講真,霍金與楊振寧相比差遠了!

論學術成就,楊振寧要比霍金高得多。

霍金在中國這么出名,更多的是因為英國媒體和學術界的包裝推廣,當然他個人的學術成就也不低,但無法和楊振寧相提并論。

但是楊振寧在中國已經被很多人黑成了翔,黑他的人總是抓著模糊的道德問題緊追不放,卻沒有真正去了解他個人在物理學上取得的堪稱偉大的成就。

和清華的老師聊過,楊振寧和翁帆感情是很好的,真心相愛的話大家有什么好噴的呢?還有人說,楊振寧退休回國就是撈錢養老,毫無用處。但實際上楊振寧回到清華,能夠充分作用自身的影響力,調動學術界的很多資源,這很有利于清華相關學科的發展。要不然大家真以為他不值那個價兒?

網絡時代,希望大家能夠有自己的判斷力,不要被一些媒體牽著鼻子走。特別是對人這種復雜個體的評價,更需要慎重。

清北經常被黑,很多人不了解內部情況,總是為了黑而黑,讓我們這些學生痛心疾首。

大家時常會把Hawking和同時代的物理學家相比,譬如和C. N. Yang、Fermi、Pauli等等,實話實話,Hawking確實不如他們的成就多,不如他們成就高。至于說“Hawking是繼Einstein后最偉大的科學家”,這僅僅是媒體宣傳的說辭,在學界,這是不客觀的。只能說Hawking是偉大的科學家,但和Einstein和C. N. Yang比起來,單從學術成果上講,并不在一個層次上。就拿C. N. Yang(楊振寧)來說,Yang確實是現在在世的最偉大的物理學家,沒有之一,他的成果眾多,而且影響深刻,他的成果成為很多物理乃至數學領域相關分支的根基理論,譬如Yang-Mills規范場理論、Yang-Baxter方程等等,這些都要比Hawking最具代表性的成果:奇性定理、黑洞的Hawking輻射要更加重要,更加基本,而且如果去看Hawking論文的引用率,我們會發現,他的論文引用率是沒有像Witten這樣的人高的(Witten是著名弦論學家)。但是話又說回來,我們可能要問,為什么同時期有比Hawking優秀得多得多的物理學家,為什么Hawking的名氣如此之大呢?很大程度上,是因為他身殘志堅的形象和他令人敬佩的品質,Hawking作為一個深受“漸凍癥”困擾的人,如今他可以做出這些科學成就,就已經非常了不起了,他的那種認真和堅守著實令人尊敬。

我們可以簡單地看來一下Hawking的工作,Hawking的工作主要集中在廣義相對論與宇宙學上,他和Penrose合作的一系列論文創建了現代宇宙學的數學結構理論:

奇性定理:Hawking和Penrose共同提出并證明了奇性定理,這是Hawking早年非常重要的工作,奇性定理告訴我們,“只要廣義相對論正確,因果性良好,能量正定,而且時空中至少存在一點物質,那么這個時空就有奇點,或者說至少存在一個物理過程,時間有開始,或者有結束,或者既有開始也有結束”,該定理預言了時間的開始和終結。這個定理深刻表明了“大爆炸”奇點是Einstein廣義相對論的必然結果。這一成果雖然重要,但是仍是廣義相對論框架下的一個小點、一個小問題的解決。

黑洞力學(黑洞熱力學):首先Hawking論證了黑洞的事件視界必須具有球形拓撲。隨后1973 年Hawking和其合作者Bardeen一起建立了黑洞和熱力學基本定律的聯系,譬如黑洞視界的表面積 A 和表面引力 \kappa 分別能夠類比于熵 S 和溫度 T 這些熱力學量。在這個時期,可以說Hawking在經典廣義相對論領域內進行的研究是當時世界上最棒的。

Hawking輻射:Hawking最為重要的工作就是對黑洞熱輻射的證明,現稱之為Hawking輻射,它首次從微分幾何上嚴格地證明了黑洞存在熱輻射,而且是嚴格的黑體譜。這個工作是黑洞理論的核心,在理論上夜是極為重要的。目前的問題就是沒有得到實驗驗證,而且也很難得到實驗驗證,因為Hawking輻射是非常小的,通過任何已有的技術都無法直接觀測到。

