可能吧我们人类对宇宙的想象应该是

它首先是一片虚空然后什么都没有然后中间作为一个舞台上面有的这个有的那个但这个舞台本身作为一个空的背景应当是绝对对称的

如果背景本身都不对称这就很奇怪就是宇宙本身对某个方向或者对某一个时空上的视角是有优待或者劣待的所以它就整个会让你的宇宙观发生某种变化确实这也是为什么在当时杨理和吴建雄他们验证了若相互作用下宇称不守恒对整个物理学产生多么大的冲击这个是人类历史上或者物理学历史上

第一次发现一个基础理论注意我说的是基础理论它竟然破坏了三种重要的所谓的离散对称型之一三种对称型分别是什么我们刚才说的是连续对称是时空平移时间平移空间平移和空间旋转三种基本的离散对称是什么是时间反也就是时间正流和倒流这是一个离散的它是一个一或负一的一个情况第二种叫

电荷转换电荷繁衍就是不光是电荷所有荷比如说所有正电荷变成负电荷所有负电荷变成正电荷它应该是不变第三种就是叫镜像繁衍就是我在任何一个方向上画一面镜子然后我把一个那么在这个镜子里边你的左手会变成右手右手会变成左手那么

这个理论我们也在扬理之前人们认为所有的包括万有引力包括已经被了解的相当透彻的电磁力它都是分别符合这三种离散对称的那么人们很自然地去认为当然弱强护作用和强强护作用也应该符合

但是人们竟然发现这个弱相互作用竟然是被在预称在这个镜像变化下是破坏什么的这个问题到今天还没有获得一个很好的解释人们还在不断去追问这个对称性是如何被打破的其实有很多类似的在物理里面很多类似的问题就是认为应该是对称的竟然不对称等等的所以说我想说的是什么呢就是说

在我们无论是宏观经典还是量子力学里面我们都有一种对称性和一种相应的守恒量但我们在这时候所讨论的对称性其实都是一种我们称之为全局对称与之对应的一种对称性叫局域对称什么意思就是说我们还是以一个真空中的实验室为例

全局对称意思就是说我把整个实验室原封不动完整的往右顺时针转移度的时候我看不出区别局域对称什么意思呢是说我只是把这个实验室里的一个器材往右转了顺时针转的时度其他没有变那这个我显然能看出来我只要对比一下这个器材和其他东西的方向我就能看出来所以说

在这个意义下这个局域是不对称的我不能只去改变一个小小的空间和范围去让它改变并且要求这个理论是不变这是不对的但是

在当时也就是 20 世纪中期上半世纪到中期人们已经认识到了一些局域对称性并且人们发现这些当一个理论满足局域对称的时候它对这个理论有多么强大的一个限制或者说影响

其中比较重要的一个例子就是广义相对论那么我们可以把狭义相对论看作是一种全局的一种因为我们探讨的是所谓的惯性系之间的一个相互作用但是我想说的就是说从狭义相对论到广义相对论其实它发生了一个对称从全局对称性到局域对称性的一个

一个强化或者转变什么意思呢?广泛相对论提出一个著名的思想实验就是说如果我一个人坐在一个电梯里面我

无法判断当我在电梯里观察到加速度的时候比如说我手拿一个苹果我手一松苹果在电梯里往下落有两种情况一种情况是电梯在我人在真空中没有任何引力没有地球没有任何引力但是电梯在往上加速所以我可以看到苹果在往下加速因为我人在电梯里这是一种第二种是电梯没有动

但是我这个电梯在地球上地球给苹果施加了一个引力让它往下加速那么在 Einstein 就说这个等效原理什么意思呢就是说当我在电梯里的人我是无法区分这两种现象的注意到这就是一种局域对称因为只有在这个电梯里你无法判断如果你有一个人可以从外面去看我就可以很轻易地看到这个电梯到底是静止还是运动所以说广义相对论它是有一种局域对称性

所推导出来的一个非常强的一个理论就是说当一个系统它既要符合全局对称性又要符合局域对称性的时候局域对称性会对这个理论形成更强的一个限制同时也会对这个理论的形式产生一个更加好的一个指引或者一个指导那么在

物理学里面无论是经典力学还是量子力学它有一些理论是符合所谓的局域对称的那么在经典力学里面在我刚才所举的电磁理论我们说电磁电势它首先是符合一个全局对称的它的对称性所引出的是

