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杨振宁的磁单极与第三类存在 精选

已有 7609 次阅读 2019-5-31 09:11 |个人分类:拾穗记|系统分类:科研笔记| 杨学, 杨振宁, 哲学

一,“等效的表面比真实的表面,更加真实”

少侠侯吉旋教授在湖南大学读本科的时候,跟我一起做约束系统的量子力学,那是2001-2004年间的事情。2016年,在一次会议上碰到,他问我后来的进展,更多是想知道当年做了那么多计算,到底为了什么。

量子力学研究曲面上的粒子运动,有两种方式。第一种包含了许许多多想当然的成分,就是把曲面当成一个几何面,没有厚度,直接在这个曲面上建立量子力学方程。第二种看上去合理很多,把曲面看成一个西瓜皮,然后在皮层内建立起量子力学,由于西瓜皮太薄,仅仅关注表面的现象就可以了,这个时候的表面上的量子力学其实就是一个等效的理论。实验证明,等效的理论正确,而直接建立在曲面上的理论不正确。于是吉旋有个总结:等效的表面比真实的表面,更加真实。这句话朗朗上口,还有点哲学味道。

二,杨振宁和三种磁单极

磁单极是单独存在的磁极,例如南极和北极,就像单独存在的正负电荷一样,磁单极也称之磁荷。量子力学中,开研究磁荷风气之先的有两位,一位是狄拉克,另外一位是杨振宁。在《大学物理》杂志上,杨先生一共只发表或授权发表过两篇文章,独立署名的只有一篇,即1985 年的“磁单极理论的进展”(《大学物理》1(1985)1) 。在这个领域中,有一篇奠基性的文献杨振宁是和吴大竣合作完成的,即1975年的“不可积相因子的概念和规范场的整体描述”(Phys. Rev. D. 12(1975)3845),其中给出了规范场的一个磁单极解,称之为吴—杨磁单极。

在今天的宇宙中,磁单极本身并不存在!也就是作为象质子、中子、电子那样的实物粒子一样存在的磁单极是不存在的。也就是作为第一种存在,没有磁单极。

PhysRevLett.jpg

还有一种粒子存在,例如准粒子,例如声子等,几乎象实物粒子一样,有碰撞、有纠缠,可以和其它粒子发生相互作用,这是演生的粒子,是第二种存在。磁单极是否在第二种存在的列表上? 不知道。

第三种存在是状态上等效于粒子存在,也就是如果看量子力学的状态,它是存在的。如果不引入这个存在,也可以自圆其说,但是要繁琐一点。因此,根据因繁就简的原则,第三种粒子存在,可能是一种深刻的存在。

三,Abrikosov的磁单极态和杨振宁的磁单极

2003年有位物理学诺贝尔获得者叫Abrikosov,在2002年他研究石墨烯材料时,他发现石墨烯球面上的量子态就是磁单极态。他的思路如下。

把石墨烯卷成一个球面,问电子或者确切地说载流子如何运动?这件事不难,有标准手续把量子力学建立起来,然后就可以得到量子力学的状态,这个状态是所谓的磁单极态,具体说,就是磁单极球谐函数。

球面上的量子力学方程是所谓的狄拉克相对论性量子力学方程。由于石墨烯的特殊性,这个方程中的粒子既没有电荷、也没有质量。空间中有磁荷,也无法和这个粒子发生相互作用。也就是,如果看狄拉克方程,根本没有磁荷!那么,石墨烯面上的磁单极态是怎么回事?

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当然可能是巧合!

Abrikosov的文章里,根本就没有谈磁荷的问题。连磁单极球谐函数这个磁单极态,也只出现过两次。但是,Abrikosov是拿过诺贝尔奖的大人物,思考问题不会这么肤浅。Abrikosov提出如下问题:球面有转动不变性,狄拉克方程应该有这个不变性。那么转动这个球面试试,看这个磁单极态在什么样的转动(算符的作用)下是不变的。他发现这个转动,不是通常的传动!而是多出一部分来,而且很明显这一项和自旋有关。

TIM截图20190531090906.jpg

经过一个月左右的研究,终于看穿这个多余的部分,是一个地地道道的磁单极引起的。而且这个磁单极就坐在球心上,大小还是量子化的。

四,结语I,什么是存在,什么是真实,是一个问题!

这两年,凝聚态物理界和粒子物理学界,不断有点小摩擦。有一个摩擦是这样的:凝聚态物理中发现很多量子态,于是宣称发现了新粒子。粒子物理学家说,一个新粒子就是一个诺贝尔奖,诺贝尔奖一年只发一次,这么多新粒子,诺贝尔奖怎么发得过来呢?

也许,粒子物理学家的粒子是第一类粒子存在,而凝聚态物理家的新粒子其实是第三类粒子存在。

什么是存在,什么是真实,是一个问题!

结语II,有时候,臣服其实是一种科学态度

人世间的极少数,极端的优秀和极端的恶劣,其实是生物变异到极端的自然结果。他们偏离平均值的距离,相比于方差而言,是无限大。极端优秀仅限于学术造诣极端高妙,不能超越。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、狄拉克算是代表。不过这些人都离我们较远,离中国人最近的一个例子是杨振宁。很多职业物理学家,穷经皓首,也能达到常人所能达到或者企望一下的职业顶峰。但是这些人抬头一望,发现杨振宁还在遥远的云端。把牛麦爱狄杨称之为神,是一种方便而有力的做法。如果需要一点定量的话,把杨先生当成物理学上的神,99.9999%不会错。这个时候,臣服是一种最科学态度。当然,如果有人也把自己当成百万中挑一的人,也是一种选择自由。


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延展阅读

1,施郁,规范理论一百年:N个诺奖得主的世纪缠绵 http://zhishifenzi.com/depth/column/5579.html

2,杨振宁,磁单极理论的进展 磁单极理论的进展.pdf

3A. A. AbrikosovDirac operator on the Riemann sphere   2002 Abrikosov Dirac operator on the Riemann sphere.pdf



http://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1182210.html

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