理论物理的研究并非毫无用处，就算是一行微不足道的公式，也有它的独到之处。

  看着面前的东西，王峰第一次这样想到。

  自己是从什么时候开始关注理论学说来着？

  王峰在内心之中问自己。

  或许是从研究某一个问题转向研究某一类问题开始的吧！

  自己是从电化学起家的，所以他对于电化学是最了解的。正是由于反反复复地解决某一个问题的无聊，让自己想到了为什么不去解决一类问题，从而让“普通人”也能够解决那些具体的问题呢？

  如果是这样的话，那就意味着自己可以有更多的时间来思考和解决那些自己感兴趣的问题了。

  后来自己发现了锂电池容量极限的问题之后，便又扭头去研究物理，希望可以从物理上来解决这个问题。

  然后自己就发现了那藏在弱相互作用和电磁力之间的能量密码！

  对了，后来还解决了由于核裂变所产生的放射性核废料的问题，这算是个意外收获。

  再后来，吕司长找到自己希望自己能够担任第四代核技术的开发主持者，这明显超出了他的能力范围。

  四代核技术和核聚变一样，是一个工程系的问题，而不是一个学术问题，这显然不是他能够解决的。

  而且他隐隐约约有猜测，他觉得解决能源问题的关键并不在于工程和材料商，而是在于理论的突破。

  不管是蒸汽机也好还是内燃机也好，都离不开牛顿经典力学体系的支撑。

  电力的大规模应用离不开电磁感应，1820 年 H.C.奥斯特发现电流磁效应后，许多物理学家便试图寻找它的逆效应，来看是否可以通过这种方式来产生电能。

  迈克尔·法拉第提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，1822 年D.F.J.阿喇戈和 A.von 洪堡在测量地磁强度时，偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。

  1824年，阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验，发现转动的铜盘会带动上

  方自由悬挂的磁针旋转，但磁针的旋转与铜盘不同步，稍滞后。电磁阻尼和电磁

  驱动是最早发现的电磁感应现象，但由于没有直接表现为感应电流，当时未能予

  以说明。

  1831 年 8 月，M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附**行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回

  路。

  实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电

  池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效

  应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为 5 类：变化的电

  流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这

  些现象正式定名为电磁感应。

  这便是电磁感应的发现，这为后世的电力大规模使用铺平了道路。

  接下来是核能，最核心，最理论的高度上说，核能的理论指导是爱因斯坦的质能方程 E=MC2。

  无论是聚变还是裂变，原子核在聚合、裂解的过程中会产生质量亏损，这些亏损的质量会转化成能量释放出来。

  原子核中子、质子数量变化的过程产生的质量亏损乘以光速的平方就是释放出来的能量。

  在自然界的元素中，质量大的原子核更容易裂解，质量小的原子核更容易聚合在一起。因此核裂变一般都是用原子核很重的元素比如铀、钚等；核裂变都使用很轻的元素如氢的的同位素氚、氘或者氦的同位素氦3等等。

  以期可以使用相对“宽松”的反应环境实现核聚变或者核裂变。这就是核能的来源：原子核中质子中子数量变化的时候会产生质量亏损，这些亏损的质量根据爱因斯坦质能方程会转化为一定的能量，核能指的就是这些能量。

  从这里我们是可以看得出来的，能源世界的几次革命都离不开理论领域的突破。

  当然，虽然我们现在利用这些能源的方式还相当的原始，主要还是以烧开水的方式进行的，但是别小看了烧开水这件事情。

  水这种介质在22.115MPa大气压下，374.15℃以上会进入超临界状态，其热容量溶解度等都会出现极大的变化。为了提高热转换效率，现在普遍都采用超临界水作为热传导介质。

  当然，还有超超临界水作为热传导介质的，但是数量比较少，而且成本高昂！

  核能的获取有两种方式裂变能和聚变能。裂变能的问题在于链式反应比较难以控制，要知道裂变一旦开始原子裂变后发射出来的中子会去撞击其他的裂变原子，这中反应不是线性的是几何级数的扩张，因此控制链式反应较为困难；

  而聚变的问题在于聚变条件非常的苛刻，要把两个氢原子核强相互作用打破，合并成两个质子的氦原子核。据测算太阳的点燃温度是800万开尔文，需要几十万个大气压，而人造核聚变装置因为无法达到那么大的压力值，只能被迫提高反应温度，将温度提高到一亿度。

  其实总的说来就是无论聚变还是裂变，人为的长时间控制反应条件才是技术难点。

  核能的最根本理论基础是：原子核内质子和中子个数的变化（聚变增加，裂变减少）会引起质量亏损。而亏损的质量乘以光速的平方就是核反应中释放出来的能量，这就是核能。能量被介质吸收后，就体现在介质的温度上。

  老实说这些条件很苛刻，苛刻到我们几乎无法完成。先说核裂变，虽然铀元素本身的质量不少，但是却不是所有的核素都可以用来发电。

  能够用来发电的核素只是0.7%，也就是说剩下的绝大部分都没有办法利用，或者准确来说是没有办法用来发电。

  它们并不是不能用来发电，只不过条件更加苛刻，而且人类也没有找到什么好用的工具来开发它们。

  至于核聚变...不提也罢。

  王峰隐隐感觉解决这些问题的关键并不在工程学和材料学上，或者说不仅仅在这上面。

  扭头看向资料上的《杨米尔斯方程通解和质量间隙》，他的直觉告诉他，解决问题的钥匙应该就在那里。

  先来看一下关于杨——米尔斯方程的介绍。杨一米尔斯方程(Yang-Mills equation)是一个重要的微分方程，指杨一米尔斯作用量所确定的欧拉一拉格朗日方程。