电荷手棚那么其实在 MacSwitch 时期人们就已经发现了电视我不一定要加减一个常数项它才能不变我加上一个某一个所谓标量场它依然可以保持不变也就是说我可以在这个全局变化它不光是一个常数而且它甚至可以是一个函数这个函数可以是在不同地方是不一样的就是我在不同空间上加减一个不同的常数

我放松这个要求它依然是对称的所以说这是一种电磁理论所符合的一种局域对称然后在量子力学也就是量子电动力学里面人们发现这样一种局域对称性它

非常巧妙而且非常完美的可以用一个自由度来解释这是什么自由度呢就是所谓量子力学波函数的一个辅角自由度就是我们知道量子力学它是用一个辅的波函数来描述这个一个辅函数来描述这个波函数的那么大家如果辅函数是辅数 complex 对 complex 对那么大家如果回忆大家在高中学过的这个辅数我们知道这个

这个辅数有一个辅角这个辅角的变换不会改变这个辅数的长度或者它的模所以说那么在量子里其实也是一样我们通常所关心的是波函数的一个例子是否在这里发生了概率这个概率是波函数的模那么

这个辐角就形成一个自由度就是我在任何一个地方如果我为这个波函数在任何一个领域里边注意这就是局域对称的来源在任何一个领域里边我去改变这个辐角我不应该整个理论是不变的因为我真正所谓的观测量其实只是这个模而已辐角是无法被观测的量所以你改变辐角各地也可以不一样各地可以不一样对这个就是它的局域对称性的来源

当然如果你改变这个辅角各地全都一样改变的话它就是一个全局对称性但是我可以让它就是这个理论使得即使你每个地方改变的辅角不一样我依然不会影响我这个理论本身这个理论符合一个非常好的一个局域对称性然后这个局域对称性它是比全局对称性更强的一个对称性那么

它意味着这个理论量子电动力学量子场论如果你要量子场论符合这样一个所谓的 U 弯就是这个辐角它是一个一维的一个数一个旋转对它的对称性的话这个理论必须要符合一个非常好的性质才能够保证这个局域对称性这个性质是什么呢

这个性质它恰恰是电电力学的形式就是说如果我现在写一个理论这个理论我要让它符合局域的辐角对称性那么我就必须不断地去修改其他的理论其他的项目

因为一旦你改了一个地方其他地方就会变它这个辅角会有偏倒等等那么你为了保证这个理论本身是符合局域对称性的你就要去不断地去修改其他的想法然后这个修改修改当你把整个修改全都做完这个工程做完使得这个理论完美地符合这个对称性的时候你就会发现这个理论恰恰就是量子电动力学也就是电磁理论的量子形态

一旦你做了某些关于对称的特别是局域对称的假设之后我这个方程就被确定了就被限定为某种形式所以说这是什么意思这个是一个非常深刻的一个概念就是说如果我们知道了一个理论它符合某一种局域对称性它会引导这个理论必须满足某一种形式

然后这个形式 但注意啊 量子在这个经典 在这个电磁理论我们这个过程是反过来的就是我知道了电磁理论的经典形态然后我将它量子化 然后我发现它竟然符合这个局队身心好 现在问题来了弱相互作用和强相互作用我是不知道它的具体的这个理论形式的我只知道它有一些全局队身心那么这个时候杨振宁他就会问

杨振宁一方面知道了弱相互作用和强相互作用有一些全局对称性另一方面他知道了像量子电动力学和广义相对论这种局域对称性所具有的无与伦比的力量他也会问那么有没有可能弱相互作用和强相互作用和更广义的相互作用

当我要求这种全局对称性也符合局域对称性的时候我可以从中知道这个例的形式我可以知道这个理论的形式听起来就是这样一开始在麦克斯特这个时代人们先找出场的方程然后发现满足这个场的方程的场是满足

某些对称性的 全局的 局域的然后到后来等到量子电动力学里面有一些人们也是先有了方程然后发现它们的对称性然后杨敬明就开始问我反过来对那些不知道方程的

做的作用我能不能先通过假设一些全局或者局域对称性全局对称性是已经知道的不需要假设但是我们不知道它是否可以被局域化或者说这个理论如果它这个对称性被局域化它是否还保持不变所以我是先猜测它有可能满足某些局域对称性对然后我们来试图在这些局域对称性的要求下去推出某些方程对那就两头都不知道的话

