導(dǎo)讀：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)是第一個(gè)站在橋梁上的人呢？本文全文1萬字。閱讀需要半小時(shí)。深度科普文章，需靜心思考閱讀。

愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁

——靈遁者

時(shí)隔大概一年吧，我沒有寫科普文章了。但是當(dāng)初開始寫科普書籍的情景歷歷在目。開始寫《變化》的時(shí)候，西安有好幾日的連陰雨。這幾天正好也有雨，不過今天早上放晴了。今天寫這篇文章是因?yàn)榭戳岁P(guān)于埃倫費(fèi)斯特的一篇文章，對(duì)于愛因斯坦建立狹義和廣義相對(duì)論的過程更加清晰了。忍不住寫一個(gè)補(bǔ)充文章，以方便大家更好的理解《變化》和《見微知著》中的內(nèi)容。

雖然兩本書已經(jīng)完結(jié)了，但是我說過，有了新的啟發(fā)就會(huì)不斷去完善。而且你越去了解這些東西，就越知道自己不足。說實(shí)話，我如果一開始知道如此難的話，就不會(huì)寫了。所以我只能是科普愛好者。我以自身的經(jīng)歷，給還在校園里的學(xué)生建議，如果你真的熱愛物理學(xué)，還真得系統(tǒng)去學(xué)。去學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)，拓?fù)鋷缀?，混沌學(xué)，群論，相對(duì)論，楊米爾斯方程……現(xiàn)在的物理學(xué)時(shí)代，已經(jīng)不是經(jīng)驗(yàn)物理時(shí)代了。也已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)物理過渡到理論物理了。就是說原來呢，大多數(shù)是先做實(shí)驗(yàn)，然后總結(jié)出規(guī)律；現(xiàn)在多是先有理論指導(dǎo)，按照指導(dǎo)去做實(shí)驗(yàn)。相對(duì)論和楊米爾斯方程就是理論物理的典型代表。相對(duì)論是做實(shí)驗(yàn)做出來的嗎？楊米爾斯方程是做實(shí)驗(yàn)做出來的嗎？都不是。但是當(dāng)這兩個(gè)理論完成后，他們后續(xù)的追隨者根據(jù)理論指導(dǎo)去研究和做實(shí)驗(yàn)，很多都拿到了諾獎(jiǎng)。所以這篇文章的標(biāo)題是《愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁》。

愛因斯坦是宏觀物理學(xué)的巔峰，尤其對(duì)于我們研究宇宙有很大幫助，包括空間，時(shí)間，物質(zhì)；楊振寧是量子力學(xué)的巔峰，他的學(xué)說對(duì)于我們研究構(gòu)成宇宙的物質(zhì)粒子是怎么構(gòu)成的，通過什么機(jī)制來構(gòu)成的，很有指導(dǎo)意義。量子力學(xué)的建立者人數(shù)眾多，但楊振寧肯定算楷模中的楷模。( 文章閱讀網(wǎng)：www.sanwen.net )

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

但你要相信一點(diǎn)，無論我們把他們捧得多高，你都要相信他們是人，不是神。天才這個(gè)詞，是用來形容敢于思考，且勤奮工作的人。做任何事情，不要用“天才”這兩個(gè)字來限制自己。當(dāng)你去真的了解了愛因斯坦和楊振寧是如何創(chuàng)立這些理論的時(shí)候，你就懂我為什么這么說了。從事藝術(shù)的人也一樣，你去看看梵高，畢加索，門采爾，卡夫卡，馬克思，馬爾克斯等人的人生簡(jiǎn)介，你就懂了，哪有什么天才，都是時(shí)間的積累所得。

不會(huì)素描，就不畫畫嗎？相信我，畫著畫著就會(huì)了。不懂物理，就不敢說出自己對(duì)世界的理解嗎？相信我，學(xué)著學(xué)著就懂更多了。重要的是如何去表達(dá)和發(fā)現(xiàn)。學(xué)院里學(xué)習(xí)是系統(tǒng)學(xué)習(xí)，也需要循規(guī)蹈矩，但要記住，學(xué)進(jìn)去，還要跳出來。否則你畫的畫，就像流水線上下來的產(chǎn)品；你對(duì)物理的認(rèn)識(shí)，也停留在過去，難有新突破。這大概就是外行人老是覺得內(nèi)行人有點(diǎn)“欠表達(dá)”，他躍躍欲試；當(dāng)他也進(jìn)入了這個(gè)圈，才發(fā)現(xiàn)很難，大多數(shù)時(shí)候，也“沉淪了”。

人的命運(yùn)很奇特，有些人會(huì)影響你，你也會(huì)以你的方式來影響別人。保羅·埃倫費(fèi)斯特的人生，就是最好的代表。他的老師是玻爾茲曼，后來在火車上又認(rèn)識(shí)了洛倫茲。后來又認(rèn)識(shí)了索末菲，愛因斯坦等人。有點(diǎn)可惜的是，他和他的老師玻爾茲曼都是自殺而亡，讓人唏噓不已。

