楊振寧: 楊振寧為何沒二獲諾獎?我直接問了諾獎評委會主席

2025-11-29 | 來源: 中國科學報 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

文｜張明華（美國紐約(专题)州立大學傑出教授、中國科學院大氣物理研究所客座研究員）

人們在談論物理學家楊振寧先生的科學貢獻時，往往把目光聚焦於他在物理學上的卓越成就，而較少提及他對數學的重要影響。事實上，楊振寧的物理研究不僅改變了人類對自然規律的認識，也深刻推動了現代數學的發展。

筆者在楊振寧任職37年的美國紐約州立大學石溪分校（以下簡稱石溪大學）從事大氣動力學和數值模擬研究，與楊振寧有過工作往來。在此，筆者依據自己的所見所知，以及楊振寧在石溪大學留下的學術遺產，講述他在數學領域濃墨重彩的貢獻。

此外，筆者代理石溪大學教務長職務時，有幸接待瑞典皇家科學院院士、諾貝爾物理學獎評委會主席馬茨·拉爾松，與他就楊（振寧）-米爾斯理論為何未曾獲得諾貝爾獎這常被提及的問題作了深入交流。

楊振寧在石溪大學。

物理學6座豐碑對數學的影響

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17世紀以來物理學的發展，有6座劃時代的理論豐碑。

牛頓第二定律構成了經典力學的核心，使自然界的運動規律得以用數學形式描述——物體運動的改變（加速度）由其所受外力與質量共同決定。這一定律至今仍是解釋和預測無數物理現象的基石，從自由落體、行星軌道到橋梁載荷、全球大氣環流，無不受其支配。該定律將“加速度”與“力”表述為三維空間中的矢量並把它們聯系起來，在數學上直接促成了微積分這一重要基礎領域的誕生，並奠定了向量分析的基礎。

愛因斯坦的廣義相對論把時間與空間統一為時空。在這個四維時空中，質量、能量和動量決定時空的彎曲特征，而彎曲的時空又反過來決定物質的運動。物理定律在其中遵循廣義協變原理，其數學形式不隨參照系的改變而變化。廣義相對論成功地以時空幾何取代了牛頓的萬有引力概念。該理論構成了人們理解宇宙膨脹、黑洞等現象的理論基石。它在當代科技中也發揮著關鍵作用，沒有它對牛頓力學的修正，深空航天飛行無法精確控制，全球衛星定位系統每天將累積高達十公裡的誤差。此外，該理論對物理規律在四維彎曲空間中的描述，在數學上極大推動了黎曼幾何和張量分析的發展。

楊（振寧）-米爾斯理論奠定了現代粒子物理標准模型的基礎。它提出了一個統一的規范理論，用以描述電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用及其與基本粒子運動的關系。電磁相互作用是化學鍵形成的根本原因，使原子得以結合為分子，也是我們所熟知電磁效應的起因；弱相互作用主宰元素的放射性衰變與核反應，是太陽釋放能量的源泉；而強相互作用則使質子與中子結合成原子核，其強大的作用力壓制了質子間的電磁排斥。楊-米爾斯理論指出，電磁、弱和強相互作用都源於定域規范對稱性。其中對稱性決定了規范場的存在形式，而規范場的曲率則直接決定了相互作用的強度。

該理論成功描述了作為相互作用載體的玻色子，奠定了研究包括電子、中微子和誇克在內的基本粒子及其相互作用的基石，並催生了多項重大實驗發現。對這些粒子的深入研究，又極大地推動了超導磁體、真空技術和高能探測器等現代技術的發展。楊-米爾斯理論用微分幾何的語言刻畫對稱性，並通過抽象內稟空間的幾何化投影把物質的運動與相互作用聯系起來，在數學上深刻推動了微分流形、纖維叢與拓撲學的發展。

楊振寧因其在楊-米爾斯理論、宇稱不守恒定律以及物理學其他領域的重大貢獻，成為世界公認的20世紀最傑出的物理學家之一。據美國《紐約時報》引述，著名物理學家弗裡曼·戴森曾稱，20世紀物理學中在理論表達上最為卓越的前3位物理學家是愛因斯坦（相對論）、迪拉克（量子理論）與楊振寧（粒子物理）。