我该怎么我凭什么猜它有这个局域对称性好那么所以杨振英的工作是什么他就是哪怕我不知道对称性是什么比如说我刚才说的辅教对称性是所谓的 U1 对称性或者是什么的原因他所做的工作就是说既然它是对称性那么它一定符合一种所谓的对称群或者说在连续的里面我们叫理代数理群对吧他就说我现在不问这个群是什么

我只要知道存在这样一个群以及群的一些基本的性质像理群它有所谓的生成元以及理代数等等我只要知道这些基本的性质我怎么样把群的性质推导出力的性质

这是他的工作可是这还是空对空的因为两边都是假设我也不知道这群是什么但我假设这个群有这些性质我能推出最后的这边的方法的性质然后我怎么知道这个假设层到底正不正确所以我为什么说杨-米尔斯理论它是框架

他其实也没有回答这个问题他只是说你可以这么做然后剩下的你们来回答这个具体的问题对 他是有框架就是他将所谓的比较简单的一个量子电动力学所满足的这样一种局域对称性和量子电动力学的这样一种方程之间的关系给推广到任何对称性好 他提出了这样框架然后后面的人要做什么呢好 若相互作用有这些性质我就猜他有什么群

带进去算发现如果相互作用有 su2 群一算发现它完美地预测了我们所观察到的粒子它们之间相互作用甚至相互作用的强度半摔几等等都可以计算出来强相互作用它有所谓 su3 群带进去一算发现完美地体现了出来所以说在杨妙思理论的框架下面人们要做的工作就是找到对称群是什么结构的就可以得到

力的形式以及由力的形式所推演出来的一切的物理的概念和物理量所以杨振宁的杨振宁-米尔斯的贡献是加上这样一个框架使得人们有这些工具来推导那么最后我们是最后判断他到底

比方说如你所说的强相互作用确实是这个圈这是通过实验来验证的还是什么对当然就是人们当时已经收集到了一些证据弱相互作用强相互作用的一些证据一些量化的证据包括一些粒子因为这个杨比奥斯里他不仅预测了这个粒的结构也预测了一些粒子就是说我符合这个结构它必须有一些粒子然后这些粒子必须有什么样的性质等等等等所以说这些东西是一套的

你如果找到了这个群,那么这些东西一套必须都是对的,不然的话你这个 Yaml-4DN 就有问题,就需要修改。它确实有问题,确实要修改。像比如说一个比较经典的一个问题,就是 Yaml-4DN 它是无法解释所谓波色子的质量的,就是它对顺性要求的质量是 0。

但是在弱相互作用和强相互作用里边它的所谓的传递力的波色子它是有质量的而且它质量往往是很大的这个其实当时泡利为什么质疑杨妙死他说你这个无法解释这个问题当时杨其实也无法解释所以他没有更好的解决的办法但我们今天知道是有所谓的西格斯波色子它的角色就是为这些

通过一种所谓自发对称性破缺的机制来为这些玻色子来引入质量包括其他的粒子来引入质量这个是人们后期对于阳冕尔斯迪的一个发展但至少它的一个框架是在今天看来是不仅是没有问题的而且是非常强大的所以在当时那个发展的过程中阳提出这个想法的时候当时就已经被质疑说你又不能满足某些现象但大家仍然觉得他

至少在很多地方是可以解决的所以就把它接受下来了而没有说因为你不能接受所以它肯定是错的怎么说呢我刚才所说的人们发现了很多新的例子等等它是整个 60 年代之后慢慢发展的过程就是说它不是说

已经发现 100 个例子了然后羊啪提出一个理论然后预测它 而是说羊提出理论当时并没有很大说服力因为人们不知道他们做什么但是人们后来发现了包括盖尔曼的八重胎等等人们发现了这些例子竟然符合一种很好的对称性那么我能不能把这个对称性去用到羊喵斯里面我去看一算一算发现能不能算出来它这个漫长过程像羊喵斯里面它是 19

六几年吧好像是我不太记得还是五几年它发展了然后真正用到了这个弱作用力和强作用力像这个像这个温伯格塞拉姆和格拉肖他们 1979 年获得诺贝尔奖就是因为他用了杨妙子理论来将弱电理论统一在一个理论里边

然后包括在 1999 年你想这已经几十年过去了这个 Trooft 和 Weltman 他计算出了弱电理论的量子结构以及直到 21 世纪 2004 年 Gross-Pollitzer 和 Wilczek 他发现了强相互作用的所谓的进行自由的性质等等这些工作都是基于杨妙思理论

