美琴红着脸坐了下来,这回她可不敢再走神了。穹乃虽然大度,但在这种时刻却是比较严格的。
“我们知道,现在使用场的观点来描述核力。杨振宁的论文是在1954年发表的,虽然所有物理学家都知道其重要性,但当时却没有人太过在意。这并不奇怪,因为在当时,物理学界普遍对以场的方式描述核力持悲观态度。其实这也算不上意外,在当时,还有太多的问题没有解决。不过好在,经过几位著名的物理学家十几年的努力,最终解决了其中的绝大部分,使得我们能够通过同样的数学形式来描述不同的荷。到上世纪80年代时,所有人都很惊讶地发现了一个事实,那就是自然界四大基本作用力中,有三种都是用杨-米尔斯场来描述的。很显然,杨-米尔斯规范场理论以非常明显的形式证明了一种拥有致命吸引力的可能,那就是所有的四大基本作用力其本质恐怕都是相同的。可想而知,当发现了这一点的时候物理学家有多么的兴奋。”
“很有意思,现有的标准模型的全部理论,其基本的原理都是相同的,那就是规范不变性。规范不变性这个名词,听起来有些夸张,但其实最基本的想法很简单。事实上,规范不变性这个名词本身,是有些问题的。真的说起来,这个名字应该是叫“局域相位不变性”。大家看这里,让我们再熟悉一下最基本的双缝衍射实验。这是我们很熟悉的双缝衍射造成的干涉条纹,现在我们在两条缝后插入一块薄片,由于这块薄片会改变穿过它的电子波的相位,干涉图案就会发生改变。好,现在注意,如果从两条缝而来的波的相位变化量是一样的,干涉图案是不会发生改变的。这就是双缝实验的一个不变性。因为薄片唯一对电子造成的影响是导致电子波发生了一个相位偏移,所以这种性质叫做‘相位不变性’。”
“需要注意的是,这种不变性有一个特点,那就是插入的薄片必须覆盖所有的区域。如果我们只是在其中一条缝后插入薄片,那干涉图案就会发生改变。这很容易理解。但请注意,有一个方法,可以使得我们局部的改变相位,而维持不变性。由于磁场能够引起带电粒子运动轨迹的改变,从而使得局域相位不变成为了可能。也就是说,我们可以在一条缝后插入薄片,但同时再引入一个磁场,就可以使得不变性维持。这里面的理论,就带来了关键性的提示――如果我们不知道电子和光子怎么相互作用,并且要求满足局域相位不变性,那我们就必须引入磁场,并让它以特定的方式与电子发生相互作用。通过这种方式,我们就得到了被称为qed(量子电动力学)的理论。它是将麦克斯韦电磁场量子化后的产物,也是所有规范理论的先驱。用类似的方式,我们可以通过对局域相位不变性的要求来了解规范粒子。这也就是为什么规范场论是现有粒子模型的理论基础的原因。”
“规范场理论是目前人类已知最成功的理论,它用同一种方式处理了电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,这是这三种实质上是同一种力的不同表现的最大证明。然而,它有一个非常大的局限性,那就是它无法处理引力。”
“是的,一个如此成功的理论,却无法处理引力。虽然它成功解读了自然界四大原力中的三种,然而引力却无法以规范场理论去处理。决定引力的,是另一套完全不同的理论。这个理论我们耳熟能详,就是爱因斯坦不朽的广义相对论。”
“我们知道,引力在广义相对论
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