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【埃倫費(fèi)斯特】

愛因斯坦可以建立狹義和廣義相對(duì)論，當(dāng)然也是建立在前人的研究基礎(chǔ)之上。我們熟知的有伽利略，牛頓，洛倫茲，赫茲，麥克斯韋，布萊尼茲，龐加萊，馬赫，貝索，黎曼等人。這些人的理論，對(duì)愛因斯坦建立相對(duì)論有直接影響。但現(xiàn)在應(yīng)該加上一個(gè)人，這個(gè)人就是保羅·埃倫費(fèi)斯特。

1909年，在德國(guó)的《物理雜志》期刊上，埃倫費(fèi)斯特發(fā)表了一篇看起來很不起眼的論文。當(dāng)時(shí)他才28歲，也不是什么大學(xué)教授，論文看起來也很簡(jiǎn)單。但就是這篇論文，卻讓愛因斯坦找到了其思想鏈條中缺失的關(guān)鍵一環(huán)，也直接幫助愛因斯坦提出廣義相對(duì)論。埃倫費(fèi)斯特的這篇論文的題目是《剛體的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)與相對(duì)論》。

這篇論文寫得很簡(jiǎn)單，但涉及到了狹義相對(duì)論背后的深層次矛盾。正是在這篇論文的啟發(fā)下，愛因斯坦推出了廣義相對(duì)論。

我們都知道愛因斯坦是在1905年提出了狹義相對(duì)。愛因斯坦只比埃倫費(fèi)斯特大一歲。一開始埃倫費(fèi)斯特并沒有關(guān)注相對(duì)論。

話說1903年的春天，埃倫費(fèi)斯特坐上了一趟開往荷蘭萊頓的火車。巧合的是，他在火車上認(rèn)識(shí)了當(dāng)時(shí)荷蘭最著名的物理學(xué)家洛倫茲。與洛倫茲成為朋友后，他開始注意到洛倫茲的研究工作有很多狹義相對(duì)論的思想。當(dāng)時(shí)，這部分工作主要是洛倫茲、龐加萊等人在做，愛因斯坦此時(shí)還屬于默默無聞?wù)摺?/p>

到了1905年，愛因斯坦后來居上，發(fā)表了關(guān)于狹義相對(duì)論。這篇跨時(shí)代的文章理清了洛倫茲與龐加萊的思想混亂，基本奠定了整個(gè)狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)（主要是提出了絕對(duì)靜止的慣性參考系不存在的思想）。愛因斯坦的論文得到了德國(guó)物理學(xué)大師普朗克的力挺，加上普朗克的弟子勞厄等人的傳播，學(xué)術(shù)圈開始慢慢接受了狹義相對(duì)論。

狹義相對(duì)論包含了一個(gè)不符合常理的思想：同一列火車，運(yùn)動(dòng)時(shí)比靜止的時(shí)候更短。埃倫費(fèi)斯特正是在此基礎(chǔ)上，開始介入狹義相對(duì)論的研究。而且他目光如炬，很快就發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論有點(diǎn)毛病。

于是，1909年，他在《物理雜志》發(fā)表論文，提出了所謂的“轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)”。在愛因斯坦闡述洛倫茲收縮之后，大家考慮運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度收縮時(shí)，一般考慮的是平動(dòng)，而很少考慮轉(zhuǎn)動(dòng)。埃倫費(fèi)斯特則獨(dú)辟蹊徑，他考慮的是轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。

這是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上，我們?cè)诟鱾€(gè)位置放上任意方向的尺子。我們很容易知道，盤子外側(cè)的速度大，而內(nèi)側(cè)的速度小。因此，不同尺子的洛倫茲收縮程度是不一樣的。

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如果尺子的靜止長(zhǎng)度是L0，切向運(yùn)動(dòng)速度是V，那么，圓盤運(yùn)動(dòng)起來以后，尺子的長(zhǎng)度記作L1。如果我們記光速為C，則運(yùn)動(dòng)前后尺子長(zhǎng)度的關(guān)系是：

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所以，切向運(yùn)動(dòng)速度V越大，則整個(gè)尺子的長(zhǎng)度L1就越小。換句話說，圖中測(cè)量直徑的縱向尺子收縮不明顯，而緊貼圓盤邊緣、記錄周長(zhǎng)的切向尺子收縮最為明顯。

這就引起了一個(gè)問題：如果計(jì)算這時(shí)的圓周率，會(huì)發(fā)現(xiàn)圓盤的周長(zhǎng)變小了（在地面靜止參考系看來），但半徑卻不變。因此，這時(shí)計(jì)算出來的圓周率將小于3.……（這里我們只討論大致的物理思想，不涉及計(jì)算細(xì)節(jié)。如果要計(jì)算這個(gè)轉(zhuǎn)盤參考系的物理細(xì)節(jié)，則需要用到比較復(fù)雜的微分幾何知識(shí)，因?yàn)檫@個(gè)轉(zhuǎn)盤參考系不是一個(gè)超曲面正交的類時(shí)矢量場(chǎng)，情況比較復(fù)雜。）

