楊振寧逝世：紀(jì)念這位偉大的物理學(xué)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(shí)候上的是物理競(jìng)賽班，也一直和其他的競(jìng)賽生保持聯(lián)系，幾乎就在那么十幾分鐘內(nèi)，10來位同學(xué)都轉(zhuǎn)發(fā)了相關(guān)的文章，表示紀(jì)念。這篇文章也就向楊先生致敬，并試圖用最簡(jiǎn)潔的語言告訴大家楊先生的研究究竟對(duì)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(xué)，1942年入清華大學(xué)研究院，1944年獲理學(xué)碩士學(xué)位，1945年作為清華大學(xué)留美公費(fèi)生赴美留學(xué)，就讀于芝加哥大學(xué)，1948年獲博士學(xué)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(chǎng)論。這個(gè)理論直接奠定了后面的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，我們今天看新聞看到的什么繆子、陶子的研究，其實(shí)研究的都是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的產(chǎn)物。同時(shí)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(gè)方程表示，這個(gè)意義非常重大。

物理學(xué)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?yàn)槭紫仍谶@個(gè)學(xué)科里真理的概念本身就是相對(duì)的，對(duì)于牛頓的那個(gè)年代而言，牛頓力學(xué)就是真理，但對(duì)于相對(duì)論出現(xiàn)以后的物理它就是錯(cuò)的，愛因斯坦的相對(duì)論方程才是“對(duì)的”，如果真的要描述成真理戰(zhàn)勝愚昧的話，那請(qǐng)問牛頓力學(xué)到底是真理還是愚昧？所以真正的物理學(xué)發(fā)展的過程是追求更簡(jiǎn)潔、更全面、更準(zhǔn)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(chǔ)上盡可能解釋更多的事情、達(dá)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(gè)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(xué)一共有4種相互作用：引力、電磁力、強(qiáng)相互作用（原子核當(dāng)中的質(zhì)子和中子能夠被結(jié)合起來就是因?yàn)檫@個(gè)）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(biāo)準(zhǔn)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(gè)模型的建立就要?dú)w功于楊振寧先生和米爾斯的貢獻(xiàn)。

這其實(shí)是他最重要的貢獻(xiàn)，但是很遺憾的，這并不是他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的發(fā)現(xiàn)。諾貝爾獎(jiǎng)的問題在于首先它只頒給活人，其次只頒給能夠被實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)的理論，因此愛因斯坦雖然最重要的貢獻(xiàn)是狹義和廣義相對(duì)論，他最終獲得諾貝爾獎(jiǎng)卻是因?yàn)楣饬孔臃矫娴难芯浚驗(yàn)楫?dāng)時(shí)的人們還沒能完全證明狹義和廣義相對(duì)論的正確。楊先生的這個(gè)貢獻(xiàn)還沒有走到這一步，因此也沒能獲獎(jiǎng)。雖說如此，后面的丁肇中、希格斯等七八名諾獎(jiǎng)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(jiǎng)的是1956年的宇稱不守恒研究，這個(gè)事兒在所有的紀(jì)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(xì)地解釋這究竟是什么意思。最簡(jiǎn)單來說，楊先生解決一個(gè)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(dāng)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(shè)一個(gè)場(chǎng)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?cè)撛趺醋屗麄兠靼鬃蠛陀夷兀咳绻麄円灿袃芍皇直郏彩亲笥覍?duì)稱地長著，那還很簡(jiǎn)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(shè)我們正在照鏡子，那在鏡子當(dāng)中，我的左邊其實(shí)是鏡子中人的右手邊，右邊其實(shí)是鏡中的左手邊。我們?cè)撛趺聪蜱R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(shí)針和逆時(shí)針其實(shí)也分不清。我們當(dāng)然是認(rèn)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(duì)我們的日常生活有用，因?yàn)槿绻孢@樣定義的話，我們和美國人定義的上下是完全反著的，因?yàn)榈厍蚴莻€(gè)球，他們和我們?cè)谙喾吹膬蛇叄虼恕翱拷覀兊牡孛娴姆较颉保鋵?shí)也就是美國人朝向天空、遠(yuǎn)離地面的方向。晚清時(shí)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@當(dāng)然是個(gè)笑話，但至少說明我們確實(shí)沒法從物理學(xué)上說明什么叫上下左右順時(shí)針逆時(shí)針。

歸根結(jié)底，我們的物理學(xué)規(guī)律其實(shí)并不隨著上下左右的改變而改變，也就是說鏡像對(duì)稱后，不會(huì)改變物理學(xué)規(guī)律。這其實(shí)就對(duì)應(yīng)一種守恒。20世紀(jì)初的時(shí)候，著名的女物理學(xué)家諾特（可以搜一下照片，是個(gè)挺漂亮的女物理學(xué)家）在數(shù)學(xué)上證明，每一個(gè)這樣的對(duì)稱性都擁有一個(gè)守恒量，比如說如果關(guān)于時(shí)間變換對(duì)稱，也就是說隨著時(shí)間的變化，物理學(xué)規(guī)律不變化，就對(duì)應(yīng)著能量的守恒，關(guān)于空間變化對(duì)稱（改變空間不導(dǎo)致物理學(xué)規(guī)律的變化），就對(duì)應(yīng)著動(dòng)量的守恒。而對(duì)于我們提到的上下左右的鏡像對(duì)稱，也自然對(duì)應(yīng)一個(gè)守恒量，這個(gè)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?yàn)橛罘Q是守恒的，所以我們?cè)谝粋€(gè)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中做出左右上下的鏡像變化后，不會(huì)有結(jié)果的不同，于是我們不能用物理現(xiàn)象、物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來說明什么是左什么是右。這很要命，因?yàn)橄衩搿⒚走@樣的單位其實(shí)都是用物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)即可，但對(duì)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(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)，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(xué)獎(jiǎng)，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(shí)針逆時(shí)針了，作為高等智慧生物他們應(yīng)該知道，物體的粒子自己也是在旋轉(zhuǎn)的（自旋），應(yīng)該也知道這會(huì)讓原子形成一個(gè)自己的磁場(chǎng)，因此如果我們施加一個(gè)外界的磁場(chǎng)的話，可以讓這些原子都指向同一個(gè)方向。我們可以請(qǐng)他們重新做一遍吳健雄女士的實(shí)驗(yàn)：找到鈷60這種原子，施加磁場(chǎng)，讓他們朝向同一個(gè)方向。如果真是宇稱守恒，物理學(xué)規(guī)律是對(duì)稱的，應(yīng)該在旋轉(zhuǎn)軸線的上下兩個(gè)方向都能檢查到衰變出來的貝塔射線（中子）。但是事實(shí)上我們只能在一個(gè)方向檢測(cè)到，這就讓這個(gè)方向在物理性質(zhì)上不同于那個(gè)與它相反的方向，這就分清了上下左右和順逆時(shí)針了。

聽起來好復(fù)雜，不是嗎？但這就是物理。而且如果實(shí)驗(yàn)本身就很難，那就更可想而知從理論上證明這個(gè)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(xiàn)楊米爾斯規(guī)范場(chǎng)論，這個(gè)理論難度極大，最頂尖的物理學(xué)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(dāng)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(dāng)多的人其實(shí)根本都沒搞明白他究竟厲害在哪，因此他被關(guān)注的恐怕都是一些與物理學(xué)無關(guān)的東西。只是這些東西并不影響他在學(xué)術(shù)上的地位，也更不會(huì)影響我們紀(jì)念他、崇敬他。他最需要被人記住的是他的物理學(xué)成就，這也是物理學(xué)家的全部意義所在。