杨振宁是如何建立成就他物理地位的杨米尔斯方程的,看此文就懂了(4)
2023-04-28 来源:飞速影视
电磁力是由电磁场传播的。电荷及其运动所形成的电流产生了电磁场,场传出去后可以作用在远处电荷和电流上。于是,杨振宁和Mills也设想了一种类似电磁场的别的场来传递核力,那就是非阿贝尔规范场。
这个设想看似容易,其实很难。最重要的是,杨振宁和Mills此时极大地推广了场和荷的含义。他们设想了一种更为复杂的荷(当然不能再叫电荷了)和它们所产生的场:这些荷和场都不是普通的实数能表示的,它们是一些矩阵。矩阵的乘法是不能交换的,这种乘法的不交换性叫“非阿贝尔”的,因此也叫非阿贝尔规范场。对那些学过物理的人应该说明的是,学过量子力学的人知道,量子理论里力学变量可以表示成矩阵。但这里说的场和荷表示成矩阵不是由于量子化的结果,而是在经典物理的意义上它们就是矩阵。
杨-Mills的那篇文章是1954年发表的。那时这个理论中还有几个关键的问题不能解决(比如质量问题,量子化和重整化之类,这是些更为专业的名词,只有研究这个方向的理论物理博士们才学的)。而且在随后的六十年代,物理学界对于用场的观点描述核力是较为悲观的,那时别的观点在物理学家中占主流。
不过后来,经过几位物理学家近二十年左右的持续探索,解决了所有原来不能解决的问题。而且,后来找到了别的不同的荷(当时还不知道呢)分别能产生强力和弱力(核力就分这两种力)。但它们用的数学形式都是类似的,都是杨-Mills理论。
不同的是其中矩阵的大小不一样:有2乘2的、有3乘3的;如果所用的矩阵是1乘1的,那它就是以前的法拉第和麦克斯韦的电磁理论。到了七十年代末,就知道自然界的所有基本作用力--引力,电磁力,弱力,强力中,除引力外的其它三种力都能用杨-Mills场描述。 这就是可以看出这个理论对物理学的影响有多大了。
杨振宁和Mills所设想的那种古怪的荷叫做同位旋。他们把描述电磁场的麦克斯韦理论做了一个优美而且深刻的推广,得到一个新方程,后来就叫杨-Mills方程。当然比麦克斯韦方程普遍得多也复杂得多了。至于推广的方法,是依据了一个来自电磁理论的原理,叫做“定域规范不变原理”。这个我会在下一章给大家做介绍。
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