目录

  • 1 爱因斯坦与物理学的革命
    • 1.1 物理学的起源
    • 1.2 “物理”一词在中国
    • 1.3 物理学的诞生
    • 1.4 “1642年”在物理学上的意义
    • 1.5 热学的发展
    • 1.6 明朗天空的两朵乌云
    • 1.7 并非神童的爱因斯坦
    • 1.8 求职不顺的爱因斯坦
    • 1.9 爱因斯坦的丰收年
  • 2 相对论从乌云中降生
    • 2.1 相对论的建立(Ⅰ)
    • 2.2 相对论的建立(Ⅱ)
    • 2.3 相对论的建立(Ⅲ)
    • 2.4 狭义相对论(Ⅰ)
    • 2.5 狭义相对论(Ⅱ)
    • 2.6 双生子佯谬
    • 2.7 爱因斯坦的创新之处
    • 2.8 爱因斯坦的关键贡献
  • 3 激动人心的量子之谜
    • 3.1 元素周期律的发现
    • 3.2 放射性的发现
    • 3.3 探索原子模型
    • 3.4 人才培养的成功方式
    • 3.5 矩阵力学与波动力学
    • 3.6 奇妙的波粒二象性
    • 3.7 关于薛定谔
    • 3.8 关于爱因斯坦
    • 3.9 相对论性量子理论
  • 4 比一千个太阳还亮
    • 4.1 中子的发现
    • 4.2 裂变的发现
    • 4.3 链式反应的发现
    • 4.4 原子弹与氢弹的研制背景
    • 4.5 伟大的奥本海默与玩“龙尾巴”的斯洛廷
    • 4.6 爱开玩笑的费曼
    • 4.7 原子弹的研制
    • 4.8 氢弹的研制及聚变原理
    • 4.9 中国决心制造原子弹
    • 4.10 中国原子弹研制的趣事
    • 4.11 原子能的和平利用
    • 4.12 杨振宁对科学的贡献
  • 5 点燃科学的朝霞
    • 5.1 中心火——毕达哥拉斯的宇宙
    • 5.2 地心火
    • 5.3 哥白尼与“地心说”
    • 5.4 伽利略与土星的光环
    • 5.5 开普勒——行星运动三定律
    • 5.6 牛顿与万有引力
    • 5.7 牛顿的生平
    • 5.8 走下神坛的牛顿
  • 6 弯曲的时空——广义相对论
    • 6.1 狭义相对论的困难
    • 6.2 马赫原理
    • 6.3 等效原理
    • 6.4 爱因斯坦对新理论的构想
    • 6.5 黎曼几何
    • 6.6 广义相对论的建立
    • 6.7 广义相对论的三个实验验证
    • 6.8 相对论的进展
    • 6.9 探索引力波
    • 6.10 展望
    • 6.11 爱因斯坦的学术成就与影响
  • 7 从白矮星、中子星到黑洞
    • 7.1 历史上的黑洞
    • 7.2 恒星的演化
    • 7.3 西北望 射天狼
    • 7.4 白矮星与红巨星
    • 7.5 中子星与脉冲星
    • 7.6 超新星爆发
    • 7.7 球对称黑洞
    • 7.8 转动和带电的黑洞
  • 8 霍金与黑洞
    • 8.1 黑洞的“激发态”
    • 8.2 霍金的学业生涯
    • 8.3 初露锋芒的天才
    • 8.4 奇性定理与面积定理
    • 8.5 霍金辐射
    • 8.6 真空热效应与边界效应
    • 8.7 霍金的主要成就和中国之行
    • 8.8 黑洞与时空性质的研究
    • 8.9 信息疑难与霍金打赌
  • 9 星空与太阳系
    • 9.1 太阳与月球
    • 9.2 八颗行星及其卫星
    • 9.3 小行星
    • 9.4 彗星
    • 9.5 什么是流星雨?
    • 9.6 星空巡礼
    • 9.7 星系与星系团
  • 10 膨胀的宇宙,虫洞和时间机器
    • 10.1 什么是宇宙学原理?
    • 10.2 爱因斯坦有限无边的宇宙模型
    • 10.3 膨胀的宇宙
    • 10.4 暗物质与暗能量
    • 10.5 关于“大爆炸”的错误观念
    • 10.6 虫洞——时空隧道
    • 10.7 时空涨落与时空泡沫
    • 10.8 时间机器
  • 11 对时间的认识和探索
    • 11.1 古希腊与中国古代的时间观
    • 11.2 两种科学时空观的争论
    • 11.3 时间的性质
    • 11.4 对奇性定理的质疑与第三定律
    • 11.5 自由光线的加速度
    • 11.6 时间的度量
    • 11.7 热力学第零定律
  • 12 文明的起源--探索人类的童年
    • 12.1 宇宙何时创生
    • 12.2 宇宙的编年史
    • 12.3 崇拜与图腾、文明与野蛮
    • 12.4 海洋文明与大河文明(Ⅰ)
    • 12.5 海洋文明与大河文明(Ⅱ)
    • 12.6 埃及考古与希腊考古
    • 12.7 三版《尚书》之辩
    • 12.8 司马迁与《史记》
    • 12.9 班固兄妹与《汉书》
    • 12.10 陈寿与《三国志》
    • 12.11 司马光与《资治通鉴》
    • 12.12 商代考古
  • 13 东西方文明的演进和比较
    • 13.1 思想大解放的时代:百家争鸣
    • 13.2 列强争霸与韬光养晦
    • 13.3 灿烂的古希腊文明
    • 13.4 大统一的西方:马其顿与亚历山大科学院
    • 13.5 大统一的西方:布匿战争与罗马的崛起
    • 13.6 大统一的东方:领先世界的秦汉
    • 13.7 大统一的东方:帝国的兴衰
    • 13.8 冲击东西方的游牧民族
    • 13.9 处于世界巅峰的隋唐
    • 13.10 宋:繁荣和创造的黄金时代
    • 13.11 资本主义前夜的曙光
    • 13.12 革命与变革:危机与机遇并存
  • 14 阅读
    • 14.1 阅读
  • 15 直播
    • 15.1 第一次直播
    • 15.2 第二次直播
杨振宁对科学的贡献
  • 1 视频
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1922年10月1日出生于安徽合肥,世界著名物理学家,现任香港中文大学讲座教授、清华大学教授、美国纽约州立大学石溪分校荣休教授、中国科学院院士、美国国家科学院院士、台湾“中央研究院”院士、俄罗斯科学院院士、英国皇家学会会员,1957年获诺贝尔物理学奖;是中美关系松动后回中国探访的第一位华裔科学家,积极推动中美文化交流和中美人民的互相了解;在促进中美两国建交、中美人才交流和科技合作等方面,做出了重大贡献。

