2021年9月22日是中國科學院院士、著名物理學家楊振寧先生100歲生日。1957年,楊振寧因提出弱相互作用中宇稱不守恒原理,與李政道一起獲得諾貝爾物理學獎。他提出的“楊-米爾斯規范場”論是20世紀物理學最為重要的成就之一。他是如何從一個研究生成為諾貝爾獎得主的?
“黃色危險品”
1942年,20歲的楊振寧畢業于昆明的國立西南聯合大學,后考入該校研究院理科研究所物理學部(清華大學物理研究所)讀研究生。1944年,楊振寧從國立西南聯合大學研究生畢業。不久,教育部宣布,中斷了三年的留美庚款,恢復招考,楊振寧立即報名。1945年,23歲的楊振寧留學美國芝加哥大學。1946年1月,他見到了恩利克·費米。這是楊振寧最欽佩的物理學家之一。
費米是現代物理學家中惟一一位既做理論,又做實驗,而且在兩個方面都有一流貢獻的大物理學家,楊振寧理論基礎厚重,但實踐很薄弱,費米是導師的理想之選。不過,當時費米在美國國家阿貢實驗室工作,屬保密性質,不允許外國人進入。費米隨即介紹楊振寧去阿里森的實驗室,阿里森是費米的老搭檔,當時在芝加哥大學核研究所從事核物理和反應堆建造方面的研究。
楊振寧在阿里森實驗室里待了20個月,其間,他總是顯得笨手笨腳,阿里森特別喜歡說一個笑話:“哪兒有了楊,哪兒就會‘噼啪響’!”楊振寧甚至為此得了一個綽號——“黃色危險品”。更讓楊振寧氣餒的是,他逐漸發現自己在實驗方面缺乏一種“敏感性”之類的東西。
芝加哥大學物理系教授泰勒看到了楊振寧的失落,他很清楚楊振寧的優勢所在。1948年春天,這個眉毛濃密、言辭直接的猶太人跑到實驗室來找楊振寧:“你做的實驗是不是不大成功?”楊振寧回答:“對?!薄澳悴槐貓猿忠欢ㄒ獙懗鲆黄獙嶒炚撐??!碧├沼浀?,楊振寧很失望,他沒有直接回答泰勒的問題,而是說回去考慮幾天。
謙遜地坐在教室后面
做出離開實驗物理的決定,對于楊振寧來說,是不容易的。1948年,在泰勒找來的幾天后,楊振寧接受了對方的建議,專心寫他的博士論文,這是楊振寧個人的一種解脫。楊振寧說“自己如釋重負”,終于可以全力投入自己擅長和熱愛的領域了。
1948年6月,楊振寧獲得博士學位,其博士論文是他進入對稱與不變性領域的第一篇文章。緊接著,他又發表了在此領域中的第二篇文章。楊振寧后來說:“這兩篇文章使我一躍成為用群論與場論分析對稱的專家。當時此領域才剛剛開始,能進入此領域是極幸運的?!?/p>
告別了實驗物理后,楊振寧重新進入了以費米為首的頂級理論物理圈子。他們中有后來成為美國核武器研制重要顧問、美國國家科學院院士的戈德伯格,1988年獲得諾貝爾物理學獎的施泰因貝格爾和在等離子體物理理論方面取得巨大成就的羅森柏斯等。
在這個頂級學術圈子里,來自中國的楊振寧頗為矚目?!凹词股险n時,他總是謙遜地坐在教室后面。他的物理知識遠遠超過我們這些人,他可以做我們的老師?!备甑虏耋@訝于楊振寧在物理方面的天分,他還記得有一次考試,楊振寧十分鐘就答完題目,走出教室,留下他們繼續奮斗了一個小時。羅森柏斯對楊振寧的印象則是他非常愿意幫助別人,也曾經幫助他了解了一些物理問題。
20世紀50年代,楊振寧離開芝加哥大學,進入普林斯頓高等研究院工作。1955年,楊振寧33歲,在研究院獲得終身職位——這樣的職位只有20多個。楊振寧在普林斯頓高等研究院待了17年,這是他一生創造力最為豐富的階段。
走向諾貝爾獎
跟其他理論物理學家單打獨斗的研究風格不一樣,在中國文化熏陶中長大的楊振寧開放,善于溝通、交流,很愿意與他人合作,包括后來獲得諾貝爾獎的宇稱不守恒定律以及被物理學界公認為楊振寧一生最高成就的楊-米爾斯理論都是合作的結果。
從1956年到1962年,楊振寧和我國物理學家李政道共同寫了32篇論文,范圍從粒子物理到統計力學?!昂献骶o密而富有成果,有競爭也有協調。發揮出我們每個人的最大能力?!崩钫勒f。
和兩人都熟識的物理學家伯恩斯坦曾經寫過一篇文章,描述兩人的科學合作:他們兩個人都能說中文和英文,但在討論物理問題的時候,幾乎完全是用中文,因此旁聽者只能夠偶爾猜測一些聽起來有些熟悉的單詞,是楊、李無法找到合適中文翻譯的物理名詞,或者有時候可以聽到像是“哦,現在我了解了”這樣的英文短句。
1956年舉行的第六屆羅徹斯特會議是國際高能領域最重要的物理會議,有物理學家提出宇稱可能不守恒的假設,楊振寧在發言后針對這一想法做了討論。會議結束后,楊振寧和李政道開始了大量的計算,接連三個星期進行了緊張的工作,最終寫出了一篇名為《弱相互作用中的宇稱守恒質疑》的論文。在論文的其余部分,他們給出了需要做的實驗的詳細介紹。
楊振寧記得,1956年6月,他們把這些結果寫成預印本,寄去《Physical Review》,也寄了很多份給同行。他們很快就收到了一致的回應:宇稱絕對不會不守恒,楊、李所建議的實驗都是浪費時間與資源。大部分實驗物理學家對于楊振寧和李政道給出的實驗內容是不看好的。這時,哥倫比亞大學副教授、華裔物理學家吳健雄決定由她所在的實驗室來做這一實驗,從1956年6月一直做到第二年1月。
在此期間,隨著吳健雄實驗的進展,物理學界已漸漸開始有更多人談論這件事,形成一種極端熱烈的氣氛。1957年1月,他們的實驗結果證明了楊振寧和李政道提出的宇稱不守恒假設。吳健雄等人將實驗報告論文寄到《物理評論》。1月15日這一天,哥倫比亞大學為這項新的發現舉行了一次記者會,這是史無前例的。主持人是哥大物理系資望最高的教授伊西多·艾薩克·拉比,他當時正在休假,是從麻省理工學院趕回來的。哥倫比亞大學物理系教授拉比在會上說:“可以說一個完整的理論體系(宇稱守恒)從基礎上被打碎了,我們不知道如何把碎片重新拼起來?!?
隨后,1957年12月,一場盛大的諾貝爾獎頒獎儀式在斯德哥爾摩音樂廳大禮堂舉行。35歲的楊振寧和31歲的李政道成為典禮上最為閃耀的一對年輕人。按照學科的順序,他們在出場時走在最前面。
據《三聯生活周刊》