跟着MIT公开课学习AP物理三十八（杨振宁规范场被点了媒婆痣？）
来源： 韩锋的日志
跟着MIT公开课学习AP物理三十八（杨振宁的规范场被点了媒婆痣？）
清华研究生云舟AP支教队 韩锋
这一讲Lewin重点讲比奥-萨法尔定律，也就是求电流怎样产生磁场。如果从应试的角度，学PHYSICS
B的同学可以果断不管，但是学Physics C的，这可既是难点也是重点。
怎样得到比奥-萨法尔定律？我们知道，最早发现电流会让指南针发生偏转的，是丹麦物理学家Oersted（中文怎么翻译请大家帮忙）。通过实验我们很容易观测到，电流产生的磁场，一定和电流强度成正比（你可以通过增加电流强度，观察磁针偏转的速度），磁场还应该和电流导线的长度成正比，这也可以想象，给的越多，得的越多嘛！剩下的也是最关键的，和离电流的距离是什么关系？如果是数学家，也许就会问？求这个函数的微分方程是什么？物理学家会说：没有！只能发挥浪漫的想象：牛顿最早发现引力场的强度是和距离的平方成反比，库伦沿袭了牛顿的想法，发现静电荷的力也一样，如果到了比奥-萨法尔这里，他们也自然而然会猜测：电流元（Idl）产生的磁场，也和距离的平方成反比，实验一测量，他们猜对了！作为物理学家，他们该得诺贝尔奖（可惜他们发现的早了点，那会儿诺贝尔估计还在制造炸药呢，没空给他们张罗发奖的事），可他们要是数学系的学生，绝对被开除了。
接下来，咱们再狂想一下：是不是所有的相互作用，都是和距离的平方成反比呢？（其实这也意味做这样的相互作用场，可以传播到无穷远）。很不幸，不是，核物理学家上世纪就发现：弱相互作用和强相互作用，他们的力程是有限而且很小的，这意味着量子场论中，传递这样相互作用的粒子，必须有质量（而传递电磁相互作用的光子则无质量）。
据说杨振宁和米尔斯发现规范场理论后一开始很兴奋，他们觉得有希望用规范场描述所有的相互作用。正好那段时间大物理学家泡利来访，杨振宁他们就组织了一个讲座，兴致勃勃的讲他最新发明的“规范场理论”。可泡利眼里不揉沙子，听了没多久就打断杨振宁：“请问你的规范场有质量吗？”杨振宁一下被戳到软肋：“没有！”泡利不依不饶：那ta怎么描述所有相互作用呢？杨振宁讲不下去了，几乎被晾在了讲台上。还是美国的原子弹之父奥本海默出来打圆场：“还是让弗兰克讲完吧！”
后来规范场的质量的问题，很意外的被一个叫希格斯（Higgs）的英国物理学家，以一种自发破缺机制引入了一种场（粒子），让规范场带有了质量，而且在标准模型的弱电统一场论中，和实验符合的相当好，好几位物理学家因此获得了诺贝尔奖。
但是杨振宁好像很不开心，有好几次记者问他，他都明确表态：不喜欢希格斯机制。也难怪，我能理解杨振宁的心情，好不容易画出了一幅绝世美女图，却因为某买家的要求，非要在脸上点一“美人痣”，点就点吧，还一片叫好声，倒把美女的俏模样给忘了。希格斯这颗“美人痣”，在杨振宁眼里肯定就是一颗“媒婆痣”!
