牛顿理论让卫星上了天,相对论让GPS精确定位,那杨振宁的理论有哪些实际的应用?

这个问题相当鸡贼,后脑勺给老杨一棍,试图让他吃哑巴亏。我试着给出自己的想法,同学们自己思考一下。

老杨的理论是什么地位

我们先把科学理论发展历史这个概念理一理。

物理学从伽利略牛顿开始,演化出各类应用技术,诸如机械、化工等,最后麦克斯韦把电学和磁学一举拿下,所有理论归于一统。这就是“经典物理学”。

后来人算不如天算,爱因斯坦一众人借着“两朵乌云”把经典物理大厦强拆了,随后出现了两条岔路:量子力学和相对论,这就是“现代物理学”的起点。

物理学开始流传一个传说,只要统一了“四大基本力”,就能重建物理学大厦。四大基本力,简单来说就是:电磁力、弱力、强力、引力,据说这四个家伙包含了宇宙间一切作用关系。

狄拉克,把狭义相对论引入量子力学,将薛定谔方程进化成狄拉克方程,创立量子场论,把电磁力和带电粒子之间的关系全整明白了,顺手预言了反物质的存在。

老杨在这个时间点登场了,左手先来一个“杨-米尔斯理论”,右手再来“宇称不守恒”的慢动作,唱出一首惊才艳绝的“规范场论”,一举解决电磁力和弱力统一,史称“电弱统一”。按照老杨的思路,大家整出了“标准粒子模型”,把粒子产生的机制,粒子之间的强力、弱力、电磁力这三种作用关系都弄明白了,这基本就可以解答“物质是什么”这个近似于哲学的概念了。现代物理基本就走到了顶点。

老杨因此一举封神,成为科学史上,继一牛二爱三麦之后,坐五望四的存在。

什么是高科技

举个我们国家的例子说明问题,都说航空发动机是工业皇冠上的明珠,那到底“明珠”在哪?那代表一个国家最高的科技实力。

虽然发动机结构设计复杂,制造难度刁钻,但这种难度无法与材料相比。很多同学就不信邪了,为啥材料这么难?这还不是人类科技太落后,什么都要靠试验,只能通过一次一次试验,才能找到最优方案。

类似的,F16的发动机图纸,早早就有了;中科院可以扫描出最先进芯片上所有的设计细节;如此等等。唯独材料,死死卡在瓶颈上!我国比美国落后,最大大部分的原因,就在于所谓的核心技术,归根结底,就是材料!

学术点说,就是我们搞不懂让不同的原子按照特定的规律排列

新材料技术和量子力学

说到这里,有悟性的同学应该已经知道知识点了。以老杨理论为基础开发的标准粒子模型,就是人类解决材料问题的终极钥匙啊!你如果基本粒子特性都搞掂了,什么材料不是手到擒来?

人类文明步入新世纪以来的进步,都是由量子力学引领出来的新材料的革命。典型的就是半导体引发的电子计算机、通讯技术革命,这还只是我们把电子玩了个半熟的情况下取得的成就。如果能再前进一步,把“标准粒子模型”给吃透,人类可以玩转多几种基本粒子,那科技不得起飞了吗?

结语

不要用民科的思维以及非黑即白的思路,去理解老杨。

珍惜老杨吧,活着物理界第一人,当之无愧。

我是猫先生,感谢阅读。

牛顿的经典力学

我们在中学学习的经典力学非常熟悉的牛顿三定律是300多年前牛顿一己之力创造的用以描述宏观物体运动规律的总结,牛顿写了一本书叫做《自然哲学与数学原理》就是牛顿力学的由来;

现如今,我们大多数生活工作使用到的力学还是牛顿力学,只有在高速运动和微观粒子运动领域情况下,牛顿力学才不适用,可以说牛顿力学造就了我们现在基础的力学大厦,在导弹发射轨迹运算,卫星轨道计算,逃离速度都是用的牛顿力学的成果精确得出。

广义相对论和狭义相对论让GPS定位更加准确,误差更小。

虽然说相对论对于卫星的修正误差不大,但是为了更加精确的军用级别分辨率,那么相对论是一定要考虑的;

1、卫星高速运动,卫星上的原子钟时间会慢于地球表面的原子钟;(狭义相对论)

2、卫星在太空,距离地球远,受到的引力比地面的小,卫星上的原子钟时间会快与地面上的原子钟;(广义相对论)

综合起来大约每天有38纳秒的误差,如果不考虑相对论,那么误差会慢慢变大,导致GPS实际效果达不到要求。

杨政宁宇称不守恒和杨米尔斯场

宇称不守恒

要解释宇称不守恒我们先看看守恒对称在物理学有多重要;