虛時間和宇宙的無邊界設想(Hawking無邊界宇宙模型):Hawking和Hartle一起發展了的一套處理大爆炸奇點的量子方法,這就是“無邊界”方法,即奇點被光滑的“帽子”所取代。為了理解這個觀點,Hawking引入虛時間(或歐幾里得化)的概念,這個概念將Einstein的贗Riemann幾何轉換為標準的Riemann幾何。盡管這項工作存在獨創性,但仍存在諸多困難。這是Hawking晚年的工作,但是還沒有引起人們的注意,Hawking自己坦言:大家都普遍接受了黑洞的熱輻射理論,但是他認為宇宙的無邊界設想是更為重要的。不過必須說的是,Hawking的這套方法雖然受到很大的尊重,但并不是最受歡迎的。(不過通過無邊界設想,可以回答一個公眾非常感興趣的問題:“宇宙在大爆炸之前是什么”。根據無邊界設想,宇宙大爆炸奇點就相當于地球的南極點,因為并不存在比南極更往南的地方,所以大爆炸奇點之前什么也沒有。)

如果和C. N. Yang(楊振寧)對比的話,不得不說Yang的成果不僅在量上要多得多,他在諸多領域都有所貢獻,而且更為重要和基本,以下是Yang的13項最具代表性的成果:

I. 粒子物理

弱相互作用中宇稱不守恒:這是Yang和Tsung-Dao Lee(李政道)早年共同發現在弱作用中宇稱是不守恒的,而此前物理學界認為宇稱無論是在強作用、弱作用還是電磁作用中都是守恒的。后來Chien-shiung Wu(吳健雄)領導的團隊通過實驗證明了在弱作用中宇稱確實是不守恒的,在物理學界引起軒然大波。因為這項極為重要的工作,Yang和Lee一起分享了1957年的諾貝爾物理獎。 學物理的都應該知道對稱性在物理中的重要性,因此宇稱守恒有著直覺上的吸引力,所以不難理解這項顛覆性的工作是何等重要。

時間反演、電荷共軛和宇稱三種分立對稱性: Yang、Tsung-Dao Lee和Oehme發表論文討論時間、電荷和宇稱各自不守恒之間的關系。此文對1964年所有的關于CP不守恒的理論分析有決定性的影響。高能中微子實驗的理論探討: 1960年,實驗物理學家Schwartz指出如何通過中微子束得到更多弱相互作用的實驗信息。Tsung-Dao Lee和Yang在理論上探討了高能中微子實驗的重要性。這是關于中微子實驗的第一個理論分析,引導出后來許多重要研究工作。

CP不守恒的唯象框架: 1964年,Christenson、Cronin、Fitch和Turlay的實驗發現了CP不守恒。Yang和他的學生吳大峻作了CP不守恒的唯象分析,建立了后來分析此類現象的唯象框架,這篇論文定義了這個領域至今仍在使用的理論框架和術語。

II. 場論

Yang-Mills規范場理論:這是現代規范場理論的基礎,更是20世紀下半葉重要的物理突破,而且是弱電統一理論的基礎,該理論對研究基本粒子如強子的結構提供了強有力的工具。 1954年,Yang-Mills規范場論(即非Abel規范場論)發表。在兩篇短文中,Yang和他的學生Mills將Weyl的Abel規范理論推廣到非Abel規范理論。可以說Yang-Mills理論有“開天辟地”的崇高地位,它的成功是物理學史上的一場革命。

規范場論的積分形式: Yang-Mills理論還把物理與數學的關系推進到一個新的水準。1970年左右,Yang致力于研究規范場論的積分形式,發現了不可積相位因子的重要性,從而意識到規范場有深刻的幾何意義。