刚开始学规范场理论的时候，我也觉得希格斯机制特别扭，完全是硬加的感觉，霸王硬上弓啊！可后来学了一些超导理论之后，还是对希格斯机制的物理含义，有了一些感悟。最简单的解释一下，大家都知道磁场是没有力程限制的，原则上可以传播的无穷远，包括一个导体的内部，可当这个导体一下子相变，变成超导了，ta内部就排斥磁场，只能让磁场渗入ta表面的一个很小的距离，这就
跟着MIT公开课学习AP物理三十八（杨振宁规范场被点了媒婆痣？）作者： 韩锋
清华研究生云舟AP支教队 韩锋
这一讲Lewin重点讲比奥-萨法尔定律，也就是求电流怎样产生磁场。如果从应试的角度，学PHYSICS
B的同学可以果断不管，但是学Physics C的，这可既是难点也是重点。
怎样得到比奥-萨法尔定律？我们知道，最早发现电流会让指南针发生偏转的，是丹麦物理学家Oersted（中文怎么翻译请大家帮忙）。通过实验我们很容易观测到，电流产生的磁场，一定和电流强度成正比（你可以通过增加电流强度，观察磁针偏转的速度），磁场还应该和电流导线的长度成正比，这也可以想象，给的越多，得的越多嘛！剩下的也是最关键的，和离电流的距离是什么关系？如果是数学家，也许就会问？求这个函数的微分方程是什么？物理学家会说：没有！只能发挥浪漫的想象：牛顿最早发现引力场的强度是和距离的平方成反比，库伦沿袭了牛顿的想法，发现静电荷的力也一样，如果到了比奥-萨法尔这里，他们也自然而然会猜测：电流元（Idl）产生的磁场，也和距离的平方成反比，实验一测量，他们猜对了！作为物理学家，他们该得诺贝尔奖（可惜他们发现的早了点，那会儿诺贝尔估计还在制造炸药呢，没空给他们张罗发奖的事），可他们要是数学系的学生，绝对被开除了。
接下来，咱们再狂想一下：是不是所有的相互作用，都是和距离的平方成反比呢？（其实这也意味做这样的相互作用场，可以传播到无穷远）。很不幸，不是，核物理学家上世纪就发现：弱相互作用和强相互作用，他们的力程是有限而且很小的，这意味着量子场论中，传递这样相互作用的粒子，必须有质量（而传递电磁相互作用的光子则无质量）。
据说杨振宁和米尔斯发现规范场理论后一开始很兴奋，他们觉得有希望用规范场描述所有的相互作用。正好那段时间大物理学家泡利来访，杨振宁他们就组织了一个讲座，兴致勃勃的讲他最新发明的“规范场理论”。可泡利眼里不揉沙子，听了没多久就打断杨振宁：“请问你的规范场有质量吗？”杨振宁一下被戳到软肋：“没有！”泡利不依不饶：那ta怎么描述所有相互作用呢？杨振宁讲不下去了，几乎被晾在了讲台上。还是美国的原子弹之父奥本海默出来打圆场：“还是让弗兰克讲完吧！”
后来规范场的质量的问题，很意外的被一个叫希格斯（Higgs）的英国物理学家，以一种自发破缺机制引入了一种场（粒子），让规范场带有了质量，而且在标准模型的弱电统一场论中，和实验符合的相当好，好几位物理学家因此获得了诺贝尔奖。
但是杨振宁好像很不开心，有好几次记者问他，他都明确表态：不喜欢希格斯机制。也难怪，我能理解杨振宁的心情，好不容易画出了一幅绝世美女图，却因为某买家的要求，非要在脸上点一“美人痣”，点就点吧，还一片叫好声，倒把美女的俏模样给忘了。希格斯这颗“美人痣”，在杨振宁眼里肯定就是一颗“媒婆痣”!
刚开始学规范场理论的时候，我也觉得希格斯机制特别扭，完全是硬加的感觉，霸王硬上弓啊！可后来学了一些超导理论之后，还是对希格斯机制的物理含义，有了一些感悟。最简单的解释一下，大家都知道磁场是没有力程限制的，原则上可以传播的无穷远，包括一个导体的内部，可当这个导体一下子相变，变成超导了，ta内部就排斥磁场，只能让磁场渗入ta表面的一个很小的距离，这就
跟着MIT公开课学习AP物理三十八（杨振宁规范场被点了媒婆痣？）作者： 韩锋
跟着MIT公开课学习AP物理三十八（杨振宁的规范场被点了媒婆痣？）
清华研究生云舟AP支教队 韩锋
这一讲Lewin重点讲比奥-萨法尔定律，也就是求电流怎样产生磁场。如果从应试的角度，学PHYSICS
B的同学可以果断不管，但是学Physics C的，这可既是难点也是重点。