能量守恒对应时间平移不变性,动量守恒对应空间平移不变性(空间平移不变就是说物理定律在北京和在上海都一样,在不同的空间物理定律相同),角动量守恒对应于旋转不变性。有了这种概念以后,能量、动量、角动量守恒定律不过是一种对称性的体现;

宇称是用来描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数,引记为P。它只有两个值+1和-1,在强力,引力,电磁力中得到证实。(目前四种基本力强力、弱力、电磁力、引力;强力描述原子核内的作用,弱力描述原子衰变作用)

1956年李政道、杨振宁在研究这个问题时,仔细地分析了关于宇称守恒的各种实验资料,发现至少在弱相互作用领域,宇称守恒定律从未得到过实验的验证,而只不过是一个理论上的推论而已,而后李杨两人提出在弱相互作用中宇称不守恒!(最后被中国物理学家吴健雄证实)。

杨米尔斯场:

它所建立的弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,已经为实验所证实,特别是这理论所预言的传播弱相互作用的中间玻色子,已经在实验中发现(人们现在希望能完成万有统一理论,现在就差引力还无法统一)。

通过杨米尔斯场得到的启发,盖尔曼提出夸克概念并得到认可,并且通过夸克理论确定了62种基本粒子模型;这些模型就把我们世间所有物质的组成基本粒子给总结出来了。

杨振宁是爱因斯坦之后最杰出的几位物理学家之一,也是当今最伟大的物理学家。1994年杨振宁因杨-米尔斯理论获鲍尔奖时,授奖词中称赞他的工作排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。

牛顿的理论早就投入到生产应用,第一次工业革命的最主要技术来源就是牛顿力学。第二次产业革命的诞生与完整的经典电磁理论的建立有着密切的关系。爱因斯坦的相对论也早已投入到技术领域,科学家们根据相对论的计算设计制造出大型加速器,根据相对论的计算为导航卫星进行时间修正,质能方程为人类提供了核能。这些建立在伟大科学理论基础上的技术应用极大地改变了人类的生活。

若是问杨振宁的理论促使了哪些技术的出现并改变了人类的生活?目前看他的最杰出的一些成就还没有投入到技术应用领域,但这并不妨碍杨振宁是伟大的科学家。并且,伟大的理论往往都有这样的特点,那就是在理论刚问世时,并不能看到未来会有什么样的应用。一个非常有名的例子是法拉第根据电磁感应现象发明了发电机,在法拉第展示发电机时,有贵妇问他发明的那玩意能有什么用?法拉第反问:“夫人,刚生下的婴儿能有什么用?”

杨振宁的最重要成就是在粒子物理与场论领域中,弱相互作用下宇称不守恒让他拿到了诺贝尔奖,规范场理论孕育出弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用的统一,大显神威的粒子物理的标准模型就是在杨振宁的理论框架下完成的。

把几种相互作用统一到一起能有什么用?找到各种粒子相互作用以及转化的规律会诞生怎样的技术应用?不论哪位科学家都不可能给出明确的回答,因为这样的问题太超前了,人类目前尚无能为力,就像牛顿在给出他的理论时不会想到今天会有成百上千颗卫星在太空为人类服务。

杨振宁的理论创造出哪些技术应用?这个问题穿越了时空,应该由几百年后的人们去回答。


牛顿和爱因斯坦还有杨振宁都是理论物理学家,但牛顿的理论从提出到第一次工业革命大规模应用中间隔了几十年,而且直到今天我们都还在应用牛顿的理论,而爱因斯坦相对论从提出到小规模应用也用了几十年,并且今天的我们只能小规模的应用相对论中的质能方程和时间膨胀公式,因此现代科学还是在吃爱因斯坦理论的老本。

杨振宁最大的贡献就是“杨-米尔斯理论”,该理论为后来统一三大基本作用力的粒子物理学标准模型做出了不可磨灭的贡献,但是毫不夸张的说不管是杨振宁的理论还是后来的粒子物理学标准模型,诞生几十年来都没有为人类生活做出任何贡献,并且在未来几十年内也不可能为人类生活水平的提高做出任何贡献。

然而我们评价一个科学理论的好坏仅仅是看它现在有没有用吗?

显然不是!