這是埃倫費(fèi)斯特當(dāng)時(shí)的朦朧想法，他覺得要么圓周率有問題，要么就是狹義相對(duì)論在處理旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)有點(diǎn)毛病。于是，他把這個(gè)事情寫成論文，發(fā)表出去了。

隨后，這篇文章引起了愛因斯坦的注意。愛因斯坦意識(shí)到，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，從數(shù)學(xué)上來說，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的參考系似乎等價(jià)于一個(gè)彎曲的空間（對(duì)球面或者馬鞍面上的分析可以知道，彎曲空間中的圓周率同樣不等于3.……）。

綜合數(shù)學(xué)層面與物理層面，愛因斯坦很容易想到非慣性系中空間的彎曲。在之前的1907年，愛因斯坦已經(jīng)通過自由下落的電梯將慣性力與引力等效起來了?，F(xiàn)在，有了這個(gè)將慣性力與彎曲空間聯(lián)系起來的思想，愛因斯坦很容易就把引力與彎曲空間聯(lián)系起來，打通了學(xué)術(shù)上的“任督二脈”。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)巨大的思想變革。在此基礎(chǔ)上，愛因斯坦最終提出了廣義相對(duì)論的基本思想，那就是引力等價(jià)于空間彎曲。

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1912年，埃倫費(fèi)斯特在布拉格第一次遇見了愛因斯坦，從此以后他們成了好朋友。愛因斯坦內(nèi)心深處很感激埃倫費(fèi)斯特提出的這個(gè)轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)。

這就是我看到的那篇文章，撰文作者是張華。我們經(jīng)常說，看問題要看到問題的本質(zhì)，才能更好的解決問題。我們知道可以用兩種方法度量物質(zhì)質(zhì)量。要么我們稱它的重量，要么我們測(cè)量它對(duì)加速度的抵抗（使用牛頓定律）。

人們做了許多實(shí)驗(yàn)以測(cè)量同一物體的慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量。所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都得出同一結(jié)論：慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量。

牛頓自己意識(shí)到這種質(zhì)量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認(rèn)為這一結(jié)果是簡(jiǎn)單的巧合。與此相反，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。就是說愛因斯坦以“慣性質(zhì)量”為武器，來搭建了一個(gè)理論取代了牛頓的引力理論。是啊，既然它們是等價(jià)的，那么我為什么不能以此來取代你？

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所以我在《變化》中有一個(gè)強(qiáng)調(diào)，慣性理論才是物理學(xué)的一塊基石！絕對(duì)是重中之重！伽利略是第一個(gè)對(duì)慣性有客觀認(rèn)識(shí)的人。牛頓能建立力學(xué)理論，也是在伽利略的研究基礎(chǔ)上建立的理論。牛頓第一定律，就是慣性定律。其他兩個(gè)定律，都是建立在慣性定律之上的。愛因斯坦的理論也是建立在“慣性理論”之上的，因?yàn)槿魏卫碚摰难芯勘懿婚_參考系的問題。那么怎么能脫離慣性理論呢？

所以在人們對(duì)慣性理論認(rèn)識(shí)不清晰的時(shí)候，物理的前景就始終會(huì)蒙著一層黑紗。所以一個(gè)很讓人惱火的問題就出現(xiàn)了：慣性的本質(zhì)是什么？

這是我們初中學(xué)習(xí)的知識(shí)啊。我寫科普書籍的起因，也是基于對(duì)慣性的思考而導(dǎo)致的。我思考了那么久，總該給自己青春的熱愛一個(gè)交代，所以才會(huì)留下這些文字。要不然就覺得那么多天日夜的思考和盤算，都白白浪費(fèi)了。過幾年，我甚至連自己年輕時(shí)候，思考過什么都忘了。真的會(huì)忘的，我對(duì)自己的記憶力現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如從前那么自信了。

初中課本上說慣性是物質(zhì)的固有屬性。當(dāng)你再問老師為什么物質(zhì)會(huì)有這個(gè)屬性的時(shí)候，老師就說這是科學(xué)家規(guī)定了，你就按照這個(gè)學(xué)就行了，考試肯定不會(huì)考物質(zhì)為什么會(huì)具有慣性。

我們?cè)賮硎崂硪幌?，愛因斯坦能建立廣義相對(duì)論，首先是知道引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量嚴(yán)格相等的事實(shí)，他認(rèn)為有因必有果，既然有這種相等事實(shí)，就一定有相等的聯(lián)系。然后受到了馬赫關(guān)于慣性解釋的啟發(fā)。馬赫認(rèn)為慣性是全宇宙物質(zhì)的作用產(chǎn)生的，不足之處是這個(gè)假設(shè)回到了超距理論了。但這種廣域的思想，已經(jīng)不言而喻了，很容易聯(lián)想到“場(chǎng)”的概念。后來再接受了上面提到的，埃倫費(fèi)斯特的轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)啟發(fā)，想到了慣性力與彎曲空間的關(guān)系。有了這三點(diǎn)啟發(fā)，他的思路就清晰了，但他空間幾何能力一般，數(shù)學(xué)能力也一般。

