•  最新新闻列表
  •  
 首页 > 综合新闻 > 内容

 我的学习与研究经历(四)

杨振宁

在“黑屋”中寻找出口

  1954年-1956年间,新实验发现了更多新粒子,而奇怪的是其中两个粒子θ与τ的性质:它们衰变成不同数目的π:

  θ→π+π

  τ→π+π+π

  越来越多与越来越准确的实验,都显示二者其实是一个粒子,只是有两种不同的衰变。这本来没有什么稀奇,可是物理学中有一项“宇称守恒”定律,是金科玉律。根据此定律,两个π的“宇称”是+1,而三个π的“宇称”是-1。如果θ与τ是同一粒子,那么它既能衰变成+1的宇称,又能衰变成-1的宇称,宇称就不守恒了,这是绝对不可能的!

  这个问题当时叫θ-τ谜,是1954年-1956年间基本物理学中最困扰人们的问题。后来在1957年的一篇文章中[1]我说:

  那时物理学家们的处境曾被描述为一个被关在黑屋子中的人。他知道在某一个方向一定有一个门可以走出去,但是这个门在哪个方向呢?

图为李政道和杨振宁(1957年摄于普林斯顿高等研究院)。

  1956年夏天,李政道和我为了找这个门,在仔细检验过去五类所谓证明弱相互作用中宇称守恒的试验后,发现原来它们都并没有证明宇称守恒:它们都不够复杂。我们也从而指出几类够复杂的试验可以检测宇称在弱相互作用中[2]究竟是否守恒

宇称不守恒的震撼

   那年6月我们把这些结果写成预印本,寄去 《物理评论》(PhysicalReview),也寄了很多份给同行们。很快就收到与听到一致的回应:宇称绝对不会不守恒,杨李所建议的实验都是浪费时间与资源!只有吴健雄(1912-1997)独具慧眼,她虽然受了泡利的影响也不相信宇称会不守恒,可是她认为既然过去在β-衰变中并没有证明宇称是否守恒,那么现在就应该用实验去测试这个基本定律。

    

  经过6个月的努力,她于1957年初宣布:在弱相互作用中宇称并不守恒,而且是极度不守恒。这项结果影响了物理学里面的多个领域:粒子物理、核物理、原子与分子物理,所以震惊了整个物理学界。至于为什么物理世界既有极准确的左右对称 (宇称守恒),又有微小的左右不对称(宇称不守恒),至今仍是一个未解之谜。

  吴健雄的巨大成功给她的启示是[3]:永远不要把所谓“不验自明”的定律视为是必然的

  宇称不守恒给了物理学界,尤 其 是 海 森 堡 (Heisenberg,1901-1976)与泡利(1900-1958)那一代人以极大的震撼。他们似乎觉得整个物理学基础都动摇了。1957年1月15日哥伦比亚大学召开记者会,宣布吴健雄的结果。次日《纽约时报》头版登载此消息,说拉比 (Rabi,1898-1988)在会上说:

  “可以说一个完整的理论体系从基础上被打碎了,我们不知道如何把碎片重新拼起来。”

  受了宇称不守恒的震撼,海森堡和泡利重新合作,于1957年-1958年间尝试解决当时物理学中几个极基本的问题,如精细结构常数α~1/137等。这段不成功的合作的奇怪历史我曾在[4]1986年一个演讲中作过描述。显然他们二位认为基本物理原理又动摇了,又回到了1924年-1925年前后的极端紊乱状态,又需要大胆的新的理论框架,又需要大胆的新的猜测。他们二人这一年多的合作研究的态度与方法,和我这一代物理学家所熟悉的完全不同。我认为科学史家从他们这次合作细节中,也许能够窥测到1924年-1925年间,他们创建不相容原理(ExclusionPrinciple)与创建矩阵力学时的心理状态。这项研究历史细节的工作我以为极值得做,但是至今还没有人做过。

扩大问题带来新方向

  1961年夏天,我到斯坦福大学访问,恰巧费尔班克(Fairbank)和迪弗(Deaver)在做超导圈中磁通量量子化的实验。这个实验把我引入超导领域,后来从而发展出非对角长程序(ODLRO)观念。1963年开始,为了寻找确有ODL鄄RO的数学模型,我和吴大峻、杨振平做了许多计算,又回到我在芝加哥时研究过的第二个题目:贝特1931年的文章。可是这一次我们是从扩大了的角度研究贝特的问题,所以自然地引入了延拓(Continuation)的观念。用此观念,贝特复杂的方程式就受到控制了,就可以向许多方向发展了。1966年-1969年间,杨振平和我利用此观念,写了好几篇颇有份量的文章。事后分析一下,这次经过仍然是上文所提到的兴趣→准备工作→突破口模式,可是“准备工作”与“发展”之间有了外来的新因素:从扩大了的角度研究贝特的方程式。所以,把问题扩大往往会引导出好的新发展方向