当年法拉第提出电磁感应定律后就有人问这个理论有什么用,法拉第回答“刚出生的婴儿有什么用?”后来的故事我们都知道了,19世纪到现在的所有电器背后都是发电机,发电机背后就是电磁感应。

我们必须要认清一个事实,那就是现代科技是建立在一个世纪前的相对论和量子力学上的,物理学已经近70年没有过重大突破了,啃相对论和量子力学的老本就是现代高科技的真相,哪个国家啃的好哪个国家科技水平就高。

杨振宁和现代绝大部分理论物理学家们所研究的东西到22世纪都不一定能应用到现实生活中来,但这正是理论物理的迷人之处:她永远走在时代的前面等待着未来人类。

杨振宁的理论虽然现在没有任何实际应用,但几百年过后的未来人类将杨振宁的理论应用之后一定会反复想起他爱戴他崇拜他,就像今天的我们依旧尊敬并且崇拜去世64年的爱因斯坦一样。

这问题提得确实傻毙了!蠢呆了!而且,还是个欺骗性诱导提问,向人们传递了一个混账逻辑。

用通俗的话说,这个提问违背了实事求是的精神。用哲学话语说,这个提问不符合思辩的逻辑。

首先,我们应该注意到基本事实。牛顿是1643年出生的,第一颗人造卫星是苏联在1957年10月7日发射上天的。两件事情的时间差有300多年,牛顿从来都没有想过人造卫星的事情。

牛顿第一定理是万有引力,人造地球卫星与万有引力扯得上关系的,恐怕只有人造卫星的第一宇宙速度一一7.9KM/秒。

同样的道理,阿基米德的浮力定量是浮力等于排开水的重量。但在阿基米德之前很久,人类就能造船。阿基米德与造航母有一根毛的关系。

研究过理论之后,哲学家们说:理论是灰色的,生命之树长青。

物理学家分为两种,一种是理论物理学家,人数不多,因为与实用离得太遥远。另一种是实验物理学家,其学术成果都可以直接实用。如丁肇中以及李政道在瑞士的欧洲大型对撞机那里,长期从事基本粒子的实验,发现了中子、质子、夸克等等。更多的发明和发现,是实验物理学。实验物理学家也是很懂理论的,杨振宁的获奖论文就是与李政道合著的,两人分享了1957年的若贝尔物理奖。

所谓理论物理学,就是脑袋里理想化,抽象化的东西,如果不经过实验或实践的检验,那基本上就是个屁,牛顿的理论被颠覆得有点多。事实上,理论物理学家要看实验报告,在实验结果的基础上,推演理论。没有实验物理学,理论就是空中楼阁,水中月亮。实践是检验真理的唯一标准。

中国的老子李耳,就是个理论家,很玄乎,所以老子的理论叫作玄学。老子说:三十辐共一毂,当其无,有车之用。

难道能说是老子让高铁在大地上奔驰的吗?难道能说是嫦娥让登月的吗?

玄学当然不是实证科学,玄学可以不要严格的,标准的论证程序和方法。老子连论题都可以不确定,甚至连道的概念都可以不确定。老子开篇说:道可道,非常道。名可名,非常名。道的内涵和外延并没有界定。

中国的火箭导弹是钱学森主持搞的,钱学森是空气动力学家。但是,钱学森一个人是搞不出来的,还需要各个方面专家的合作,如材料、燃料、电气、遥感、控制、弹道等等。

人造卫星太复杂,有千万个零部件,绝对需要各方面科学家的合作,缺一个都不行。GPS是全球卫星定位系统,光卫星就多达近百颗,爱因斯坦用不着懂无线电学,或者材料学与信息学。

所以,把人造卫星的功劳归于牛顿,把GPS的功劳归于爱因斯坦,都是荒唐可笑的。杨振宁和李政道的宇称不守恒,到目前为止,尚没有任何实际和实用的价值。请注意!宇称不守恒不是杨振宁一个人提出来的,刻意省略李政道有点不道德。事实上,1950年代,物理学界热议宇称守恒或不守恒,李杨二人主张不守恒,并且用论文予以论证。

不要过高估计理论的作用。西方的经济学,套在中国的经济运作中,多次证明牛头不对马嘴。

当然,人们应该向杰出的理论物理学家致敬。他们毕竟有力地推动了物理学的发展,给点奖励也是应该的,若贝尔物理奖已经奖励了207个人。

感谢题主邀请,其他回答已经非常好了,这里简单回答。

牛顿、爱因斯坦和杨振宁三位科学家都是纯理论物理学家,在历史上的地位牛顿和爱因斯坦排在第一、第二位,杨振宁可以排在前二十名大约十五六名的位置,而如果仅算在世物理学家杨振宁稳居榜首。

