在2018年霍金逝世之前,每当提及在世的最伟大物理学家,很多人可能会想到霍金。但事实上,霍金被人熟知,更多的是因为他是一位身残志坚的物理学家、宇宙学家。
当然,霍金在物理学和宇宙学上也取得了一些成就,主要涉及到广义相对论,都与黑洞的研究有关,一个是霍金辐射,还有一个是彭罗斯-霍金奇点定理。虽然黑洞的存在已经在2019年已经得到直接的证实,但霍金的研究还没有得到观测数据的证实,所以霍金在生前一直没有获得过诺贝尔物理学奖。
如果要说当今在世的泰斗级物理学家是哪位,当属我国的物理学家杨振宁。他不仅是当今中国物理学界的泰斗,而且还是当今世界成就最高的物理学家,完全不需要加上“之一”。此外,杨振宁还能排进人类史上最伟大的物理学家行列,他在《自然》(Nature)杂志给出的排名中位列前20名。
那么,杨振宁有什么超越大多数物理学家的巨大成就呢?
首先,杨振宁在年仅35岁就拿到了诺贝尔物理学奖。他与李政道共同提出了宇称不守恒原理,打破了物理学家对于物理定律对称性的固有认识。在这个假说提出之后的第二年,就被吴健雄等物理学家所做的实验相继证实,从而让杨振宁共同获得了当年的诺贝尔物理学奖。
虽然诺贝尔奖级别的成就已经非常高了,但杨振宁还取得过这比这更高的成就——杨-米尔斯理论,这项工作深刻地影响了20世纪后半叶物理学的发展,为了后来的物理学研究指明了方向。
那么,为什么杨-米尔斯理论的评价会这么高呢?
这就不得不说到爱因斯坦为之奋斗一生而无法完成的大统一理论。爱因斯坦统一时间和空间,相继创立了狭义和广义相对论。与牛顿的万有引力定律相比,广义相对论对引力有了更为深刻的描述。
在爱因斯坦那个时代,人们意识到,自然界中的所有相互作用都可以归结为两大基本作用——电磁力和引力。电磁力可以通过麦克斯韦电磁场方程组进行很好地描述。但爱因斯坦认为,电磁力和引力应该可以由同一个理论来描述,这就是大统一理论。但爱因斯坦经过数十年的探索,大统一理论始终没有取得突破。
此后,物理学家又相继发现了两种作用于微观粒子的基本力——弱核力以及强核力。也就是说,为了实现大统一理论,必须要把四种基本力结合在一起。
爱因斯坦最终没能统一电磁力和引力,鉴于此,物理学家先从统一其他基本力开始。为了解释强核力,杨振宁提出了杨-米尔斯理论。在此基础上,弱核力和电磁力先被纳入到统一框架中,由此得到电弱统一理论。此后,强核力也被纳入其中,由此得到粒子物理标准模型。
粒子物理标准模型可谓是现代物理学的掌上明珠,它是经受住严苛实验验证的最高物理学成就,尽管目前的完成度只有75%。粒子加速器中发生的事情都在标准模型的预料之中,而且标准模型还能预言此前未知的希格斯玻色子,这种粒子的存在最终也得到了实验的证实。
因此,杨振宁对现代物理学做出了巨大的贡献,他的成就可以比肩过往很多的伟大物理学家。在目前的物理学家中,杨振宁是当之无愧的泰斗。