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1900年畢業(yè)的考試中，他僅僅強(qiáng)于沒有畢業(yè)的米列娃【愛因斯坦的妻子】，以倒數(shù)第二名的成績(jī)畢業(yè)。他的數(shù)學(xué)老師明可夫斯基，是著名的數(shù)學(xué)家。他認(rèn)為愛因斯坦在數(shù)學(xué)技巧方面有局限性，訓(xùn)練也不夠。

這里插一個(gè)題外話，一個(gè)人要知道自己需要什么。愛因斯坦就是這樣的人。他當(dāng)時(shí)專注于物理。他自認(rèn)為自己在數(shù)學(xué)領(lǐng)域直覺力不強(qiáng)，而在物理領(lǐng)域卻很敏感。雖然這些次要的東西【數(shù)學(xué)知識(shí)】會(huì)妨礙他理解物理的能力，但當(dāng)時(shí)他并不重視。后來在建立廣義相對(duì)論的時(shí)候，才意識(shí)到自己在這方面很欠缺。好在他身處的環(huán)境，都是數(shù)學(xué)界的大咖，所以這才能建立廣義相對(duì)論?？梢赃@樣說，沒有這些數(shù)學(xué)家，愛因斯坦要完成這個(gè)工作，是很難的。哪些數(shù)學(xué)家?guī)椭^或和愛因斯坦合作了，有以下人員。他的老師明可夫斯基，他的同學(xué)格羅斯曼。經(jīng)格羅斯曼推薦，又認(rèn)識(shí)了列維-西維塔，希爾伯特。在寫出場(chǎng)方程之后，為了完善理論，又和一大批數(shù)學(xué)家合作了，其中有魏爾，嘉當(dāng)、奧斯卡克萊因和卡魯扎。

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【希爾伯特】

愛因斯坦是1915年11月25日發(fā)表的廣義相對(duì)論。在11月7日到20之間，他和希爾伯特就有6份通信，來討論其中的關(guān)鍵點(diǎn)。很多人不知道，希爾伯特在1915年11月20日就完成了和愛因斯坦一模一樣的引力方程。因此兩個(gè)人鬧的不愉快。愛因斯坦認(rèn)為希爾伯特剽竊了他的想法。不過兩個(gè)人很快重歸于好，愛因斯坦主動(dòng)給希爾伯特寫信說：“我們之間有一點(diǎn)不愉快，起因我不愿去分析。我一直在同它所引起的痛苦做斗爭(zhēng)，現(xiàn)在完全勝利了。我懷著往日的友好想您，請(qǐng)您也能這樣對(duì)我。”我相信希爾伯特只是數(shù)學(xué)上優(yōu)于愛因斯坦，他提前寫出了這個(gè)公式，并非要竊取愛因斯坦的果實(shí)。不過從這個(gè)方面，我們可以看出，愛因斯坦可愛的一面，也會(huì)生氣，也懂得給朋友臺(tái)階下，人格魅力可見一斑。

還有一個(gè)人叫貝索。這個(gè)人在物理學(xué)方面沒有突出貢獻(xiàn)，但愛因斯坦在論文中卻感謝了這個(gè)人。因?yàn)檫@個(gè)人他博學(xué)，什么都想了解，所以讀過很多書。他在愛因斯坦建立狹義和廣義相對(duì)論中都有影響，愛因斯坦想知道哪方面的資料，他都能給出建議和方向。愛因斯坦稱貝索是“全歐洲最好的回音壁。”可是大家不會(huì)想到，貝索因?yàn)轭B皮，高中就被學(xué)校開除了。這才離開了意大利，后來遇到了愛因斯坦。這就是緣分吧。如果他不被開除，可能還遇不到愛因斯坦。

說了很多題外話，是讓大家體味一個(gè)有血有肉的愛因斯坦。深刻了解這個(gè)人，有助于深刻了解他的理論。愛因斯坦去世140多年了，作為我們，現(xiàn)在的大學(xué)生理解他的理論，依然很困難。所以我才建議真正熱愛物理的同學(xué)，還得系統(tǒng)學(xué)一下才行，才能在理論物理方面有新突破。

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回到正題，愛因斯坦是根據(jù)什么來建立廣義相對(duì)論的，大家已經(jīng)清楚了。如果要知道更細(xì)節(jié)的東西，可以網(wǎng)上找或者去=看我在《變化》中寫的《愛因斯坦是如何建立狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的》一文。

這時(shí)候你敏感的話，就要試著回答兩個(gè)問題。第一個(gè)慣性的本質(zhì)是什么？第二個(gè)是在用“慣性質(zhì)量”，“慣性力”來搭建廣義相對(duì)論場(chǎng)方程對(duì)于引力的解釋是否合理？