找到了相应的对称性然后计算出这些由这些对称性所计算出来的量子性质计算出来的这个粒子的结构相互作用力的一些特点等等等等被发现了诺贝尔奖但是你想这个当中已经过去了前后过去的几十年所以他不是说当时一发现石破天惊人们都接受他然后发现这个东西可以解决一些问题而是说当时是个想法是个框架然后人们在漫长的接受新的实验信息呃

相当于例子,整个是一个冰山大家慢慢地发现了这个冰山下面的东西之后发现,哦,杨庙思人竟然可以如此好的去解释这个冰山的形态以及我们尚未发现的冰山的形态从今天的物理学家的视角来说的话他们是会觉得这个对称只是一个有趣的

就是那个长所满足的方程更基本还是对称的视角更基本还是说这两个其实是等价的只不过是同一件事情两种不同的我认为我为什么说杨明要信包括整个标准模型是长本位到对称本位的一个转换我们可以类比粒子本位到长本位的一个转换以前我们也有场也有粒子但是我们用

粒子的语言去描述场变到了用场内语言去描述粒子现在也是一样的我们就像你说的我们用场内语言去描述对称但是在这些包括杨缪斯理论为代表的理论如此成功之后人们发现我只要知道了对称性这些场是可被推导出来的这个是真正的一个本位发生转换的一个时刻或者说一个逻辑就是说

比如说我刚才说的这个八重态我不是说我用八重态我用这个 su3 对称群 su2 对称群来描述这些例子而是说我必须符合这个 su2 和 su3 对称型在这个基础之上这些例子八重态几重态一重态等等它必然是存在的因为它就是不然的话我这个就在这个语境下在这个语言下

对称性是比具体的厂的形态更根本的一个存在我再可以举一个接下来我刚才说的西格斯这个例子就非常有意思如果我们是常本位而不是对称本位的话

如果杨米尔斯理论无法解决这个质量问题的话我们应该怎么样抛弃杨米尔斯理论找一个更好的场理论来描述它但是人们做的是什么呢这是一个经典经典的一个范式选择问题人们做的是我为了去保留杨米尔斯的这个对称规范我去寻找一个新的机制来修补它让它能够涵盖我们之前无法解决的问题这个就是希格斯波特的一个对称性自发对称机制

所以说我举这个例子是说我们现在的整个理论物理学的一个发展是围绕对称性展开的当然了我们最终探讨的是什么呢是场是场所激发的粒子但是它背后更深层的是什么更深层的语言是什么还是对称性因为这些场的结构这个粒的结构必须是由对称性所决定的那么回到这个阳明奥尔茨理论它的框架力量之强就是说

这个理论它不仅以它这个对称性不仅是说全球对称性计算出一个必须守恒的量那么简单而是说当这个对称性必须符合局域对称性的时候它是一个非常非常强的一个条件一个限制或者说它必须让这个理论符合某一种形态这个形态可以指导我们指导这个理论的各种各样的形态性质甚至是一些定量的物理量可以让我们在实验室里面去

然后去验证这个理论是否正确那听起来比方说如果我是上帝我现在要创造一个宇宙我就应该是按你的说法就是我应该既不先去想场的问题也不先去想粒子的问题我先去想我要在这个宇宙中满足哪些对称性然后在这些对称性下所有的别的东西都会被依次的相应的确定展开对那我一开始选择对称性其实是任意的

或者他们之间彼此是我们这个宇宙当然有如你所说的就是我们知道这个力对应着这个 su3 的对称性但是如果我是上帝我有我的自由度我连维度都可以自由选择的话理论上说我是可以任意选择选择一个维度选择一个我想要的对称性然后 somehow 他就神奇的确定出了一系列下游的这些东西出来当然也有可能他就确定不出来但是至少我们这个宇宙证明了在某些设定下

是可以成功的弄出我们这个宇宙的没准在另外一些设定下是可以弄出另外一些宇宙的对然后真的是这样吗就是真的我可以通过比方说我改变一些假设假定我们要另外一些绝对称另外一些局域对称性另外一些群真的就可以生出一个完全不同的宇宙出来

我觉得完全可以但是是否存在人类这是另外一个问题这是人责不能稳定地存在智慧收入但是比如上来说上帝真的是有自由度的他可以就像设定一些

这个对称性不错我要这个对称性不错我要我觉得是有很高的自由度可以这么做但并不意味着这个自由度是无限高的对称性之间是有限制的嘛一定对对对他们之间得是自洽的对对对一定要自洽但只要他们之间自洽就 somehow 就可以我觉得是这样我这么说吧就是说我们今天说的 SUR SUR 像对称群我们并不认为它是终点