1942年,毕业于西南联合大学;1944年,获清华大学硕士学位;1945年,获穆藕初奖学金,赴美留学;1948年,获芝加哥大学哲学博士学位,任芝加哥大学讲师、普林斯顿高等研究院研究员;1955年,任美国普林斯顿高等学术研究所教授;1966年,任美国纽约州立大学石溪分校教授兼物理研究所所长;1986年,任香港中文大学博文讲座教授;1998年,任清华大学教授;2017年,恢复中华人民共和国国籍;2018年,任西湖大学校董会名誉主席。

杨振宁在粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域作出了里程碑性的贡献。20世纪50年代和R.L.米尔斯合作提出非阿贝尔规范场理论;1956年和李政道合作提出弱相互作用中宇称不守恒定律;在粒子物理和统计物理方面做了大量开拓性工作,提出杨-巴克斯特方程,开辟了量子可积系统和多体问题研究的新方向等 。此外,杨振宁推动了香港中文大学数学科学研究所、清华大学高等研究中心、南开大学理论物理研究室和中山大学高等学术研究中心的成立。



相变理论

统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析,从而抓住问题的本质和精髓。1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。 第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文,得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型,但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。1952年,杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表,发表后引起爱因斯坦的兴趣。 论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质,发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质,消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理,它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。


玻色子多体问题

起源于对液氦超流的兴趣,杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。首先,他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文,将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间,杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正,然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项,但当时无法得到实验验证。不过,这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。

杨—Baxter方程

20世纪60年代,寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967 年,杨振宁发现 1 维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程,后被称为杨—Baxter方程(因为1972年Baxter在另一个问题中也发现这个方程)。 1967年,杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章,进一步探讨了此问题的S 矩阵。 后来人们发现杨—Baxter 方程在数学和物理中都是极重要的方程,与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要,而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。


1维δ函数排斥势中的玻色子在有限温度的严格解

1969年,杨振宁和杨振平将1维δ函数排斥势中的玻色子问题推进到有限温度。这是历史上首次得到的有相互作用的量子统计模型在有限温度(T>0)的严格解,这个模型和结果后来在冷原子系统中得到实验实现和验证。

超导体磁通量子化的理论解释

1961年,通过和Fairbank实验组的密切交流,杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化,证明了电子配对即可导致观测到的现象,澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理,并纠正了London推理的错误。在这个工作中,杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。

非对角长程序

1962年,杨振宁提出“非对角长程序(off-di-agonal long-range order)”的概念,从而统一刻画超流和超导的本质,同时也深入探讨了磁通量子化的根源。这是当代凝聚态物理的一个关键概念。1989到1990年,杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态,并和张首晟发现了它的SO(4)对称性。

弱相互作用中宇称不守恒

对称性是物理学之美的一个重要体现,是20世纪理论物理的主旋律之一。从经典物理以及晶体结构,到量子力学与粒子物理,对称性分析是物理学中的有力工具。杨振宁对粒子物理的诸多贡献表现出他对对称性分析的擅长。 他往往能准确利用对称性,用优雅的方法很快得到结果,并且突出本质和巧妙之处。1999年,在石溪(Stony Brook)的一次学术会议上,杨振宁被称为“对称之王(Lord of Symmetry)”。

1950年,杨振宁关于p0衰变的论文以及他和Tiomno 关于β衰变中相位因子的论文奠定了他在此领域中的领先地位。1956年,θ-τ之谜是粒子物理学中最重要的难题,当时普遍讨论宇称是否可以不守恒。杨振宁和李政道从θ-τ之谜这个具体的物理问题走到一个更普遍的问题,提出“宇称在强相互作用与电磁相互作用中守恒,但在弱相互作用中也许不守恒”的可能,将弱相互作用主宰的衰变过程独立出来,然后经具体计算,发现以前并没有实验证明在弱相互作用中宇称是否守恒。他们更指出了好几类弱相互作用关键性实验,以测试弱相互作用中宇称是否守恒。吴健雄于1956年夏决定做他们指出的几类实验中的一项关于60Co β衰变的实验。次年1月,她领导的实验组通过该实验证明在弱相互作用中宇称确实不守恒,引起全物理学界的大震荡。因为这项工作,杨振宁和李政道获得1957年的诺贝尔物理学奖。