發現物理定律的2種方式，終極難度只3人做到，其中1人叫楊振寧

廣義相對論證明了宇宙的幾何起源相同，楊米爾斯理論證明了宇宙的物質起源相同。

物理是人類對自然界的數學描述，它的目的是尋找物質的統一運動規律。

統一的意思，就是在各種情況下運動規律的不變性~數學方程不變。

就比如說是拋物線，高拋的拋物線，可以用一段橢圓弧代替，一個低伸的拋物線，可以用一段圓弧來近似代替，但是這樣的代替都不能稱為物理。

物理上的拋物線是Y=a×X^2，不管拋物線是什麼形態，物理公式是不變的。

》規律肉眼不可見。

如果規律肉眼可見，就不需要科學家了。

我們肉眼能夠看到的，是空間的三個維度x、y、z，X×Y是面積，X×Y×Z是體積，但是這都不是規律。

自然規律的存在，一定會以比一次方更復雜的形式出現。

萬有引力是距離倒數的平方關係，倒數關係和平方關係是肉眼不可見的。

正因為自然規律肉眼不可見，所以發現規律相當有難度。

人類科學家發現物質的運動規律有兩種方式，難度不一樣。

》第1種發現物理規律的方式：測量與歸納。

人類對天體運動的觀測很早就開始了，最初認為行星環繞恆星的軌道是一個圓周。等到開普勒對行星繞日進行精確測量以後才發現：行星繞日軌道實際上是一個橢圓，恆星位於橢圓的焦點。在此基礎上，總結出了開普勒三大定律。

因為橢圓方程裡包含平方關係，這就給了牛頓啟發，認為萬有引力定律一定含有平方關係。

如果再把距離越遠引力越弱這個關係結合起來，就很容易推匯出萬有引力和距離倒數的平方成正比。

萬有引力定律是非常精確的，即便這是300多年前發現的規律，放到現在也不過時。

只有對行星運動軌跡進行長時間的累計觀察，才能夠發現萬有引力定理的微小誤差。

最開始這個誤差體現在水星近日點進動上。

近日點進動，是指行星每繞日一週以後，其橢圓的長軸會偏離一個極其微小的角度。

根據牛頓萬有引力定律計算出來

的水星近日點進動，每100年才會產生41角秒誤差。41角秒是一個非常小的數字，相當於一角度的1%多一點。

只有用廣義相對論計算出來的值與實測值100%吻合的。

但是

廣義相對論是一個偏微分方程，是不可能直接透過觀察天體的運動得到的。

愛因斯坦根據等效原理（慣性質量和引力質量嚴格相等），在引力場的區域性用加速運動的慣性系做了一個替換，然後推匯出廣義相對論。

所以，從本質上講，

廣義相對論雖然描述的是引力效應，但其實是慣性運動理論~狹義相對論的推廣。

所以廣義相對論叫廣義相對論，而不叫廣義引力理論。

》得到物理規律的第2種方法：對原有定律進行推廣。

這是發現物理學規律的方法中，最難的一種。

最初的觀察往往是隻看到了事件的區域性。得到了一些特例現象的解釋，要把它還原到事件的完整過程，就如同警察破案一樣。

十八世紀末、十九世紀初，科學家庫倫首先總結出了電荷之間相互吸引的公式庫倫定律，接著又推廣到磁鐵與磁鐵之間的相互作用。

科學家法拉第總結出了電、磁相互感應的規律。

麥克斯韋把電學和磁學現象聯絡在一起，總結出更深層次的規律，成為一個完整的理論體系，創立了麥克斯韋方程。

電和磁是兩種不同的物理現象，

麥克斯韋方程第1次把兩種不同的物理現象用統一的數學形式來描述。

和廣義相對論一樣，麥克斯韋方程也不可能直接從觀察電磁運動的基礎上得到，所以它也是庫倫定律、法拉第電感定律的推廣。

1954年楊振寧在麥克斯韋方程的基礎上做了一個推廣，得到了楊米爾斯方程。

所以，我們可以說

麥克斯韋方程只是楊米爾斯方程的特例，

就像庫侖定律和法拉第電感定律是麥克斯韋方程的特例一樣。

這足以說明楊米爾斯方程的偉大。

》物理學發展的兩條線。

人類的物理學是沿著兩條線發展的，一條線索描述物質在空間運動的規律。

另外一條線索描述物質在不同物理形式之間變化的規律，如電和磁相互感應，原子核之間的融合與分裂，中子衰變以後變成質子和電子。

牛頓定律、狹義相對論、廣義相對論走的是第1條線。

法拉第電感定律、麥克斯韋方程、楊米爾斯理論走的是第2條線。

楊米爾斯方程和廣義相對論方程，都以偏微分方程的形式存在，無法直接從對自然界中的現象觀察中總結出來，也不可能從實驗室裡直接獲得結果。

只有形成理論以後，對物質世界進行預言，然後再驗證這個預言，才能證明它的正確。

發現這一類理論，是物理學裡的最高難度，代表人類思維的極限。

》楊米爾斯方程的哲學意義。

麥克斯韋方程只是描述電磁波、電磁場，楊米爾斯理論可以描述所有的場、基本粒子之間的互作用。

楊米爾斯理論的意義，和廣義相對論一樣偉大。

牛頓運動定律描述的是物質的運動規律在伽利略變換下運動規律的不變性；狹義相對論描述的是物質的運動規律在洛倫茲變換下運動規律的不變性。

以上兩個運動規律，只涉及到歐幾里德空間和平直座標。

廣義相對論描述的是物質的運動規律，在任意座標下運動規律的不變性。

以上規律不涉及到物質物理形態的轉換。

麥克斯韋方程描述的是電場、磁場相互轉化時運動規律的不變性。

楊米爾斯理論則描述了物質在波、場、粒子之間轉化時，運動規律的不變性。為弱互作用力強、互作用力和電磁力提供了統一的數學框架。

廣義相對論證明了宇宙的幾何起源相同，楊米爾斯理論證明了宇宙的物質起源相同。

楊米爾斯理論是人類目前能夠找到的描述物質運動規律最大的理論框架，是最接近於終極真理的物理學定律。

到目前為止，在原來的基礎定律上推廣為適用範圍更廣的定理，只有

麥克斯韋、愛因斯坦和楊振寧

完成過。

物理學的終極目標是把所有的物理學定理整合在一起，推廣為更一般的形式，形成大統一方程。

完成這個任務的，將是另一位超級科學家。