就是我们大家物理学家比较好的一个愿景或者普遍的一个愿望是我们认为 SU2 和 SU3 对称群它们在宇宙大爆炸早期它是一个 SU5 对称群随着能量的降低随着对称性的破缺它破缺成了 SU2XSU3 所以说对称本身它不是一个静态它是演变的

一个高对称的群随着一些比如说能量的剖削它就会呈现出低对称的一些性质那么我们相信物理学家的一个永恒的愿望就是用一个更加同一的理论来解释信用的理论那么我们相信或者说希望探索的方向是在宇宙大巴扎早期 SU 二群和 SU 三群其实是同一个群

是 SU5 群那这个 SU5 群是不是终极呢也不一定可能它有更高的群更对称的群那么在这个过程中它的群是在这个对称性是在演化的是在 evolved 造型成我们这个样子所以它不一定是上帝就今天敲的这些 button 变成了我们今天看到的这个精妙的结构可能它本身这个过程是演化过来的其中甚至有很多偶然的因素可能当时在游到吧的过程中某一步不是这样的

量子的掌落发生了另外一个概率往另外一个概率去的它可能与主流封插成另外一个样子或者也有可能所有这些封插因为 SU2 SU3 是最稳定的比如说我不知道无论怎么封插最后会落到这一个稳定的状态这还会有跟我们刚才最早说的人类的时间尺度有关可能在更广的尺度下面 SU2 SU3 只是一瞬这是完全有可能的之后会变成什么样子我们谁都不知道

这让我想起这其余是一个很好的科幻小说题材而且我忘了是谁的科幻小说写过这么一个事情就是宇宙中各地的满足的勾股定理是不一样的然后刘慈欣应该也写过一个设定就是某种

办法可以做一种武器我可以通过改变那里的物理定律来改变但是这听起来是因为作者没有想到或者说不理解你刚所说的框架如果从这个框架来讲的话我确实因为我觉得你要上帝去改变数学定律这件事情其实不是特别的合理但是你要上帝去改变宇宙中不同地方的满足的对称性既然你所说对称性是可以 evolve 的我可以通过

改变你那里的对称性来改变那里的所有东西而对称性如你所说是真的可以改变的甚至比方说既然你对称性可以破缺我从一个幻想的角度来说我就可以强制性的让你破缺使得你那里的一切都就是你下游的所有东西都随之而发生变化是 我应该这么说所有我们所发现的理论都是等效理论什么叫等效理论就是说

比如说我今天看到 SU2 SU3 之所以对称是因为我在今天能量尺度下在已经被破缺到的能量尺度下是这样的比如说我有能力或者说回到我们回溯宇宙大爆炸的初期当我回溯到更早的时候当我能量更高的时候它必须符合比如 SU5 一个更高的对称性对吧那么我们今天理论就是那个理论在某一个低能状态下的一个近似

这个叫等效理论它在更高的理论肯定是不对的这就是我们为什么理论物理学我们做的叫高能物理就是我们认为这个物理当它到更高能的情况下它有不同的形态这个高能可能意味着不同的计算方法也可能意味着不同的对称性所有的理论都是等效理论你这里的所有的意思是说我们今天其实是存在很多种不同的理论的吗或者这么说吧就是说

我可以说我有一个所谓的终极理论但这个理论我没有人说它是对还是错因为我们所有人都生活在一个低能的状态我们所观察到的所有的现象都是在这个 threshold 之下的我有一个理论我说它包括了这个好我现在有两个理论这两个理论在这个 threshold 下表现是一样的但是这个 threshold 上是不一样的这个也一致下场

那听起来就是说我们只不过是用我们这个低能状态的近似来猜那个高能的更精确是什么样子对或者说我们会提出一些不同的假设其中一些可能比一些更合理更符合对称 BtoN 是一个比如说是一个线索那么这个对称性可能排除了一部分选择另外一部分

等等这些都是一些方向当然最最最根本的方向还是实验对吧我就去看它是什么就可以了但这些对胜性是指向这个方向的至少一个在我目前看来一样的理论看来是一个非常有利的非常 promising 的非常让人信服的一个方向今天你说到这个我就顺便问一个我们都知道物理学上有一个非常著名的公案杨先生他晚年非常反对中国建那个