  杨氏理论是基于SU(N)组的一种规范理论，或者更普遍地说，是一个紧凑、半简单的李群。杨振宁，米尔斯理论旨在描述基本粒子的行为使用这些非阿贝尔李群和统一的核心的电磁和弱力(即U(1)×SU(2))以及量子色动力学理论的强力(基于SU(3))。从而形成了我们对粒子物理标准模型理解的基础。

  杨—米尔斯方程研究的大概历史是这样的：关于杨—米尔斯规范场，还必须从电磁场说起。大家都知道，磁铁能吸引铁屑。这是因为在磁铁和铁屑之间存有磁场。光也是电磁场，不过它是波动式的，而上面所说的则是静态式的。

  杨—米尔斯场便是电磁场的推广。它是非线性的，这点跟爱因斯坦的场方程一样，都是非线性偏微方程。杨振宁和米尔斯在 1954 年的贡献便是引申了规范场而用之于基本粒子的相互作用，由此产生出将强力和弱力统一的想法。

  但最早规范场的概念可追溯于麦克斯韦方程。可是从对称为出发点的看法是由德国数学和理论物理学家外尔【 H. Weyl 】提出来。爱氏在 1915 年的广义相对论把引力和时空几何联系在一起后，他和许多物理学家都想把电磁场几何化，因而进一步把引力场和电磁场统一在一起。

  外尔便是朝此方向研究。他引进了相位变换的概念，产生规范场的存在。从对称观点出发，立足于规范不变，规范场便很自然的出现。

  简单的说，如果在任何时空点，我们容许相位变换是遵循对称性的变换，那这些无数不同时空点的相位变换必须联系在一起，这工作必须有场来执行，这便是所谓的规范场。

  杨振宁在 1950 年前后对规范不变原理有深刻的理解，很明确地了解规范场在量子物理学科的重要性。外尔的规范场是电磁场，是基于可对易的 U (1)对称群的。

  在当时关于质子和中子的强力作用，海森堡已提出不可对易的 SU (2)群为适合的对称群。杨振宁了解到其重要性，花了约四年的时间推广出 SU (2)规范场。也就是1954的年时候给出了杨—米尔斯理论。

  杨—米尔斯方程场方程是非线性的，是线性的麦克斯韦方程的推广。麦克斯韦方程包含了所有的电磁学。从麦克斯韦方程（1860）到杨—米尔斯方程（1954），前后是94年时间。

  杨振宁在规范场论方面有深切的悟解，把局域规范不变性原理发挥得淋漓尽致，作了不朽的贡献。仅仅过了2年，杨振宁和李政道又提出宇称不守恒定律。并且经过吴健雄验证是正确的。因而获得诺贝尔奖。

  不过杨——米尔斯理论并没得诺贝尔奖，这点比较遗憾。因为杨——米尔斯理论与实验是高度吻合的。为什么没有获奖，这个就不太清楚了。

  不过爱氏也没有因为相对论而获奖，但相对论也于实验很吻合。这样对比考虑的话，也可以理解杨为何没有因此获奖。不过时代不一样了。爱氏在世的时候，广义相对论的很多实验是做不出来的。引力波就是其预言的，但最近2年才被证实。

  其实一开始杨——米尔斯理论并没有受到重视。即1954年初，杨振宁和罗伯特·米尔斯将量子电动力学的概念推广到非阿贝尔规范群，将原本可交换群的规范理论（应用的量子电动力学）拓展到不可交换群，以解释强相互作用。

  杨-米尔斯的观点受到了泡利的批评，其原因在于杨-米尔斯理论的量子必须质量为零以维持规范不变性。如果其作用粒子质量为零，则其作用是长程作用力。然而实验上没有观察到长程力的的作用。

  直到1960年，当时由戈德斯通【effrey Goldstone】、南部【Yoichiro Nambu】和乔瓦尼·乔纳-拉希尼欧【Giovanni jona - lasinio】等人开始运用对称性破缺的机制，从零质量粒子的理论中去得到带质量的粒子，杨-米尔斯理论的重要性才显现出来。

  这促使了杨米尔斯理论研究的火热，证明了这两种理论都成功地应用了电弱统一和量子色动力学(QCD)。统一的标准模型结合了强相互作用和电弱相互作用(统一弱者和电磁相互作用)通过对称群SU(2)×U(1)×SU(3)。

  杨-米尔斯理论被誉为20世纪下半叶最重要的理论物理成就，是现代规范场理论的基础。经过对称性自发破缺与渐进自由的观念，该理论逐渐发展成今天的标准模型。

  从实践的角度来说，杨米尔斯方程已经获得巨大成功，但是其相应的数学理论还没有建立起来，特别是在数学上需要确定的‘质量缺口假设’。

  该假设提供了电子为什么有质量的一种解释。质量缺口假设的完全解决将提供严格的理论证明，同时也让物理学家受益。此前物理学家只能观察到电子有质量，却无法解释电子的质量从何而来。

  如果我们可以解决这个问题，解释电子的质量从何而来的话，没准儿就能够解决标准模型之中那些不够完美的地方了。

  当然，也没准儿可以完成强相互作用和电磁力的统一，进而完成物理学的统一！

  同时为研究核能迈出更大的一步！

  比如说有可能轻松解决四代核技术之中遇到的那些问题，无关于工程学和材料学，极有可能是从根本上解决这个问题，比如说无须使用快中子来轰击铀238，使其变成可以自发进行裂变的钚239.

  而是能够直接让铀238发生裂变反应！

  甚至想得再美一点儿，没准儿解决可控核聚变的钥匙也在里面！