问题中说了牛顿的万有引力使卫星受控平稳的上天,而相对论的时间膨胀效应(速度导致和引力场导致)让GPS可以更加精确的定位,因为可以提前计算出时间膨胀的差并调整导航卫星上的时间。而对于杨振宁的理论成就大家了解最多的就是一个诺贝尔物理学奖,并且到底是因为什么理论获得的诺贝尔奖好像也并不清楚。

而对于杨老其他不亚于诺奖的理论就更不了解了,从这些就可以看出来杨老的理论或者说高能物理方面的成就现在并没有实际上的应用。也并没有让人类的生活水平变得更好,这些话杨老曾自己亲自说过。

在2016年杨老发的一篇文章坚决反对中国建造CEPC,文中提出了七大反对理由,其中有一点就是这样说的:

七十年来高能物理的大成就对人类生活有没有实在好处呢?没有。假如高能所建议的超大对撞机能实现,而且真能成功地将高能物理学更推进一大步,对人类生活有没有实在好处呢?我认为短中期内不会有,三十年,五十年内不会有。而且我知道绝大多数物理学家都同意我的这个说法。

目前高能物理研究的粒子物理标准模型就是基于杨老的规范场论建立起来的。现在杨老的理论可能并没有作用在实际生活中,但是随着发展对于宇宙更多的认识,在杨老理论框架上的不断搭建可以让我们更好更全面的了解宇宙这对于人类文明发展至关重要。

科学理论的发展带动科学技术的发展,最终一切看起来无用的理论都将成为人类文明高度的基石。一如当年法拉第被质疑“电磁感应定律”有什么用,法拉第的回答是“刚出生的婴儿有什么用?”现在我们已经知道了“电磁感应”到底有什么用。


文/科学黑洞,图片来源网络侵删。


牛顿的万有引力做出了对自然界最基本的描述,它的提出为物理科学界奠定了重要的基础。因为有牛顿的引力方程,我们可以计算出火箭需要多大逃逸速度才可以逃离地球的引力吸引。我们也开始利用力的运动方程来计算炮弹的移动,也就是让子弹飞一会儿——导弹。

爱因斯坦在相对论中提到的相对时间说明,宇宙中的物体并不是都在一个时间段,而是各个物体的时间都是相对的。在引力大的地方,物体的时间会变慢,而在引力小的地方,物体的时间则会流逝的非常快。

解释相对时间最好的比喻就是:把水放在热锅上烧,会很快蒸发,而把水放在阴凉处,会蒸发的慢一点。

因此在卫星上的时间和在地面上的时间是不一样的,因为引力大小不一样。所以科学家们得利用相对时间效应方程来调节地面与卫星上的时间,使两者始终保持一致 。

杨振宁在全世界都是非常著名的。他的宇称不守恒已经荣获了诺贝尔物理学奖。而他的最高成就却是杨米尔斯论,在物理科学界中完成对弱力和电磁力的统一。注意是完成了弱力和电磁力的统一,说明老杨的理论在未来科学界的发展空间是很大的,目前杨老的理论还属于初步阶段现在,并没有实际运用。但是在未来会有很多人很多地方运用到杨老的理论 。杨老的理论已经成为了电磁弱力学的基础模块。

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这个问题就像问:“门捷耶夫的元素周期表有什么实际的应用?”。表面看,门捷耶夫的元素周期表不是直接应用的,然而,生活中无处不用化学,而研究化学为了减少复杂程度,则先要拿元素周期表来做对比思考。结果就是现代化工和材料生产应用全都广泛而且反复的应用到元素周期表,每个化工人的脑子里都有一张元素周期表在反复使用。

在物理学中,为了快速寻找规律,就需要一张像化学元素周期表那样的简化表格,当做藏宝图,简化研究难度。杨振宁的杨.米尔斯理论就是一张物理规律藏宝图,它是在诺特的宇宙超级对称理论上发展起来的,它把简单的一个对一个对称现象,发展到了一群对称一群的程度,就像对称的两群人,而且,每群的成员相互之间都有容易理解的关系,在对称群里,也能找到对称的人。这就像把男女分成两群,每一群人都有严格对称的爷爷奶奶,爸爸妈妈,哥哥姐姐弟弟妹妹,以及完全对称的亲戚。这样以来,如果你到一群人中,找某人做某事,虽然对此人一无所知,那么根据这些关系,很快就会找到所要找的人,并且能预测到这人是男女还是老幼等细节,而且能猜出他(她)能否帮你干活。