本文屬于補(bǔ)充內(nèi)容，就不一一細(xì)講了，直接說我的思考。引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量嚴(yán)格相等，當(dāng)然不是偶然。慣性的本質(zhì)可以說是物質(zhì)的屬性，但再要追溯原因，為什么物質(zhì)具有慣性？答案就是引力。即引力是產(chǎn)生慣性的根本原因，引力是慣性的源泉。而物質(zhì)又產(chǎn)生引力。這條邏輯關(guān)系和邏輯鏈就搭上了。也不會(huì)走上超距理論的陷阱。

最重要的問題來了，如果我這樣認(rèn)為，以這個(gè)思路去看廣義相對(duì)論，廣義相對(duì)論在解釋的時(shí)候，出現(xiàn)了問題。就是說廣義相對(duì)論是在正確的假設(shè)下成立的正確的理論，卻在解釋的時(shí)候，出現(xiàn)了問題。

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為什么這么說？引力是慣性的源泉，就意味著引力是比慣性更根本的東西?！径咂鋵?shí)不可分】引力是物質(zhì)的引力，而物質(zhì)即空間！這樣理解的話，說空間產(chǎn)生引力無可厚非，是正確的。無論是邏輯，還是想象都是不受阻的。但如果說時(shí)空彎曲產(chǎn)生引力，引力是空間幾何效應(yīng)就有問題了。其實(shí)就相當(dāng)于把慣性看作是比引力更重要的東西了。這句話你一定要多揣摩，結(jié)合我上面說的埃倫費(fèi)斯特的理論。愛因斯坦受到慣性力的啟發(fā)，可是慣性力是虛擬力，本身不存在的，是個(gè)假象力。我一直在思考，愛因斯坦那么聰明，為何會(huì)用幾何效應(yīng)來解釋一個(gè)實(shí)實(shí)在在的力——引力。不符合他的哲學(xué)理念啊，他是堅(jiān)定站在可知論的一面，對(duì)于詭異的量子力學(xué)持高度懷疑態(tài)度啊。

而用時(shí)空彎曲來解釋引力，是一件不可想象的事情。除了這點(diǎn)之外，所做的場(chǎng)方程的推廣都是值得肯定的，也都經(jīng)受住了實(shí)驗(yàn)的論證。更加可以肯定，愛氏的場(chǎng)方程理論，肯定是有用的，正確的。但就像是“盲人摸象”，連愛因斯坦本人也看不全此方程的全概貌。一千人本該有一千人的想法，但大家都選擇相信愛因斯坦。這沒有任何錯(cuò)，但也應(yīng)該有人來懷疑這個(gè)解釋的不自洽性。

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看似只是換了個(gè)角度去思考廣義相對(duì)論了，但真的這樣思考了，要變的東西就很多。關(guān)于時(shí)間，關(guān)于光速，關(guān)于空間的認(rèn)識(shí)，都是這樣的。當(dāng)然還是在廣義相對(duì)論框架內(nèi)的解釋。只是愛因斯坦這樣解釋，我覺得還可以這樣解釋而已。

所以看到埃倫費(fèi)斯特的文章，我一下就想到了愛因斯坦是如何思考的了。就忍不住寫這個(gè)補(bǔ)充文章。關(guān)于愛因斯坦的相對(duì)論，就補(bǔ)充到這里了。

標(biāo)題是《愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁》，那么講了愛因斯坦，該講講楊振寧先生了。幸運(yùn)的是，楊振寧先生就在我們身邊，還在世，愿他健康長(zhǎng)壽。在本文呢，也只是介紹一下他是如何建立楊米爾斯理論的。

楊米爾斯理論自然是以楊振寧和羅伯特米爾斯的名字命名的。我對(duì)于米爾斯這個(gè)人也很好奇，但是沒有找到關(guān)于這個(gè)人的更多信息。所以無法判斷他在物理學(xué)上的其他成就。

楊振寧獲得諾獎(jiǎng)也不是因?yàn)闂蠲谞査估碚?，而是宇稱不守恒理論。是和李政道先生一起獲獎(jiǎng)。為什么楊米爾斯理論這么出名，卻沒有獲得諾獎(jiǎng)呢？其實(shí)和相對(duì)論一樣，當(dāng)年愛因斯坦也沒有因?yàn)橄鄬?duì)論獲獎(jiǎng)，如果愛氏能活到現(xiàn)在，拿兩個(gè)獎(jiǎng)都不夸張。但當(dāng)時(shí)該理論沒有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)正確性。同樣楊米爾斯理論也是這樣的，現(xiàn)在還沒有實(shí)驗(yàn)證明該理論的正確性。比如楊米爾斯場(chǎng)是否存在，現(xiàn)在沒有發(fā)現(xiàn)。

但楊米爾斯方程牛在什么地方呢？它為標(biāo)準(zhǔn)模型的建立，立下了汗馬功勞。也為大統(tǒng)一理論指明了方向，大有奠基者的潛力！

物理理論發(fā)展至今，理論模型很多，那么在紛亂的表象之下，有沒有可能最終用一套最基礎(chǔ)的理論來描述所有的已知理論？這是物理學(xué)家們的終極夢(mèng)想。我們簡(jiǎn)單回顧一下大統(tǒng)一理論的進(jìn)程。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

