我的学习与研究经历(一)

● 杨振宁

图为杨振宁先生。

  主讲人名片

  杨振宁 著名美籍华裔科学家、诺贝尔物理学奖获得者。曾任美国普林斯顿高等研究所教授、纽约州立大学石溪分校爱因斯坦讲座教授和理论物理研究所所长。2003年底回北京定居,现为我校高等研究院名誉院长、教授。

与物理学的初次接触

     1933年到1937年我在北平崇德中学念了四年书,从中一到中四崇德中学当时有差不多三百个学生,有一间很小的图书馆,我常去里面翻阅各种杂志和书籍。我第一次接触到20世纪的物理学就是在那间图书馆内看到了Jeans的《神秘的宇宙》中译本(见图1)。Jeans把1905年的狭义相对论、1915年的广义相对论和1925年的量子力学用通俗的语言描述,使得我发生了浓厚的兴趣。

图1 《神秘的宇宙》

  1937年抗日战争爆发,我随父母经过了漫长与困苦的旅程,于1938年春到了昆明。那时流离失所的中学生非常多,所以重庆的教育部准许中学未毕业的学生以同等学力的资格参加大学入学考试(见图2),我就是这样于那年秋天成为了西南联合大学 (以下简称联大)第一届新生。

图3  杨振宁大学入学考试准考证

  我没有念过高中物理学,为了参加那次入学考试,借了一本高中物理教科书,闭门自修了几个星期,发现原来物理是很适合我研读的学科,所以在联大我就选择了物理系。记得非常清楚的是,那次我在教科书中读到,圆周运动加速的方向是向心的,而不是沿着切线方向的。最初我觉得这与我的直觉感受不同,仔细考虑了一两天以后才了解,原来速度是一个向量,它不仅有大小而且是有方向的。

  这个故事给了我很大的启发:每个人在每个时刻都有一些直觉,这些直觉多半是正确的,可是也有一些需要修正,需要加入一些新的观念,变成新的较正确的直觉。我从而了解到:一方面直觉非常重要,可是另一方面又要能及时吸取新的观念修正自己的直觉。

恩师带我走进两大领域

     1942年春天,为了准备写一篇当时联大要求的学士毕业论文,我去找吴大猷教授(见图3),请他做我的导师。四十多年以后,我这样描述吴先生怎样给我出了一个题目[1]:

图3  吴大猷先生(1907-2000)和杨振宁(1982年摄于纽约石溪)

  (他)给了我一本ReviewsofModernPhysics(《现代物理评论》),叫我去研究其中一篇文章,看看有什么心得。这篇文章讨论的是分子光谱学和群论的关系。我把这篇文章拿回家给父亲看。他虽不是念物理的,却很了解群论。他给了我狄克逊(Dickson)所写的一本小书,叫做ModernAlgebraicTheories(《近代代数理论》)。狄克逊是我父亲在芝加哥大学的老师。这本书写得非常合我的口味。因为它很精简,没有废话,在二十页之间就把群论中“表示理论”非常美妙地完全讲清楚了。我学到了群论的美妙和它在物理中应用的深入,对我后来的工作有决定性的影响。这个领域叫做对称原理。我对对称原理发生兴趣实起源于那年吴先生的引导。

  对称原理是我一生主要的研究领域,占了我研究工作的三分之二。

  1942年秋天我考进了清华大学研究院的物理系做博士生。(那时考入联大的本科生都是联大的学生,可是研究生各自算为北京大学、清华大学、南开大学三个学校的学生,虽然所有课程学习和考试仍然是在一起进行的。)我的导师是清华大学的王竹溪教授 (见图4),他的专长是统计力学,是他把我引导进了统计力学的研究领域。今天估计起来我一生的研究工作有差不多三分之一是在统计力学里面。

图4 杨振宁的导师王竹溪先生(1911-1983)(1980年聂华桐摄)

秉烛夜谈的联大岁月

      关于我在联大做研究生的经历,很多年后我作过这样的描述[2]:

  1941年到1942年,我是昆明西南联合大学物理系四年级的学生。这个系比较小,共有约10位教员、10位助教、几位研究生和一些本科生。本科生每班不到20人。1941年秋天开学的时候,一个新的面孔出现了,那就是黄昆。当时,他已经从北京燕京大学获得了物理学士学位,到联大来做助教。开学不久,我们就熟识起来,开始了我们半个世纪的友谊。

