送杨振宁先生
施郁
对称生力,大美至真。
宇称解谜,保守革命。
文章千古,得失心知。
循循谈笑,东篱归根。
2025.10.22.
“文章千古,得失心知” 来自先生喜欢的杜甫诗句“文章千古事,得失寸心知”。先生将它用在论文集序言中。化用在这里,反映了先生潜心理论物理研究的心态。
“循循谈笑,东篱归根”来自先生《归根》诗的最后两句“千古三旋律,循循谈笑中。耄耆新事业,东篱归根翁。“ 化用于此,“循循谈笑”一方面反映先生进行各种讨论和演讲的情景,另一方面也和“东篱归根”结合起来,反映先生对中华文明复兴的贡献,以及回国工作和培养人才的情况。
另外两句则描述了先生对物理学最重要的两项贡献,也是小结我10月19日应中国科学报之邀所写的文章《杨振宁先生,我心中永远的灯塔》。下面的内容来自此文。更多背景可参见我的文章《物理学之美:杨振宁的13项重要科学贡献》和《物理学之美:杨振宁的32项科学贡献》。
01
对称生力,大美至真
1947年,作为美国芝加哥大学研究生,杨振宁试图将外尔的规范理论推广到非阿贝尔情形,以描述粒子间的相互作用,但没成功。后来越来越多的粒子被发现,他觉得需要一个原理,来确定粒子间相互作用。1953年至1954年,杨振宁和米尔斯成功提出非阿贝尔规范理论,即杨-米尔斯理论,将同位旋守恒归因于规范对称。后来许多学者引入自发对称破缺与渐进自由的观念,将杨-米尔斯理论发展成粒子物理标准模型。
外尔的规范理论是“马后炮”,因为电磁相互作用已经知道。而杨-米尔斯理论成为主动确定相互作用的工具。后来,杨振宁称这个思想为 “对称性支配相互作用”。在主宰世界的4种基本相互作用中,引力由爱因斯坦的广义相对论描述,是对称性支配相互作用原理的开端。电磁和弱相互作用统一成电弱相互作用,它和强相互作用分别由杨-米尔斯理论描述。
1954年,杨振宁和米尔斯笃信规范不变性的美和力量,而对杨-米尔斯规范粒子的质量不做结论,将它当作未来的问题。这颇有预见性,后来发现,杨-米尔斯规范粒子的质量确实可能不为零(弱相互作用情况,由自发对称破缺导致), 也可能为零(强相互作用情况,有渐进自由性质)。粒子物理标准模型的成功证实了杨振宁基于美的眼光、判断和勇气。
对称性支配相互作用使得主宰世界的基本规律必然可以被确定。我称之为定律的定律。在深层次的规律上,美就是真,真就是美,美支配真,通过美确定真。
这可以与哥白尼的“日心说”对比。哥白尼“日心说”的优点在于美,但当时并不比托勒密的“地心说”更符合观测,甚至也借用了托勒密的方法,如偏心和本轮。只有在后来伽利略的望远镜带来更精确的观测数据,以及开普勒提出椭圆轨道后,“日心说”才更符合观测数据。然而,哥白尼“日心说”的核心思想是正确的,其他问题后来解决。
虽然最初杨-米尔斯规范粒子的质量问题不能解决,但物理直觉、理论的美以及对规范对称性的重视使得杨振宁相信这个理论一定是正确的一步。
后辈物理学家应感恩杨振宁的这个勇气。
正如戴森所言,杨-米尔斯理论是狄拉克方程后理论物理最重要的发现。
02
宇称解谜,保守革命
杨-米尔斯理论的成功是物理学史上的一场革命,但杨振宁的出发点并不是要搞科学革命,而是要在复杂的物理现象背后寻找一个原理。作为保守的革命者,他引起的革命是不得已而为之,是建设性的,而非破坏性的。但当革命性的思想确实需要时,他又果断地采纳。
宇称不守恒这一工作也体现了杨振宁“保守的革命者”这一风格。1956年,杨振宁和李政道将θ-τ之谜扩展为弱相互作用的普遍问题,提出 “宇称在强相互作用与电磁相互作用中守恒,但在弱相互作用中也许不守恒” 的可能,将弱相互作用主宰的衰变过程独立出来。具体计算后他们发现,原来以前并没有实验证明在弱相互作用中宇称是否守恒。他们还建议提出了几类弱相互作用关键性实验,以测试弱相互作用中宇称是否守恒。次年1月初,吴健雄领导的实验表明,在弱相互作用中,宇称确实不守恒,引起整个物理学界的巨大震荡。
这一系列环环相扣的处理堪称完美,具体难题破解的同时发现了普遍定律。杨振宁和李政道并没有预设宇称是否守恒,而是发现此前并没有实验判定宇称是否守恒,然后他们将宇称是否守恒的理论归为如何通过赝标量进行实验检验的问题。
历史上,面对新的实验现象,玻尔曾两度提出能量不守恒,均为错招。因此对于否定守恒律,确实要小心面对。
杨振宁在推动社会进步方面也是一位保守的革命者,他以为中国负责的态度,看到各种积极因素,一步步推动中国向好的方向进步、向富强的方向前进。 他不但改变了中国人自己觉得不如人的心理,也支持中国人在各个领域做出超过别人的成绩。
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