牛頓是第一個(gè)登場(chǎng)的人物。他以一本《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，把數(shù)學(xué)引入了自然科學(xué)的國(guó)度，統(tǒng)一了當(dāng)時(shí)天上和地下所有的力！

第二位登場(chǎng)的人物是麥克斯韋。麥克斯韋方程組，一舉統(tǒng)一了所有的電和磁的現(xiàn)象。將宏觀世界里面，看起來風(fēng)馬牛不相及的東西，在微觀層面第一次統(tǒng)一了起來。

這是物理學(xué)的黃金年代，19世紀(jì)末期，人類所有已知現(xiàn)象背后的力就都?xì)w結(jié)為引力和電磁力，其中引力由牛頓的萬有引力定律描述，電磁力由麥克斯韋方程組描述。

第三位該出場(chǎng)的人物就是愛因斯坦。1905年被稱為近代物理的第二個(gè)奇跡年，因?yàn)檫@一年，愛因斯坦發(fā)表了他的狹義相對(duì)論。徹底改變了人們的時(shí)空觀，就像一聲炸雷，出現(xiàn)在天空中。

到1915年愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論。至此，愛因斯坦用狹義相對(duì)論融合了電磁力，又用廣義相對(duì)論升級(jí)了引力理論。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

第四位該出場(chǎng)的人物就是楊振寧先生了。隨著技術(shù)的進(jìn)步，觀測(cè)手段地提高，人們撬開了原本以為是終點(diǎn)的原子核，這下如同打開了潘多拉的魔盒，發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)力和弱力。大統(tǒng)一理論之路，變的遙遙無期了。

到了1954年，楊振寧和米爾斯提出非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)的理論結(jié)構(gòu)——楊米爾斯方程。它為當(dāng)時(shí)的前沿科學(xué)指明了方向，以此理論為根基進(jìn)行量子力學(xué)研究的很多人都拿了諾貝爾獎(jiǎng)。蓋爾曼從楊-米爾斯理論出發(fā)，創(chuàng)立量子色動(dòng)力學(xué)（QCD），完整的描述了強(qiáng)力，獲諾貝爾獎(jiǎng)。

格拉肖、薩拉姆、南部和溫伯格等人，遵循楊-米爾斯理論，進(jìn)而完成了電磁力和弱力的統(tǒng)一，獲得諾貝爾獎(jiǎng)。還有后來的希格斯也受益于楊振寧的理論，從而創(chuàng)立希格斯場(chǎng)論理論。后來因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，也因此獲得諾獎(jiǎng)。

可以說，目前物理世界已知的四種基本力，除了引力之外，剩下的電磁力、強(qiáng)力、弱力都以楊米爾斯方程為基調(diào)來描述的。那么楊振寧為什么可以創(chuàng)立這個(gè)理論呢？其實(shí)和愛因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論也類似。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

【李政道與周總理。】

一開始就說了，愛因斯坦的理論，不是實(shí)驗(yàn)得來的。這對(duì)楊振寧也是一個(gè)啟發(fā)。他意識(shí)到當(dāng)理論變得復(fù)雜的時(shí)候，試圖從實(shí)驗(yàn)去歸納出理論的方式是行不通的！

時(shí)代選擇了他，他也選擇了時(shí)代。楊振寧的物理和數(shù)學(xué)功底都是一流的。這為他在理論物理方面做出貢獻(xiàn)有很大幫助。

楊振寧在其他物理學(xué)家還在普遍懷疑群論的年代，他已經(jīng)很好的掌握了群論，這得感謝他有一個(gè)數(shù)學(xué)家出身并且擅長(zhǎng)群論的父親——楊武之教授。楊教授在清華開的課程就是群論，楊振寧是虎父無犬子。

起先是德國(guó)數(shù)學(xué)家外爾發(fā)現(xiàn)了U（1）群整體規(guī)范對(duì)稱性對(duì)應(yīng)電荷守恒，他原意是把電磁場(chǎng)幾何化，把整體對(duì)稱性推廣到局域，直接得到整個(gè)電磁理論——把麥克斯韋方程規(guī)范場(chǎng)化。

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【李政道和楊振寧先生合影?！?/p>

楊振寧看了外爾的論文，他的目光越過了電磁力，他決定將強(qiáng)力、弱力通過把某種規(guī)范對(duì)稱性進(jìn)行重整推廣，進(jìn)而可以得到關(guān)于強(qiáng)力、弱力的規(guī)范場(chǎng)理論！然而要推廣外爾的思路可不簡(jiǎn)單，關(guān)鍵點(diǎn)就是要找到新的對(duì)稱性。

