楊振寧逝世：紀念這位偉大的物理學家

中午在地鐵上突然間看到一條新聞：楊振寧先生因病在北京逝世，享年103歲。

我高中的時候上的是物理競賽班，也一直和其他的競賽生保持聯(lián)系，幾乎就在那么十幾分鐘內(nèi)，10來位同學都轉(zhuǎn)發(fā)了相關的文章，表示紀念。這篇文章也就向楊先生致敬，并試圖用最簡潔的語言告訴大家楊先生的研究究竟對我們意味著什么。

公開的資料顯示，楊振寧先生1922年出生于安徽合肥，1929年隨父母來到清華園。1938年考入西南聯(lián)合大學，1942年入清華大學研究院，1944年獲理學碩士學位，1945年作為清華大學留美公費生赴美留學，就讀于芝加哥大學，1948年獲博士學位后留校工作。1949年加入普林斯頓高等研究院，1952年任永久研究員，1955年任教授。

而他人生中最光亮的事情發(fā)生在1954年，他和同事米爾斯提出了楊—米爾斯規(guī)范場論。這個理論直接奠定了后面的粒子物理標準模型，我們今天看新聞看到的什么繆子、陶子的研究，其實研究的都是這個標準模型的產(chǎn)物。同時它把現(xiàn)有的4種相互作用中的三種都統(tǒng)一了起來，用一個方程表示，這個意義非常重大。

物理學的發(fā)展并不像很多人所理解的那樣是“真理戰(zhàn)勝愚昧”，因為首先在這個學科里真理的概念本身就是相對的，對于牛頓的那個年代而言，牛頓力學就是真理，但對于相對論出現(xiàn)以后的物理它就是錯的，愛因斯坦的相對論方程才是“對的”，如果真的要描述成真理戰(zhàn)勝愚昧的話，那請問牛頓力學到底是真理還是愚昧？所以真正的物理學發(fā)展的過程是追求更簡潔、更全面、更準確的模型的過程，并不是要否定前人的研究，而是要在前人研究的基礎上盡可能解釋更多的事情、達到更高的精度。

因此除了開發(fā)新的理論、解釋新的現(xiàn)象之外，把前有的不同方面的模型用同一個新模型來解釋，也是重要的研究方向，愛因斯坦晚年就一直在做這件事，只可惜沒能成功。物理學一共有4種相互作用：引力、電磁力、強相互作用（原子核當中的質(zhì)子和中子能夠被結(jié)合起來就是因為這個）和弱相互作用（它制造了諸如核裂變等現(xiàn)象），而粒子物理標準模型能夠把除引力之外的其他三種相互作用全部統(tǒng)一起來解釋。這個模型的建立就要歸功于楊振寧先生和米爾斯的貢獻。

這其實是他最重要的貢獻，但是很遺憾的，這并不是他獲得諾貝爾獎的發(fā)現(xiàn)。諾貝爾獎的問題在于首先它只頒給活人，其次只頒給能夠被實驗完全證實的理論，因此愛因斯坦雖然最重要的貢獻是狹義和廣義相對論，他最終獲得諾貝爾獎卻是因為光量子方面的研究，因為當時的人們還沒能完全證明狹義和廣義相對論的正確。楊先生的這個貢獻還沒有走到這一步，因此也沒能獲獎。雖說如此，后面的丁肇中、希格斯等七八名諾獎得主的研究，都是楊先生成果的沿伸。

真正讓楊先生獲得諾獎的是1956年的宇稱不守恒研究，這個事兒在所有的紀念楊先生的文章中都提到，但很遺憾，我還沒有看到有人詳細地解釋這究竟是什么意思。最簡單來說，楊先生解決一個從古至今困擾著人類的千古謎題：究竟什么是左，什么是右？

我們當然知道人有左手右手，左腳右腳，但是人能說清楚一只手是左手還是右手，并不意味著他真的懂左右的概念。我們就假設一個場景：某天外星人來到了地球，我們需要向他們解釋我們的各種各樣的規(guī)矩和概念，我們該怎么讓他們明白左和右呢？如果他們也有兩只手臂，也是左右對稱地長著，那還很簡單，我們就告訴他們“這只手的這邊是左，那只手的那邊是右”即可，但如果他們的兩只手是上下長的，或者像章魚一樣長了8只手，又該怎么辦呢？

