麦克斯韦方程 出品 | 新浪科技《科学大家》撰文 | 陈学雷 中国科学院(2)

随着二战后大量新粒子的发现，为了描述这些粒子之间的相互作用，人们提出了五花八门的理论。当时是博士后的杨先生想要提出一种从某种基本原理出发的相互作用理论，于是1954年他和米尔斯合作，把麦克斯韦理论中的电荷守恒推广到核子的同位旋守恒，从而建立了非阿贝尔规范场理论。这个理论最初提出来时并未被物理学界所接受，因为这个理论预言的规范场粒子的质量为0，但除了光子外，人们并未发现任何质量为0的粒子。当时泡利也在研究这一问题，可能已意识到这一问题，因此杨先生在做报告时一再被泡利打断询问其粒子质量，不得已只好停止报告。只是后来随着研究的发展，人们发现了希格斯机制，无质量的规范场粒子可以通过自发对称破缺获得质量，这才解决了这一难题，并使用规范场理论建立了粒子物理的标准模型。而直到2012年，CERN的实验才找到了希格斯粒子，最终证实了这一理论的正确性。而也是到了70年代，人们才发现物理学中的规范场与数学中的纤维丛实际上是一回事。

最后，杨先生总结说，目前已知的四种相互作用中的三种可以用规范场描述，但万有引力理论也就是广义相对论还无法与量子理论结合，这可能不是一二十年内能够解决的。非常奇怪的是，宇宙的结构里有电磁学，而且这个结构非常漂亮，所呈现的现象、人类对它的了解，以及通过这些了解所做出的新的发展，简直是一个很难想象的奇迹。这里深奥的东西还非常多，这些深奥的东西还要等待更年轻的、很努力的科学家去研究。

我有幸第一个向杨先生提问。麦克斯韦方程我问的第一个问题是，50年代粒子物理新发现非常多，杨先生是怎么想到去研究规范场的。杨先生回答说，此前他在西南联大7年时已打下了很好的场论基础，多年来对此有深入的思考，他想从一种基本的原理出发找出相互作用。我问的第二个问题是，当他发现规范场粒子的质量为零后，是怎么想的，是否认为有什么办法可以最终有一天解决这一问题。杨先生说无论他到哪里做报告，大家都会问这一问题。他说当时他们那篇论文最后一段写得非常小心，说这一问题很复杂，需要深入研究。而泡利也研究过规范场，却因这一问题而未发表。

此后，还有很多人提出了很好的问题，我这里不一一列出了，感兴趣的朋友可以去看视频。不过我想这里提到两个问题。一个是，杨先生特别提到，一个很重要的物理问题就是暗物质。暗物质是要研究的，但是也是个很难的问题，因为已经有三四十年的研究历史，但还没有进展。作为暗物质暗能量问题的研究者，我感到杨先生对我们这一领域的评价是非常准确的--很难，未必能很快取得突破，但这是值得深入研究的。

另一个问题是问杨先生对某些地方高考中将物理学列为选考的看法。麦克斯韦方程杨先生认为，一些基本的物理学知识，比如能量守恒，比如为什么要用高压输电等等这些高中物理知识，是每个现代青年人应该具备的常识，是应该学习的。当然，麦克斯韦方程并非人人都必须了解。

报告结束，国家天文台严俊台长也赠给杨先生一个纪念品，这是一个牌子上面有镶嵌了一块陨石，这是一个18克重的石铁陨石，主要成分为橄榄石。牌子上也有一首诗，是由吴金水先生和我草拟的。

杨先生是杰出的物理学家，他的报告非常精彩。真诚地希望他老人家健康长寿！

《科学大家》专栏投稿邮箱：sciencetougao@sina.com 来稿请注明姓名、单位、职务