楊振寧是幸運(yùn)的，他找到了——強(qiáng)相互作用里面的同位旋守恒。外爾把U（1）群的整體規(guī)范對(duì)稱性推廣到了局域，因?yàn)閁（1）群是阿貝爾群，所以這個(gè)過程相對(duì)簡(jiǎn)單；同位旋對(duì)稱相對(duì)應(yīng)的群叫SU（2），楊振寧要做的是把SU（2）群的整體規(guī)范對(duì)稱推廣到局域，但SU（2）群是非阿貝爾群，情況則復(fù)雜得多！SU（2）群沒有現(xiàn)成的理論可供推廣，一切都得從頭搭建。

1954年，楊振寧和米爾斯一起發(fā)表了劃時(shí)代的論文《同位旋守恒和同位旋規(guī)范不變性》和《同位旋守恒和一個(gè)推廣的規(guī)范不變性》。

可以這么說，楊-米爾斯方程給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的套路，大家按照套路來，能直接從強(qiáng)力和弱電理論里預(yù)言未被發(fā)現(xiàn)的粒子。以前是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新粒子，理論物理學(xué)家再去琢磨著怎么解釋；現(xiàn)在則是理論物理學(xué)家預(yù)測(cè)粒子，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家再去找。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

楊—Mills規(guī)范場(chǎng)論（即非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)論）發(fā)表。剛開始沒有被物理學(xué)界看重，后來許多學(xué)者于20世紀(jì)60年代到20世紀(jì)70年代這個(gè)理論可以引入自發(fā)對(duì)稱破缺觀念，楊米爾斯理論才被普遍重視起來。

楊振寧和Mills的論文，從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)講，是從描述電磁學(xué)的阿貝爾規(guī)范場(chǎng)論到非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)論的推廣。而從物理觀點(diǎn)上講，是用此種推廣發(fā)展出新的相互作用的基礎(chǔ)規(guī)則。

在主宰世界的4種基本相互作用中，弱電相互作用和強(qiáng)相互作用都由楊—Mills理論描述，而描述引力的愛因斯坦的廣義相對(duì)論也與楊—Mills理論有類似之處。楊振寧稱此為“對(duì)稱支配力量”。楊—Mills理論是20世紀(jì)后半葉偉大的物理成就。楊米爾斯方程與麥克斯韋方程、愛因斯坦場(chǎng)方程共同具有極其重要的歷史地位。

隨著希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)，楊振寧理論的最后一塊拼圖已經(jīng)拼上。愛因斯坦場(chǎng)方程和楊米爾斯理論都是二階非線性波動(dòng)方程，要給出確定解都是很困難的。但這也是它們的相似性。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

有一個(gè)千禧年大獎(jiǎng)難題，又稱世界七大數(shù)學(xué)難題， 是由美國(guó)克雷數(shù)學(xué)研究所(Clay Mathematics Institute,CMI) 于2000年5月24日公布的數(shù)學(xué)猜想。其中一個(gè)就是楊-米爾斯規(guī)范場(chǎng)存在性和質(zhì)量間隔假設(shè)問題。如果誰(shuí)能解決這個(gè)問題，那么就可以獲得100萬美元獎(jiǎng)金。而且我認(rèn)為如果誰(shuí)解決了這個(gè)問題，那么也意味著楊振寧的理論離諾獎(jiǎng)更近了。

接下來上兩個(gè)圖，讓大家看看愛因斯坦場(chǎng)方程和楊米爾斯方程長(zhǎng)什么樣子。

愛因斯坦場(chǎng)方程如下圖：

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

楊米爾斯方程如下圖：

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

現(xiàn)在回到標(biāo)題《愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁》，但這座橋梁在哪？是什么樣子？現(xiàn)在沒有人說的清楚。找到這座橋梁，其實(shí)就是搭建起了引力和量子力學(xué)的統(tǒng)一。

如果你看的仔細(xì)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)楊振寧也受到很多人的影響。其中之一就是外爾。但外爾是考慮到愛因斯坦將引力和時(shí)空幾何聯(lián)系起來后，他也想把電磁力進(jìn)行幾何化處理，從而把引力和電磁場(chǎng)統(tǒng)一起來。外爾引進(jìn)了相位變換的概念，產(chǎn)生規(guī)范場(chǎng)的存在。從對(duì)稱觀點(diǎn)出發(fā)，立足于規(guī)范不變，規(guī)范場(chǎng)便很自然的出現(xiàn)。

簡(jiǎn)單的說，如果在任何時(shí)空點(diǎn)，我們?nèi)菰S相位變換是遵循對(duì)稱性的變換，那這些無數(shù)不同時(shí)空點(diǎn)的相位變換必須聯(lián)系在一起，這工作必須有場(chǎng)來執(zhí)行，這便是所謂的規(guī)范場(chǎng)。這個(gè)邏輯是沒有任何問題的。

講了這么多，上面這句話就是重點(diǎn)了。將引力看作是時(shí)空彎曲產(chǎn)生這個(gè)觀點(diǎn)是否可靠，是至關(guān)重要的。問題是可靠嗎？