  我们所读的课程里,两个是吴大猷教授教的经典力学和量子力学。量子力学是一个革命性的新发展。在1925年到1927年间起源于德国、瑞士、英国和丹麦。吴教授是中国的物理学家中,在20世纪30年代到40年代训练了最多量子力学学生的教授。我记得当时许多关于量子力学的讨论都是在吴教授的演讲之后进行的。通过这些讨论,我开始认识了黄昆的为人和他学物理的态度。

  一年后,在1942年的夏天,黄昆和我都注册为联大的研究生。黄昆跟着吴大猷教授做有关天体物理学里原子和分子问题的论文,我跟王竹溪教授做有关统计力学的论文。当时研究生的补助金是不够的,所以我们都在找教学职位来增加我们的收入。我父亲的朋友徐继祖先生,是昆华中学的校长,他安排黄昆、我和张守廉(另一位物理学研究生)(见图5),到昆华中学教书。三个人分了一个教师的位置,而学校安排了一座新建筑角落里的一间房间给我们三人住。

图5 黄昆、张守廉和杨振宁(1992年6月1日摄于北京大学为周培源先生举行的生日会上)

  那所中学距离联大差不多三公里。我们三人白天经常在大学校园里上课、吃饭、上图书馆,晚上才回到我们的房间睡觉。因为大学校园内没有供应食水的设施,所以我们养成了一个习惯:每天晚饭后,回到中学以前,花一个或两个小时在茶馆里喝茶。那些茶馆集中于大学附近的三条街上。通过那些喝茶的时间,我们真正认识了彼此。我们讨论和争辩天下一切的一切:从古代的历史到当代的政治,从大型宏观的文化模式到最近看的电影里的细节。从那些辩论当中,我认识黄昆是一位公平的辩论者,他没有坑陷他的对手的习惯。我还记得他有一个趋向,那就是往往把他的见解推向极端。很多年后,回想起那时的情景,我发现他的这种趋向在他的物理研究中似乎完全不存在。

  茶馆的客人们包括种种人物,有不少学生。可是大多数的茶客是镇民、马车夫和由远处来的商人们。大家都高谈阔论,而我们通常是声音最大的。有时候,正当我们激烈地辩论时,会突然意识到我们的声音太大,大家都在看着我们(这种意识并不一定使我们停止辩论)。可是一般来说,学生们和其他茶客之间并没有不和的气氛。

  在茶馆中,我们曾经目睹一些永远不能忘记的情景和事件:好几次坐在凤翥街的茶馆里,我们看见一队一队的士兵押着一些犯人向北方走去,走向昆明西北郊的小丘陵地带,那里满布着散乱的野坟。每一个犯人都背着一块白色的板子,上面写着他们的名字和罪行。大多数的罪犯都静静地跟着士兵走,有少数却喊着一些口号,像:“二十年后,又是一条好汉!”每一次当这种队伍走过时,茶馆的喧闹声就会突然止息。然后,远处预期的枪声响了,我们都静静地坐着,等待着士兵们走回来,向南方回到城里去。

  衬着这种背景,我们无休止地辩论着物理里面的种种题目。记得有一次,我们争论的题目是关于量子力学中“测量”的准确意义。这是哥本哈根(Copenhagen)学派的一个重大而微妙的贡献。那天,从开始喝茶辩论到晚上回到昆华中学;关了电灯,上了床以后,辩论仍然没有停止。

  我现在已经不记得那天晚上争论的确切细节了。也不记得谁持什么观点。但我清楚地记得我们三人最后都从床上爬起来,点亮了蜡烛,翻看海森堡(Heisenberg)的《量子理论的物理原理》来调解我们的辩论。

  我们的生活是十分简单的,喝茶时加一盘花生米已经是一种奢侈的享受。可是我们并不觉得苦楚:我们没有更多物质上的追求和欲望。我们也不觉得颓丧:我们有着获得知识的满足和快慰。这种十分简单的生活却影响了我们对物理的认识,形成了我们对物理工作的爱憎,从而给我们以后的研究历程奠定了基础,这是我们当时所没有认识到的。

  与黄昆和张守廉的辩论,以及我自己做教授以后的多年经验,都告诉我:和同学讨论是极好的真正学习的机会。

  张守廉后来改念电机与控制论,在美国得到博士学位,现在还健在,是纽约州立大学石溪分校退休教授。黄昆后来在英国得到博士学位,在固体物理方面有重要贡献。于1950年代初回国,引进半导体物理学到国内,开启了中国的半导体研究。他于2001年获中国最高科技奖,于2005年去世。

  (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]杨振宁.读书教学四十年.香港三联书店,1985.114

     [2]张奠宙.杨振宁文集.华东师范大学出版社,1998.705

 

  来源:新清华 第1883期 2012-06-08

 

2012年06月11日 11:29:53  清华新闻网

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