加速器他觉得这件事情没有前途我觉得杨不会觉得进加速器没有意义他一定是觉得因为加速器非常昂贵他一定是觉得这些钱我有能花在更好的地方所以并不是说抽象的说高能物理在加速器这件事情上没有意义而只是说他不认为这是一个就是

符合成本效率的一个对这个争论一定是性价比的争论如果人有无穷多的财力那么但现在我们知道这个真的加速器已经是一个建加速器的成本是指数级的增加的同时发现心理的概率可能是指数级的减小的

那么你怎么去说服纳税人去做这个事情但这个也有另一方面杨当时提出反对也有另一方面的争论也是有意义的就是说建加速器不光是建一个加速器本身它发展了整个实验物理的一个水平如果你能建到那么大的实验物理你整个背后的庞大的一个实验体系一定是达到这个程度的它不光是服务于高能物理这一块它会服务于很多很多物理

分支然后当我们有加速器的时候包括我们有配套的设施的时候我们可以摆脱国外这些昂贵设施的进口我们可以有一个自主性等等这是一个支持的声音当然归根到底还是性价比的问题我觉得听起来就是说按我们目前的理解我们已经几乎确定这就是正确答案了

就是目前看不出它不正确的迹象它顶多是如你所说我们通过低能级的东西来猜高能级是什么样然后不管通过实验还是怎么样但是目前找不出什么明显的理由如你所说的你就算建了一个高能加速器你也很可能就发现我们目前猜的是对的怎么说呢

随着能量的增高新物理发现是越来越难的无论这个新的现象是支持你的理论还是反对你的理论新的现象出现都是越来越难

所以你的难的意思不是说它推翻很大而是说你很可能什么也发现不了就是建完了最后连可以足以让你觉得我建的东西产生有意义的 data 的可能性都会更高对 就比如说我们今天的理论可以预测比如说某一个能级之下的现象而且我们确实这些能级之下的现象已经被理论所解释没有问题好 在我们今天的理论框架下我们认为我们猜测我们预测

下一个有意义的发现在两倍能级的时候才会出现那么这时候你见不见加速器你要不要再花 10 倍的成本去建一个新的更大的绕地球的加速器这就是最大的问题对所以物理学为什么越来越难做就是新的实验越来越难获得人们要么就是用钱去堆出更加昂贵的器材要么就是用一些很巧妙的方法去

去间接的获得一些先生没有想到的一些现象来佐证间接的推测这个理论这是为什么它越来越难的一个地方所以听起来杨先生的框架虽然听起来是物理学上的一步但是这条红我们今天的视角来看当然可能日后发现我们今天完全错了过于自大但我们今天的理解就是它几乎就是物理学上

almost 最后一步了因为他已经如此好地解释了我们今天所能想到的我们人类今天的财力所能够观察到的所有现象都可以放在一个框架里面对就是说我觉得可以这么说然后但是我们还是你想我们这些都是我的观点从历史到场到对称这个所谓本位的转换都是我个人的观点那么完全有可能在未来即使上百年之后人们发现有一个更好的

所谓本位的语言对称性是它的一个 derivative 或者是用它来更好的描述对称对称不是一个根本的一个东西我们都更好的描述它这可能是但是你在粒子时代你能想象到场吗你能因为场这么一个虚无缥缈的东西它会成为粒子的本位吗你在场的时代你会想象到对称可能以前人们只是用一种 somewhat good 的一种性质它会变成一种

来描述场的一个东西我觉得当时人们都是想不到的可能有新的数学来描述它其实像近代尤其是弦论它其实催生了一大批服务于弦论的数学这些东西不要说在物理上以前是想不到的在数学上以前都是想不到的通常我们认为数学是有点领先于物理的在相对论 在量次体学但现在已经不一定是这样了它这个发展已经是齐头并进的一个发展好的

行 我觉得这个对话在这儿结束是挺合适的我们已经触及到这个讨论应该有边界了非常感谢我觉得我也学到非常多东西好 谢谢大家以上是我跟老赵聊了聊杨敏霆先生的物语学贡献如果你真的听到了这里那非常感激你的耐心因为我跟老赵都觉得这个话题是挺难纯粹用语言描述清楚的我们也想了是不是

可以借助一些图像的手段但是好像图像的门路也不是特别大因为它就是一个非常抽象的事罗伦罗感谢你的收听我们下次再见