場(chǎng)的概念是沒有問題的，楊振寧沿著外爾的思路，不斷擴(kuò)展也是沒有問題的。物理定律用數(shù)學(xué)語(yǔ)言說明，肯定是必須的呀。不然你用什么語(yǔ)言表達(dá)。但如果理解方向不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致幾何語(yǔ)言描述方向的偏離。這就是我的觀點(diǎn)。

知道為什么弦理論都是高維度理論嗎？你想過這個(gè)問題沒有。弦理論是不是愛因斯坦和楊振寧理論之間的橋梁？顯然是備選橋梁，就是為了調(diào)和引力和量子力學(xué)不融洽而發(fā)展的理論。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

物質(zhì)的量子化描述和時(shí)空的幾何化描述之間彼此不具有相容性，這要求著一個(gè)完整的量子引力理論的建立。

一個(gè)卡拉比-丘流形的投影，由弦理論所提出的緊化額外維度的一種方法量子場(chǎng)論，作為粒子物理的基礎(chǔ)已經(jīng)能夠描述除引力外的其余三種基本相互作用，但試圖將引力概括到量子場(chǎng)論的框架中的嘗試卻遇到了嚴(yán)重的問題。在低能區(qū)域這種嘗試取得了成功，其結(jié)果是一個(gè)可被接受的引力的有效（量子）場(chǎng)理論，但在高能區(qū)域得到的模型是發(fā)散的（不可重整化）。

試圖克服這些限制的嘗試性理論之一是弦論，在這種量子理論中研究的最基本單位不再是點(diǎn)狀粒子，而是一維的弦【其實(shí)這是不可想象的，因?yàn)橐痪S的東西沒有任何厚度。也就是這種描述還更傾向數(shù)學(xué)，而不是物理。比如零維在數(shù)學(xué)上是一個(gè)點(diǎn)，物理上也這么沿用?？墒鞘聦?shí)上呢？到底是一個(gè)點(diǎn)，還是什么也沒有，值得思考啊?！?。弦論有可能成為能夠描述所有粒子和包括引力在內(nèi)的基本相互作用的大統(tǒng)一理論，其代價(jià)是導(dǎo)致了在三維空間的基礎(chǔ)上生成六維的額外維度等反常特性。在所謂第二次超弦理論革新中，人們猜測(cè)超弦理論，以及廣義相對(duì)論與超對(duì)稱的統(tǒng)一即所謂超引力，能夠構(gòu)成一個(gè)猜想的十一維模型的一部分，這種模型叫做M理論，它被認(rèn)為能夠建立一個(gè)具有唯一性定義且自洽的量子引力理論。

取決于廣義相對(duì)論和量子理論中的哪些性質(zhì)可以被接受保留，并在什么能量量級(jí)上需要引入變化，對(duì)量子引力的嘗試?yán)碚撨€有很多，例如動(dòng)力三角剖分、因果組合、扭量理論以及基于路徑積分的量子宇宙學(xué)模型。

所有這些嘗試性候選理論都仍有形式上和概念上的主要問題需要解決，而且它們都在面臨一個(gè)共同的問題，即至今還沒有辦法從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證量子引力理論的預(yù)言，進(jìn)而無法通過多個(gè)理論之間某些預(yù)言的不同來判別其正確性。

任何形式的幾何化都是數(shù)學(xué)化，物理研究慢慢變成了純數(shù)學(xué)的推理，失去了其厚實(shí)的土壤，變的不可想象。而這一切開端，就是愛因斯坦將引力產(chǎn)生的原因歸結(jié)于時(shí)空彎曲開始。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

結(jié)合我關(guān)于慣性的思考，這就是我認(rèn)為的問題所在。引力可以彎曲時(shí)空，但時(shí)空彎曲不產(chǎn)生引力，引力不是時(shí)空幾何曲率。直接說是空產(chǎn)生引力是可以的，不能把它看做時(shí)空彎曲的產(chǎn)物，引力的產(chǎn)生還得歸結(jié)于實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)，實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)空間。

愛因斯坦和楊振寧之間的橋梁一定存在，世界的普遍聯(lián)系性，我從懷疑。從基礎(chǔ)出發(fā)去發(fā)問，是找到這座橋梁的最好方法。

結(jié)尾處，還要強(qiáng)調(diào)一句：慣性是物理學(xué)的一塊大基石。相對(duì)論，楊米爾斯方程，麥克斯韋方程這樣的理論是這塊大基石上的大梁柱。站在可以想象的地方想象和發(fā)問，理論才有不脫離實(shí)際。

就寫這么多吧。我會(huì)把這篇文章，收錄在《變化》和《見微知著》中作為補(bǔ)償章節(jié)，方便大家去理解整體思維。不足之處，諸位多包涵，多補(bǔ)充。祝學(xué)習(xí)愉快，生活愉快。

2019年9月17日星期二。

深度思考：愛因斯坦和楊振寧之間是一座橋梁，誰(shuí)會(huì)第一個(gè)站上去？

獨(dú)立學(xué)者，科普作家，藝術(shù)家靈遁者科普作品。

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