怎样得到比奥-萨法尔定律？我们知道，最早发现电流会让指南针发生偏转的，是丹麦物理学家Oersted（中文怎么翻译请大家帮忙）。通过实验我们很容易观测到，电流产生的磁场，一定和电流强度成正比（你可以通过增加电流强度，观察磁针偏转的速度），磁场还应该和电流导线的长度成正比，这也可以想象，给的越多，得的越多嘛！剩下的也是最关键的，和离电流的距离是什么关系？如果是数学家，也许就会问？求这个函数的微分方程是什么？物理学家会说：没有！只能发挥浪漫的想象：牛顿最早发现引力场的强度是和距离的平方成反比，库伦沿袭了牛顿的想法，发现静电荷的力也一样，如果到了比奥-萨法尔这里，他们也自然而然会猜测：电流元（Idl）产生的磁场，也和距离的平方成反比，实验一测量，他们猜对了！作为物理学家，他们该得诺贝尔奖（可惜他们发现的早了点，那会儿诺贝尔估计还在制造炸药呢，没空给他们张罗发奖的事），可他们要是数学系的学生，绝对被开除了。
接下来，咱们再狂想一下：是不是所有的相互作用，都是和距离的平方成反比呢？（其实这也意味做这样的相互作用场，可以传播到无穷远）。很不幸，不是，核物理学家上世纪就发现：弱相互作用和强相互作用，他们的力程是有限而且很小的，这意味着量子场论中，传递这样相互作用的粒子，必须有质量（而传递电磁相互作用的光子则无质量）。
据说杨振宁和米尔斯发现规范场理论后一开始很兴奋，他们觉得有希望用规范场描述所有的相互作用。正好那段时间大物理学家泡利来访，杨振宁他们就组织了一个讲座，兴致勃勃的讲他最新发明的“规范场理论”。可泡利眼里不揉沙子，听了没多久就打断杨振宁：“请问你的规范场有质量吗？”杨振宁一下被戳到软肋：“没有！”泡利不依不饶：那ta怎么描述所有相互作用呢？杨振宁讲不下去了，几乎被晾在了讲台上。还是美国的原子弹之父奥本海默出来打圆场：“还是让弗兰克讲完吧！”
后来规范场的质量的问题，很意外的被一个叫希格斯（Higgs）的英国物理学家，以一种自发破缺机制引入了一种场（粒子），让规范场带有了质量，而且在标准模型的弱电统一场论中，和实验符合的相当好，好几位物理学家因此获得了诺贝尔奖。
但是杨振宁好像很不开心，有好几次记者问他，他都明确表态：不喜欢希格斯机制。也难怪，我能理解杨振宁的心情，好不容易画出了一幅绝世美女图，却因为某买家的要求，非要在脸上点一“美人痣”，点就点吧，还一片叫好声，倒把美女的俏模样给忘了。希格斯这颗“美人痣”，在杨振宁眼里肯定就是一颗“媒婆痣”!
刚开始学规范场理论的时候，我也觉得希格斯机制特别扭，完全是硬加的感觉，霸王硬上弓啊！可后来学了一些超导理论之后，还是对希格斯机制的物理含义，有了一些感悟。最简单的解释一下，大家都知道磁场是没有力程限制的，原则上可以传播的无穷远，包括一个导体的内部，可当这个导体一下子相变，变成超导了，ta内部就排斥磁场，只能让磁场渗入ta表面的一个很小的距离，这就是所谓的相变的“自发破缺”机制（指动力学方程的对称性不变，照样可以产生规范场，但是真空态的对称性破缺了），这时候，等效于磁场突然有了质量（相当于光子有了质量），ta不能传播无穷远了，由于其质量相当于有一个指数的衰减因子，所以磁场的相互作用只能传播到超导表面很小的距离（相当于短距相互作用）。因此，弱相互作用，相当于真空发生了某种“超导相变”，这就是希格斯机制的物理图像，这一点我前些天在中科大的徐山衫同学的日志启发下，从amazon订了一本Laughlin的凝聚态物理的书，也许有更深入的论述。
最后告诉大家一个惊人的消息：前几天，欧洲核子物理研究中心和美国费米实验室同时宣布：发现了存在希格斯粒子的迹象！（这可以说是标准模型预言的最后一个基本粒子了），据说一个月以后会给出确切的消息。不管怎么说，这消息对于物理学界的都是意义重大的，ta对于人们理解“质量”的真正来源和量子的“非定域整体性”，都是关键的一步！
大家还是先跟着Lewin教授学习吧：
http://v.163.com/movie/2002/5/H/M/M72UIB0K0_M72UMJAHM.html
清华研究生云舟AP支教队 韩锋
这一讲Lewin重点讲比奥-萨法尔定律，也就是求电流怎样产生磁场。如果从应试的角度，学PHYSICS