或者我們假設我們正在照鏡子，那在鏡子當中，我的左邊其實是鏡子中人的右手邊，右邊其實是鏡中的左手邊。我們該怎么向鏡子中的人解釋什么是左什么是右呢？

左右分不清，那上和下、順時針和逆時針其實也分不清。我們當然是認為靠近地面的方向是向下，靠近天空的方向是向上，但這只對我們的日常生活有用，因為如果真這樣定義的話，我們和美國人定義的上下是完全反著的，因為地球是個球，他們和我們在相反的兩邊，因此“靠近我們的地面的方向”，其實也就是美國人朝向天空、遠離地面的方向。晚清時期的外交官劉錫鴻就用這種上下的顛倒來解釋他們的制度和我們?yōu)槭裁床煌?，這當然是個笑話，但至少說明我們確實沒法從物理學上說明什么叫上下左右順時針逆時針。

歸根結(jié)底，我們的物理學規(guī)律其實并不隨著上下左右的改變而改變，也就是說鏡像對稱后，不會改變物理學規(guī)律。這其實就對應一種守恒。20世紀初的時候，著名的女物理學家諾特（可以搜一下照片，是個挺漂亮的女物理學家）在數(shù)學上證明，每一個這樣的對稱性都擁有一個守恒量，比如說如果關于時間變換對稱，也就是說隨著時間的變化，物理學規(guī)律不變化，就對應著能量的守恒，關于空間變化對稱（改變空間不導致物理學規(guī)律的變化），就對應著動量的守恒。而對于我們提到的上下左右的鏡像對稱，也自然對應一個守恒量，這個守衡量就叫做宇稱。

因此我們介紹后就發(fā)現(xiàn)，宇稱守恒基本上是人的直覺，也正是因為宇稱是守恒的，所以我們在一個物理學實驗中做出左右上下的鏡像變化后，不會有結(jié)果的不同，于是我們不能用物理現(xiàn)象、物理實驗的結(jié)果來說明什么是左什么是右。這很要命，因為像秒、米這樣的單位其實都是用物理實驗來證明的，比如秒就是用銫原子的震蕩來定義，這種原子在基態(tài)下震蕩9192618770次就是一秒。因此如果我們想向外星人介紹秒的概念很容易，讓他們?nèi)プ鲣C原子的震蕩實驗即可，但對于左右的概念，做不到。

直到楊振寧先生和李政道先生以及吳健雄女士出現(xiàn)。楊先生在1956年和李政道先生一起在理論上發(fā)現(xiàn)，在弱相互作用下宇稱是可以不守恒的，隨后吳健雄女士做了快速而精準的實驗，證明了楊先生和李先生的理論。最終楊先生和李先生在下一年獲得諾貝爾物理學獎，但很遺憾，吳健雄女士竟然被落下了。

所以我們現(xiàn)在終于能向外星人解釋什么叫上下左右、順時針逆時針了，作為高等智慧生物他們應該知道，物體的粒子自己也是在旋轉(zhuǎn)的（自旋），應該也知道這會讓原子形成一個自己的磁場，因此如果我們施加一個外界的磁場的話，可以讓這些原子都指向同一個方向。我們可以請他們重新做一遍吳健雄女士的實驗：找到鈷60這種原子，施加磁場，讓他們朝向同一個方向。如果真是宇稱守恒，物理學規(guī)律是對稱的，應該在旋轉(zhuǎn)軸線的上下兩個方向都能檢查到衰變出來的貝塔射線（中子）。但是事實上我們只能在一個方向檢測到，這就讓這個方向在物理性質(zhì)上不同于那個與它相反的方向，這就分清了上下左右和順逆時針了。

聽起來好復雜，不是嗎？但這就是物理。而且如果實驗本身就很難，那就更可想而知從理論上證明這個東西存在的難度。楊先生研究的東西都很高深，尤其是他做出的最大的貢獻楊米爾斯規(guī)范場論，這個理論難度極大，最頂尖的物理學的博士生不要說從事這方面的研究，哪怕能看懂他們寫的論文都算是相當出類拔萃的了。

所以楊先生獲得的尊敬，很大程度上都來自于圈內(nèi)，相當多的人其實根本都沒搞明白他究竟厲害在哪，因此他被關注的恐怕都是一些與物理學無關的東西。只是這些東西并不影響他在學術(shù)上的地位，也更不會影響我們紀念他、崇敬他。他最需要被人記住的是他的物理學成就，這也是物理學家的全部意義所在。