米爾斯說:“為什麽要研究對稱的整體和局部性,要從中找到什麽區別嗎?”、


    楊振寧舉了個例子:“整體對稱,顧名思義,如果一個物體所有的部分都按照一個步調變換,那麽這種變換就是整體的。打個比方,舞台上所有的演員都同步地向前、向後走,或者全都做同樣的動作,觀眾看著演員都整整齊齊的,覺得所有人都像是一個人的複製品一樣,這樣的變換就是整體的。如果經過這樣一種整體的變換之後,它還能保持某種不變性,我們就說它具有整體對稱性。”


    米爾斯說:“那局部性呢?”


    楊振寧說:“有了整體對稱的概念,局域對稱就好理解了,類比一下,如果一個物體不同的部分按照不同的步調變換,那麽這種變換就是局域的。還是以舞台為例,導演為了使表演更具有個性,他想讓演員表現出波浪的樣子,或者是千手觀音那樣,再或者是形成各種不斷變化的圖案,這種時候每個人的動作變換就不一樣了吧,也不會說所有人都像一個人的複製品一樣了,這時候這種變換就是局域的。因為它不再是所有的人按照一個規則變換,而是局部的每個人都有他局域特有的變換規則。同樣的,如果經過這樣一種局域的變換之後,它還能保持某種不變性,我們就說它具有局域對稱性。”


    米爾斯說:“那真正的區別是什麽呢?”


    楊振寧說:“整體變換要簡單一些,所有的地方都按照同樣的規則變換,而局域變換就複雜多了,不同的地方按照不同的規則變換。所以,很明顯,如果你要求一套理論具有某種局域對稱,這比要求它具有整體對稱複雜得多,局域變換對物理定律形式的要求就更加嚴格一些。但是,你一旦讓它滿足局域對稱了,它能給你的迴報也會多得多。”


    米爾斯說:“那為什麽拐了那麽多的彎要研究這個呢?”


    楊振寧說:“還是電磁理論的例子:整體規範對稱性下我們隻能得到電荷守恆,但是一旦要求它具有局域規範對稱性,整個電磁理論,甚至麥克斯韋方程組都直接得到了。電荷守恆和麥克斯韋方程組,這就是整體對稱和局域對稱給的不同迴報,孰輕孰重差別很明顯吧?電荷守恆是可以直接從麥克斯韋方程組裏推導出來的。”


    米爾斯想了想,覺得深奧卻易懂,點頭說:“用標準的說法說吧。”


    楊振寧說:“以上是偏科普的解釋,從數學的角度來說,整體變換就是你所有的變換跟時空坐標無關,局域變換就是你的變換是一個跟時空坐標相關的函數。跟時空坐標相關的函數,其實就是說不同的時空點,這個函數值是不一樣的,也就是說變換不一樣。”


    米爾斯在想,不管從哪種解釋(從數學更容易),我們其實都可以看出:整體變換其實隻是局域變換的一種特例。局域變換裏變的是一個跟時空坐標相關的函數,但是這個函數的值也可以是一個定值啊,這時候局域變換就退化成整體變換了。


    楊振寧繼續說:“在電磁理論裏,整體規範對稱性對應著電荷守恆,但是我一旦要求這個整體規範對稱性在局域下也成立,我立馬就得到了整個電磁理論。


    那麽我可不可以把這種思想推廣到其他領域呢?比如強力、弱力,有沒有可能同樣要求某種整體對稱性在局域成立,然後可以直接產生強力、弱力的相關理論呢?”

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