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外尔手一挥,呈现在杨振宁而外尔眼前的是u(1)对称群的变换。
此变换为数学抽象内容,仅有对数学内容功力深厚之人方能看到,外人看到的一团变换的乱麻一般。
“美不美!”外尔对杨振宁笑道。
杨振宁当然知道其中的奥秘了,在西南联大时,学士论文的题目选的就是《群论和多原子分子的振动》,他的老师吴大猷就借此引导他从群论开始关注物理学的对称性问题。所以,年纪轻轻的他,就对对称的问题有很大兴趣。
杨振宁对外尔说道:“你的意思是?这是符合电磁变化的吗?”说罢,他从中看到了麦克斯韦方程组中描绘的图像,如此的具体而清晰。
外尔对杨振宁说道:“u(1)群整体规范对称性对应电荷守恒,但是,一旦我把这个整体对称性推广到局域,我就可以直接得到整个电磁理论。”
杨振宁在想:“如果我在强力、弱力里通过把某种规范对称性从整体推广到局域,是不是也可以得到关于强力、弱力的理论呢?”
外尔笑道,看来你有更大的野心,我想看看你的想法。
杨振宁带上诺特定理心法,鼓足内力,发出一个劲力,眼前呈现了同位旋的变化图像su(2),是特殊幺正群,里面的数字2提醒我们这是两个物体(如质子和中子)相互变换来确定的。毕竟弱作用暂时没有特殊守恒规律。
外尔说:“没错,你没有敢放出弱作用力,你知道弱作用力没有守恒性。但你放出的同位旋也仅仅在强相互作用下守恒,这还不见得在其他作用下守恒呢。”
把一个东西从u(1)群推广到su(2)群难度太大,外尔止步了。
u(1)群的问题之所以比较简单,是因为跟u(1)群对应的电磁理论它本身就具有局域规范对称性。也就是说,当我们的麦克斯韦同学写下麦克斯韦方程组的时候,他就已经把u(1)群的局域规范对称性写到这方程里去了,虽然他自己没有意识到。熟悉电磁理论的人都知道其实我们有两套表述电磁场的体系,一套就是我们初中就开始学习的场强体系,还有一套势体系,也就是电磁势这些东西,从这个角度很容易就能看出它的规范不变性。
外尔对杨振宁说:“su(2)这里一切都是空白,没有电磁势这样的东西。简单说,物理学中可能都不见得有这样的东西,这是纯数学。”
杨振宁说:“那就试着推广一下,也许能套用。”
外尔摇摇头说:“我把u(1)群的整体规范对称性推广到了局域,因为u(1)群,1×1矩阵,是阿贝尔群,所以这个过程很简单;杨振宁试图把su(2)群的整体规范对称也推广到局域,但su(2)群,2×2矩阵,是非阿贝尔群,这个就麻烦了。你的第二个问题就是非阿贝尔。”
杨振宁脑子盘旋着,强作用力的同位旋不见得在其他作用可以用……弱作用力没有对称性……su(2)是个非阿贝尔的东西。
会不会这三个问题一起解决掉!
米尔斯对杨振宁一个助力,突然二人再一个猛劲,眼前呈现出su(2)群的图景,把局域规范对称的思想从阿贝尔群推广到了更一般的非阿贝尔群,阿贝尔群的电磁理论成了它的一个特例,从而使得这种精妙的规范对称可以在电磁理论之外的天地大展拳脚,也使得他一直坚持的“对称决定相互作用”有了落脚之地。
米尔斯对杨振宁说:“在这个框架里,我们怎么只看到光子这样的玻色子?难道其他的还没有发现?”米尔斯觉得自己找到了基本粒子的元素周期表。从强力和弱电理论里预言那么多还未被发现的粒子。
杨振宁细细一看:“不是同位旋决定强子作用的。”
米尔斯说:“海森堡提出同位旋只不过是中子和质子质量大致相等,但是有精细的差别。这恐怕也是其他物理学家望而却步的原因了。很多人都寄希望于这是电磁污染,但情况不是那个样子的。”
杨振宁说:“那我们就是没有很好的理解强子这个东西。”
1954年,两个人的神功没有练成。
1964年,盖尔曼和茨威格提出夸克的结构,最终描述强力的理论称之为量子色动力学(qcd)。
夸克有六种(上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克),每一种夸克也称为一味,质子和中子之间的微小质量差异是就是因为上夸克和下夸克的质量不同。另外,每一味夸克都有三种色(红、绿、蓝),比如上夸克就有红上夸克、绿上夸克和蓝上夸克,这不同色的同种夸克之间质量是完全相等的,这是一种完
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