B的同学可以果断不管，但是学Physics C的，这可既是难点也是重点。
怎样得到比奥-萨法尔定律？我们知道，最早发现电流会让指南针发生偏转的，是丹麦物理学家Oersted（中文怎么翻译请大家帮忙）。通过实验我们很容易观测到，电流产生的磁场，一定和电流强度成正比（你可以通过增加电流强度，观察磁针偏转的速度），磁场还应该和电流导线的长度成正比，这也可以想象，给的越多，得的越多嘛！剩下的也是最关键的，和离电流的距离是什么关系？如果是数学家，也许就会问？求这个函数的微分方程是什么？物理学家会说：没有！只能发挥浪漫的想象：牛顿最早发现引力场的强度是和距离的平方成反比，库伦沿袭了牛顿的想法，发现静电荷的力也一样，如果到了比奥-萨法尔这里，他们也自然而然会猜测：电流元（Idl）产生的磁场，也和距离的平方成反比，实验一测量，他们猜对了！作为物理学家，他们该得诺贝尔奖（可惜他们发现的早了点，那会儿诺贝尔估计还在制造炸药呢，没空给他们张罗发奖的事），可他们要是数学系的学生，绝对被开除了。
接下来，咱们再狂想一下：是不是所有的相互作用，都是和距离的平方成反比呢？（其实这也意味做这样的相互作用场，可以传播到无穷远）。很不幸，不是，核物理学家上世纪就发现：弱相互作用和强相互作用，他们的力程是有限而且很小的，这意味着量子场论中，传递这样相互作用的粒子，必须有质量（而传递电磁相互作用的光子则无质量）。
据说杨振宁和米尔斯发现规范场理论后一开始很兴奋，他们觉得有希望用规范场描述所有的相互作用。正好那段时间大物理学家泡利来访，杨振宁他们就组织了一个讲座，兴致勃勃的讲他最新发明的“规范场理论”。可泡利眼里不揉沙子，听了没多久就打断杨振宁：“请问你的规范场有质量吗？”杨振宁一下被戳到软肋：“没有！”泡利不依不饶：那ta怎么描述所有相互作用呢？杨振宁讲不下去了，几乎被晾在了讲台上。还是美国的原子弹之父奥本海默出来打圆场：“还是让弗兰克讲完吧！”
后来规范场的质量的问题，很意外的被一个叫希格斯（Higgs）的英国物理学家，以一种自发破缺机制引入了一种场（粒子），让规范场带有了质量，而且在标准模型的弱电统一场论中，和实验符合的相当好，好几位物理学家因此获得了诺贝尔奖。
但是杨振宁好像很不开心，有好几次记者问他，他都明确表态：不喜欢希格斯机制。也难怪，我能理解杨振宁的心情，好不容易画出了一幅绝世美女图，却因为某买家的要求，非要在脸上点一“美人痣”，点就点吧，还一片叫好声，倒把美女的俏模样给忘了。希格斯这颗“美人痣”，在杨振宁眼里肯定就是一颗“媒婆痣”!
刚开始学规范场理论的时候，我也觉得希格斯机制特别扭，完全是硬加的感觉，霸王硬上弓啊！可后来学了一些超导理论之后，还是对希格斯机制的物理含义，有了一些感悟。最简单的解释一下，大家都知道磁场是没有力程限制的，原则上可以传播的无穷远，包括一个导体的内部，可当这个导体一下子相变，变成超导了，ta内部就排斥磁场，只能让磁场渗入ta表面的一个很小的距离，这就是所谓的相变的“自发破缺”机制（指动力学方程的对称性不变，照样可以产生规范场，但是真空态的对称性破缺了），这时候，等效于磁场突然有了质量（相当于光子有了质量），ta不能传播无穷远了，由于其质量相当于有一个指数的衰减因子，所以磁场的相互作用只能传播到超导表面很小的距离（相当于短距相互作用）。因此，弱相互作用，相当于真空发生了某种“超导相变”，这就是希格斯机制的物理图像，这一点我前些天在中科大的徐山衫同学的日志启发下，从amazon订了一本Laughlin的凝聚态物理的书，也许有更深入的论述。
最后告诉大家一个惊人的消息：前几天，欧洲核子物理研究中心和美国费米实验室同时宣布：发现了存在希格斯粒子的迹象！（这可以说是标准模型预言的最后一个基本粒子了），据说一个月以后会给出确切的消息。不管怎么说，这消息对于物理学界的都是意义重大的，ta对于人们理解“质量”的真正来源和量子的“非定域整体性”，都是关键的一步！
大家还是先跟着Lewin教授学习吧：
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