这样的方便对于科研发明来说那真是太方便太重要了。可以说,研究物理无处不用这样的藏宝图。在生活中,自然更会广泛应用于生活,只是人们像呼吸时忘了空气一样忘了它。

考虑到杨振宁的理论充满精确复杂难懂的高等数学计算,普通人难以理解。我也是像看天书一样懵,更不要说去算。然而,现实生活中,人们遇到的问题往往需要定性的分析,大概的数据,蘑模糊的方向,时间紧迫,并不需要慢慢精确计算。所以本人一直在简化这些物理规律,让普通人能理解能应用这些基础物理规律,尽量做到像儿歌那样容易记。杨振宁的理论我就够不着了,但是,另寻思路简化基础规律还是能做到的。所以我根据简化的规律,很容易就找到了无许多极难问题的简单解决方法。从核聚变,到计算机芯片,到航空发动机,前人需要付出惨重代价的研究,用藏宝图很容易就找到方法了。

许多人心里都有一张藏宝图,爱迪生心里就有一张,所以他做出了如此多重大发明,在精确计算方面,他远不如杨振宁,但是在对基本物理规律的理解方面,都是用类似的藏宝图,毛泽东,钱学森都有,他们都能熟练应用基本规律。毛泽东留下了《毛泽东选集》,钱学森留下了《系统学》,这都是对基础规律的认识和发展。普通人如果想简化生活问题,可以参考这些前人的留书。

杨振宁的理论过于超前,目前的应用还没有打开“潘多拉魔盒”。人类认识了原子,应用原子能也是百年后的事。况且热核聚变能还没有广泛应用。宇称不守恒说的是夸克类的基本粒子。如果人类能利用夸克发电,那个转化率更高。早在80年代就有人展望过利用夸克发电的未来。但目前人类还不能控制夸克独立存在,假设人类可以利用夸克合成反物质,正负物质百分之百转化为能量。

牛顿理论让卫星上了天,相对论让GPS精确定位,那杨振宁的理论有哪些实际的应用?

其实杨振宁在2016年发表的关于CEPC(大型环形电子对撞机)反对意见中就有说明,对于高能粒子物理的研究,也就是杨振宁主要研究方向对人类生活并没有直接利用价值,在可以预见的未来也不会有更大的用处!那么问题来了,为何还有研究高能粒子物理?让牛顿经典力学和爱因斯坦的相对论发挥到极致就可以了嘛……

一、经典力学对于时代的贡献

尽管已经将牛顿的经典力学从神坛上拉下,但不可否认的是我们生活中方方面面都无法脱离经典力学,飞机、火箭甚至我们日常出行的汽车火车等等,都离不开三大定律的范畴,还有万有引力定律也是人类赖以飞出地球的重要保障,另外还有数学的微积分,则是有史以来最伟大的数学工具之一,让函数、速度、加速度和曲线的斜率等第一次可以通过计算得出准确的数值!而且牛顿对于光学也有涉及,咱普通爱好者用得起的牛反说的就是牛顿反射式望远镜!

二、爱因斯坦的理论对于现代社会的精细化补充

我们日常的应用都是宏观力学时代所奠定的,只有与速度以及引力扯上关系的GPS定位与精深的天文观测等实际应用时才能真正体会到爱因斯坦这位大神的伟大,当然爱因斯坦并不仅仅是相对论,还有质能方程与光电理论,这两个大家都知道了,前者指导核裂变和核聚变,光电这是光电感应和太阳能电池的理论基础,也许这就是爱因斯坦最接地气的几个实际应用了!

三、杨振宁的理论对于世界又有如何的帮助?

假如要在实际应用找出来的话,也许根本就没有相关案例可以参考,杨振宁获得诺贝尔奖的宇称不守恒定律以及对高能粒子物理产生巨大影响的“杨-米尔斯理论”对弱电统一以及建立粒子物理的标准模型的贡献是难以估量的!

但是很抱歉,这些研究对于现代人类的生活一点帮助都没有,或者说我们的世界中还找不到他们实际发挥作用的位置,那么我们是否可以说杨振宁研究一点用都没有,就如杨振宁自己说的既然对社会没有积极影响,那就不用建设CEPC了吗?然而事实上,当广义相对论在瑞典诺贝尔评奖委员会上被那个阿尔瓦·古尔斯特兰德医生无情嘲讽时,所处的局面就像现代社会对于高能粒子物理的理解,当然我们已经不会那么狭隘,更不会去攻击高能粒子物理的研究,因为未来的突破方向可能就在统一场理论!

我们不知道完美未来的大统一后会有怎么样的技术出现,也许我们只能不靠谱的猜测下,比如出现反重力的飞行器,或者能够了解纬度与空间的秘密,制造出跨越光年的飞行器!可能这需要时间的积累,更需要无数科学家的努力,杨振宁开了个好头,我们希望未来人才辈出,后继有人!

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