規范場論與纖維叢理論的對應: 1970年代早期,Yang意識到規范場的幾何意義以及規范理論的積分形式實際上是一個幾何的發展,因此他向J. Simons學習纖維叢理論。Yang最終意識到物理學家所謂的規范對應于數學家所謂的主坐標叢,而物理學家所謂的勢對應于數學家所謂的主纖維叢上的聯絡。1975年,他發表了論文,揭示了規范場在幾何上對應于纖維叢上的聯絡。

III. 統計力學

相變理論:1952年Yang發表了3篇有關相變的重要論文。第一篇是他獨立完成的關于二維Ising模型的自發磁化強度的論文,得到了 1/8 這一臨界指數。這是Yang做過的最冗長的計算,是一個絕對的壯舉。Dyson稱其為“雅可比橢圓函數理論的大師式練習”。1952年,Yang還和Tsung-Dao Lee合作完成并發表了兩篇關于相變理論的論文,將對Ising模型的研究擴展到格氣模型,并嚴格計算出氣液相變的Maxwell圖。兩篇文章同時投稿和發表,發表后引起Einstein的興趣。Yang和Lee的這兩篇論文的高潮是第二篇論文中的單位圓定理(現稱Lee-Yang單圓定理),它指出吸引相互作用的格氣模型的巨配分函數的零點位于某個復平面上的單位圓上。在統計力學和場論中,這個理論至今魅力不減。

玻色子多體問題:Yang在1957年左右與合作者發表或完成了一系列關于稀薄硬球玻色子多體系統的論文,這是一個數學上定義完善的模型,早先Yang和Kerson Huang(黃克孫)、Luttinger合作發表了兩篇論文,將費米的贗勢法用到該領域。后來Yang和Tsung-Dao Lee用雙碰撞方法首先得到了正確的基態能量修正,然后又和Huang、Lee用贗勢法得到同樣的結果。他們得到能量修正或者聲速漸進展開的前兩項, 其中最令人驚訝的是著名的平方根修正項(后來被稱為Lee-Huang-Yang修正),但當時無法得到實驗驗證。出乎預料的是,50年后,這一修正項隨著冷原子物理學的發展而得到了實驗證實。

Yang-Baxter方程:1967年Yang發現一維 \delta 函數排斥勢中的費米子量子多體問題可以轉化為一個矩陣方程,后被稱為Yang-Baxter方程。Yang的這個工作打開了兩個領域的大門。后來人們發現Yang-Baxter方程在數學和物理中都是極為重要的方程,與扭結理論、Hopf代數以及弦理論都有密切的關系。

一維 \delta函數排斥勢中玻色子在有限溫度下的嚴格解:1969年,Yang將一維 \delta 函數排斥勢中的玻色子問題推進到有限溫度。這是歷史上首次得到的有相互作用的量子統計模型在有限溫度的嚴格解。最近這個模型及其結果也在冷原子系統中得到實驗實現和驗證。

IV. 凝聚態物理

超導體磁通量子化的理論解釋: 1961年Yang訪問斯坦福大學時,該大學的Fairbank和Deaver在實驗上發現超導環中磁通量以 hc/2e 為單位的量子化。Yang和Byers給出這一現象的正確理論解釋。

非對角長程序: 1962年,Yang提出非對角長程序的概念,從而統一刻畫超流和超導的本質,同時也深入探討了磁通量子化的根源。這是當代凝聚態物理的一個關鍵概念。1989到1990年,Yang在與高溫超導密切相關的Hubbard模型里找到具有非對角長程序的本征態,并和Shou-Cheng Zhang(張首晟)發現了它的SO(4)對稱性。

最后其實要說的就是,將兩位物理學家作比較事實上沒有過多的意義,我們可以客觀地闡述他們的成果都有哪些,但是Hawking和Yang之類的物理學家畢竟不在同一個研究領域,我們可以說誰比誰更偉大,但這種比較其實并沒有什么價值可言。不管怎樣,我覺得Hawking和Yang等等的科學家們都在人類理解世界理解宇宙的探索之路上留下了光輝燦爛的一筆,都應該值得大家的敬仰和尊重。如今Hawking的離世讓人悲痛萬分,他曾是一個仰望浩渺宇宙的人,如今他成為了星辰宇宙。

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