  事实上,1954年米尔斯和我所做的工作,把电磁学的规范不变观念扩大到非阿贝尔规范不变,就是扩大问题的另一个实例。

研究生应该作出清醒的选择

  1966年我离开普林斯顿,接受纽约州立大学(SUNY)新创建的石溪(StonyBrook)分校的聘任。在石溪我开始与研究生接触。我自己很少收研究生,一生只毕业过大约10个博士生。不过我影响了好几位不是我自己的石溪博士生。他们本来都想搞理论高能物理,我告诉他们理论高能物理在20世纪50年代到70年代虽有辉煌的成就,但是到了70年代末一个年轻人就很难搞进去。而且进入80年代,因为大加速器太昂贵,识者认为前途堪忧。但是年轻人不了解这一点,以致全世界聪明的研究生进入这一行的特多,造成粥少僧多的现象。

  受了我的影响好几位石溪博士生与博士后改入了别的领域,例如加速器原理和生物物理,今天十分成功,他们都很感激我早年给他们的劝告。这个经验所给的启发是:一个研究生最好不要进入粥少僧多的领域

艺术与科学“殊途同归”

  上面讲到了好多项我个人多年来得到的启发与感受:(1)一方面直觉非常重要,可是另一方面又要及时吸取新的观念修正自己的直觉。(2)和同学讨论是极好的真正学习的机会。(3)博士生为找题目感到沮丧是极普遍的现象。(4)最好在领域开始时进入一个新领域。(5)兴趣→准备工作→突破口。(6)物理中的难题,往往不能求一举完全解决。(7)和别人讨论往往是十分有用的研究方法。(8)永远不要把所谓“不验自明”的定律视为是必然的。(9)把问题扩大往往会引导出好的新发展方向。(10)一个研究生最好不要进入粥少僧多的领域。

  其中我觉得特别值得注意的是:兴趣→准备工作→突破口。下面我对此项从兴趣到准备工作到突破口的三步曲做两点补充:

  (1)我父亲是研究数学的,我小时候他很自然地给我讲了一些“鸡兔同笼”、“韩信点兵”等四则问题。我学得很快,他很高兴。很多年以后在美国,我有三个孩子,他们小时候我也介绍给他们 “鸡兔同笼”、“韩信点兵”等问题,他们也都学得很快,我也很高兴。可是我与他们有一个区别:我父亲介绍给我四则问题之后,过了一年他再问我,我都记得很清楚;我的孩子们,我一年后再问他们,他们就把四则问题完全忘得精光。结论:外来的信息如果能够融入个人脑子里面的软件之中,就可能会“情有独钟”,有继续发展的可能。像是一粒小种子,如再有好土壤、有阳光、有水,就可能发展成一种偏好(taste),可以使这个人喜欢去钻研某类问题,喜欢向某些方向去做“准备工作”。如果再幸运的话,也就可能发展出一个突破口,而最后开花结果。

图为范曾于2004年所作大画。

  (2)诗人、画家范曾于2004年作了一张大画送给南开大学陈省身数学研究所。画上他题了一首诗,其最后7个字是锤炼出来的美丽诗句:真情玅悟铸文章。范曾从来没有和陈先生、也没有和我,谈起科学创作的过程。他的诗句似乎表明艺术家的创作过程也和科学家一样遵循同样的三步曲吧。(全文完。本文为2012年4月5日杨振宁先生在纪念清华大学博士生学术论坛十周年首场活动———“学术人生”讲坛上所作的报告内容。同名文章曾刊载于2012年第1期《物理》杂志。根据编排需要,小标题为编者另加。

  参考文献

  [1]YangCN.SelectedPapers1945-1980WithCom鄄mentary.WorldPublishingCorporation,1994,241

  [2]弱相互作用包括θ、τ、β等衰变

  [3]江才健.《吴健雄》.复旦大学出版社,1997.193

  [4]杨振宁.物理,1986,15(11):690;张奠宙.杨振宁文集.华东师范大学出版社,1998.530

  来源:新清华 第1892期   2012-09-14

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2012-09-17 15:26:42]
[阅读:人次]
清华大学官方微信 清华大学官方微博 校报《新清华》微信 清华电视台微信
相关新闻
  • 网友评议