我的学习与研究经历(二)

●杨振宁

  博士生为找题目感到沮丧是极普遍的现象。

  实验工作者的价值观与理论工作者不同,这一点影响了我以后的许多工作。

  最好在领域开始时进入一个新领域。

——杨振宁

赴美追随费米

    1945年抗战结束后,我乘很小的DC3飞机飞到加尔各答。等了几个月的船位,于那年10月乘船经过红海、苏伊士运河和地中海,于11月24日到达纽约。1946年初我注册成为芝加哥大学物理系的博士生,去芝加哥的主要原因是我想跟恩里科·费米(EnricoFermi,1901-1954,见图1)写一篇实验方面的博士论文。

图1 恩里科·费米(摄于20世纪40年代)

  2001年是费米诞生100周年,在芝加哥和罗马都举办纪念他的学术会议。我在会议上宣读的文章里有这样一段[1]:

  恩里科·费米是 20世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜,是因为他在理论物理和实验物理两方面的贡献,是因为在他领导下的工作为人类发现了强大的新能源,而更重要的是因为他的个性:他永远可靠和可信任;他永远脚踏实地。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。我一直认为他是一个标准的儒家君子。

  当时芝加哥大学的物理系是全世界数一数二的。除费米以外,另外一位重要的理论物理教授是特勒(Edward Teller,1908-2003,见图 2),在物理与化学领域做过重要的工作,是天才型的物理学家。后来在 1950年代,他发现了制造氢弹的方法,一跃而成世界名人。

图2 杨振宁与爱德华·特勒(摄于1982年)

  我本来想跟费米做实验物理学的研究,可是那个时候他的实验室在阿贡(Argonne),当时是保密的,我不能进入。所以费米推荐我先跟特勒做理论工作。

寻找题目的沮丧

  1946年上半年,我是特勒的研究生。记得他给我的第一个研究题目是关于Be与BeO的K-电子湮没的几率问题。他建议我用托马斯-费米-狄拉克 (Thomas-Fermi-Dirac)与维格纳-赛茨(Wigner-Seitz)的近似方法做计算。几个星期以后,我给他看我的计算结果,他很高兴地安排我做一个报告,那是我在美国第一次做学术报告。记得那天在座十几个人中有好几位重量级人物,如费米、特勒、尤里(Harold Clayton Urey)和迈耶夫妇(Mayer)等。报告以后大家的反应都非常好,特勒要我把此计算写成一篇文章。于是我花了一星期来做此工作,可是写来写去始终觉得不能完全掌握我的计算的可靠性,因为其中用了好几种不同的近似方法,所以写不下去了。特勒倒也不在意,给了我另外一个关于核物理的题目。

  特勒当时有六七个研究生,我们每周一次或两次聚在一起和他讨论,也常常和他共进午餐。特勒的新见解非常之多,对于当时的核物理学、凝聚态物理学、宇宙射线问题等等都非常有兴趣。可是我渐渐发现,他的研究方法与我所喜欢的研究方法不一样。所以我虽然继续参加他的讨论会,可是开始自己找理论题目。

  1946年秋天,费米介绍我去做艾里逊(Allison)教授的研究生,他是核试验物理学家,当时正在建造一台400千伏的科克罗夫特-沃尔顿(Cockroft-Walton)加速器。他的实验室里有五六个研究生,我就成为其中一员,虽然我仍然继续参加特勒的讨论会。

  当时我在芝加哥大学的物理系是非常有名的研究生,因为我在联大所学到的基本理论物理已达到了当时最前沿的标准,可是我的动手能力非常蹩脚。同学们很佩服我的理论知识,常常要我帮他们解决理论习题,可是大家一致笑我在实验室里笨手笨脚。“Wheret here is Bang,there is Yang!”(哪里有爆炸声,哪里就有杨振宁———编者注)1947年对我是一个不快活的一年。那时黄昆在英国做研究生,我给他的信中就曾用“Disillusioned”(幻想破灭)来描述我当时的心情。为什么呢?因为一方面我虽然努力,可是没有做实验的天分,而理论方面呢,几个自己找的题目都没有成果。

  博士生为找题目感到沮丧是极普遍的现象。

幸运地进入新领域

  回想起来,那一年我自己找的理论题目包括下面四项:(1)1944年昂萨格 (Onsager)的关于伊辛模型(IsingModel)的文章;(2)1931年贝特(Bethe)的关于自旋波(SpinWave)的文章;(3)1941年泡利(Pauli)的关于场论的综合报告;(4)1943年以后,许多关于角分布的文章。这四个题目中前两个是统计力学里面的问题,我对它们感兴趣是受了王竹溪先生的影响。后两个题目与对称性密切相关,我对它们发生兴趣是受了吴大猷先生的影响。

  在这四个题目中,前三个当时芝加哥大学没有别人感兴趣,我自己一个人在图书馆中研读,求了解,求发展。每一项都花了几个星期的努力,都以无成果而告终。只有第四项是特勒极感兴趣的研究。当时这方面的理论论文很多,可是都不够严谨。我花了几个星期用群论分析 “物理规律旋转不变”(Invariance of Physical Lawsunder Space Rotation)的意义,得出了几个漂亮的定理,写成一篇短文。特勒很喜欢这篇文稿。恰巧在1948年春天,全系师生都知道杨振宁在艾里逊实验室的工作不成功。于是特勒主动来找我[2]:

  有一天,特勒来找我。他问,你做的实验是不是不大成功?我说,对了。他说:“你不必坚持一定写出一篇实验论文。你已写了理论论文,那么就用一篇理论论文来作毕业论文吧。我可以做你的导师。”我听了这话很失望,因为我确实是一心一意想写一篇实验论文的。我说需要想一想。想了两天,决定接受他的建议。作了这个决定以后,我如释重负。这是我今天不是一个实验物理学家的道理。有的朋友说这恐怕是实验物理学的幸运。

  那么我的一年多的实验经历是否白费了呢?不是,绝不是:我从中了解到,实验工作者的价值观与理论工作者不同,这一点影响了我以后的许多工作,最显著的是1956年的宇称可能不守恒的文章与1964年的CP不守恒的唯像分析[3](phenomenological analysis)。

  我的博士论文是我进入对称与不变性 (Invariance)领域的第一篇文章。紧接着又发表了我在此领域中第二篇文章,是关于π0的自旋的工作,其中仔细分析了场论中不变性的群论表示。这两篇文章使我一跃而成为用群论与场论分析对称的专家。那时此领域才刚刚开始,能在那时进入此领域是极幸运的。

  最好在领域开始时进入一个新领域。

  (未完待续。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.曙光集.三 联 书 店,2008.311—312

  [2]杨振宁.读书教学四十年.香港三联书店,1985,118

  [3]请参阅Cronin的1992年演讲《C.N.YangandCPViolation》.见《ChenNingYang,AGreatPhysicistoftheTwentiethCentury》,Ed.C.S.LiuandS.T.Yau,InternationalPress,1995

 

  来源:新清华 第1885期 2012-06-22

2012年06月26日 15:46:38  清华新闻网

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