楊振寧的規范場論究竟講的什么，簡單帶你了解一下

規范場論提出的布景

1916年，愛因斯坦創立廣義相對論之后，便一向收視反聽想要完當作物理學的大一統，因為在廣義相對論中引力場被描述為時空的彎曲，再加受騙時知道的根基彼此感化只有引力感化和電磁感化，所以他的方針是同一引力和電磁力這宇宙兩鼎力。

在獲得諾貝爾獎之后，愛因斯坦就曾說過“兩種場（指引力場和電磁場）互相自力的存在不克不及令追求同一的心靈對勁”“我們尋找數學上的同一場論，此中引力場與電磁長只是統一個場的分歧分量。”

他在 1929 年頒發了《關于同一場論》的新論文，這篇論文試圖在時空流形除了具有黎曼度規外還具有絕對平行性的前提下去獲得引力和電磁力的同一理論。那時愛因斯坦本身對這篇論文頗為高傲,他在 1929 年 1 月 5 日曾寫信給他的好友 M.貝索，認為引力與電磁感化的同一工作已經大功樂成。

然而環境并沒有如愛因斯坦預料一般，引力與電磁力的同一并沒有取得本色性的進展。后來，愛因斯坦轉標的目的從卡魯查-克萊因理論入手，可是都沒有當作功。

愛因斯坦破費30年的時候在同一引力和電磁力上，最終卻都以掉敗了結。若是這三十年時候，愛因斯坦將精神破費在其他研究之上，那么對于物理學界的鞭策將會是幾多龐大。

愛因斯坦之所以會掉敗，是因為但愛因斯坦那個時辰，強力、弱力的概念還沒有完美，弱彼此感化在 30 年月才有費米理論提出，把弱彼此感化看做是一種介入感化的四個粒子(如中子衰變中的中子、質子、電子和中微子)之間的點彼此感化，并且那時對于弱彼此感化的概念還十分恍惚。到了70年月，強彼此感化的概念才被正式提出。

所以因為時代的關系，愛因斯坦最終沒有完當作這個方針。

到了 50 年月，楊振寧卻沒有執著于引力和電磁力的同一，而是想從弱彼此感化和電磁力入手，他們把電磁感化是由心猿意馬域規范不變性所決議的不雅念，推廣到不成對易的心猿意馬域對稱群。揭示出規范不變性可能是電磁感化和其他感化的配合素質，從而斥地了用規范道理來同一各類彼此感化的新路子。由此提出了楊·米爾斯理論，組成了現代規范場理論的根本。

規范場論事實是什么？

什么叫場論呢？

場論的概念發源于麥克斯韋的電磁場理論，麥克斯韋電磁場理論的焦點概念是“場”，在某種空間區域，此中具有必然性質的物體能對與之不相接觸的近似物體施加一種力，這就是“場”。那么一個帶電物體對其他帶電物體施加一種力(吸引力或排斥力，取決于極性)。磁體四周有磁場。

因為受宏不雅場存在形式的影響（不涉及分子、原子、電子等內部布局或機制，麥克斯韋的時代物理研究還沒有深切微不雅范疇）麥克斯韋電磁場理論對場的熟悉仍是恍惚的，逗留在“以場論場”階段，電力線和磁力線所描述的只是電場和磁場的宏不雅性質，并沒有說明場的性質和發源。

后來物理學家將它放在微不雅范疇之中，當一個電荷移動時，另一個電荷并不會立即感應到。第一個電荷會感應到一個反感化力，并獲得動量，但第二個電荷則沒有感應，直到第一個電荷移動的影響以光速傳遞到第二個電荷那邊，并賜與其動量之后。那在第二個電荷移動前，動量就藏在場中。那么就這樣就詮釋了電磁場的存在。場的概念當作為整個現代物理的范式。

而楊振寧的規范場論簡單的說，若是在任何時空點，我們允許相位變換是遵循對稱性的變換，那這些無數分歧時空點的相位變換必需聯系在一路，這工作必需有場來執行，這即是所謂的規范場。它是基于對稱變換可以局部也可以全局地施行這一思惟的一類物理理論。

后來美國科學家格拉肖最早提出用規范場的方式，將電磁感化與弱感化同一到一個數學框架中，1968年溫伯格、薩拉姆在格拉肖電弱同一模子的根本上成立了電弱同一的完美理論，后來，格拉肖在電弱同一理論的根本上，將量子電動力學、量子色動力學、費米點感化理論連系同一當作描述弱、電、強三種彼此感化的大一統理論。人們還將規范場論延展，當作功為電磁感化、弱彼此感化和強彼此感化及構成所有物質的根基粒子供給了一個同一的數學形式化架構——尺度模子。這套理論切確地表述了天然界的三種根基力的嘗試展望，它是一個規范群為SU(3) × SU(2) × U(1)的規范場論。

以楊·米爾斯理論為根本的規范場論可以說是20宿世紀后半葉最偉大的物理成就之一，其當作功為量子電動力學、弱彼此感化和強彼此感化供給了一個同一的數學形式化架構——尺度模子，而尺度模子精確地預言了活著界各地嘗試室中不雅察到的事實，其應用已經深切在物理學的其他分支中，諸如統計物理、凝集態物理和非線性系統等等。

可是楊·米爾斯理論也并非沒出缺陷，因為規范理論中的傳布子都是沒有質量的，不然便不克不及連結規范不變。電磁規范場的感化傳布子是光子，光子沒有質量。可是，強彼此感化分歧于電磁力，引力和電磁力都屬于長程力,強弱彼此感化都是短程力，短程力的傳布粒子必然有質量，楊-米爾斯理論的量子必需質量為零以維持規范不變性。若是其感化粒子質量為零,則其感化是長程感化力。然而嘗試上沒有不雅察到長程力的的感化。

后來希格斯測驗考試修補，希格斯機制是一種生當作質量的機制，可以或許使根基粒子獲得質量。為什么費米子、W玻色子、Z玻色子具有質量，而光子、膠子的質量為零？希格斯機制可以詮釋這問題。希格斯機制應用自覺對稱性破缺來付與規范玻色子質量。

在所有可以付與規范玻色子質量，而同時又遵守規范理論的可能機制中，這是最簡單的機制。按照希格斯機制，希格斯場遍布于宇宙，有些根基粒子因為與希格斯場之間彼此感化而獲得質量。

希格斯機制

然而楊—米爾斯理論仍是沒有變得完美，仍是存在著缺陷，出格是，被大大都物理學家所確認、而且在他們的對于“夸克”的不成見性的詮釋中應用的“質量缺口”假設，從來沒有獲得一個數學上令人對勁的證實。該假設供給了電子為什么有質量的一種詮釋。質量缺口假設的完全解決將供給嚴酷的理論證實，也將說明物理學家尚未完全理解的天然界的根基方面。此前物理學家只能不雅察到電子有質量，卻無法詮釋電子的質量從何而來。在這一問題上的進展需要在物理上和數學上兩方面引進底子上的新不雅念。