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TUhjnbcbe - 2023/7/28 21:37:00

光子盒研究院出品

导读:年10月1日是杨振宁先生的阳历岁生日,光子盒谨以此文祝贺杨振宁先生生日快乐。

杨振宁,年10月1日生于安徽合肥,35岁获得诺贝尔奖。后来发表的杨-米尔斯理论更是与牛顿力学、麦克斯韦方程组、爱因斯坦的质能方程齐肩。

他是最早获得诺贝尔奖的华人,他的“宇称不守恒”观念颠覆了物理学的一般认识。他不仅是中国物理学史上一座难以攀登的高峰,更是世界物理学史上无出其右的引领者。

他的学说影响了20世纪后半叶以及现在的整个理论物理学的发展,有7个诺奖是因为找到杨振宁的标准理论所预测的粒子而获奖的,例如丁肇中、希格斯。研究标准理论获得诺奖的有几十个,杨振宁的影响几乎垄断了六十年来的诺奖物理奖的理论物理和粒子物理部分。

在有着数学诺贝尔奖之称的菲尔兹奖领域,有6个是研究杨振宁的方程而来(3个和杨-米尔斯方程相关,3个和杨-巴克斯特方程相关)。

但杨振宁的贡献远不止于此。更重要的是,他让国际正视中国科学家的学术科研能力,为国内科研发展推波助澜。更在高能物理界的一片狂欢中,时刻从国情出发,从未来科研方向的专业角度考虑,冷静自持,理智发声。

01

混沌年代的寻美求真

物理到底是什么?一般来说,物理是以观察事实为依据,探求我们身处的自然界所发生的各种现象(主要限于非生物现象)背后的规律。这对于不同人有着不同看法。而在杨振宁的眼里,物理是一个寻美求真的过程。

杨振宁天资聪颖,从小就展现出异人的天赋。他生于战乱年代,童年所留给他的模糊记忆仅剩下“跑反”——为躲避军阀医院或教堂。这种时代的印记所留给儿时的模糊印象,很难说没有影响到他以后所选择的生活。

后来,他出国留学的父亲归国,于年受聘至清华大学数学系任教。此后直至年“卢沟桥事变”的8年间,杨振宁在清华园度过了一个如百草园一般的奇趣无穷的少年时代。而在年归国定居,杨振宁也是选择回到度过他最美好少年时代的清华大学。

家庭教育的熏陶,生活环境的影响,杨振宁的聪颖与在数学方面的天赋早早就在中学时代显露出来,而真正对物理的兴趣则是在西南联大的学习。

后来,随着战乱开始,杨振宁一家前往昆明避难。他念完高二(年)以后,就参加了统一招生考试,在两万名考试中以第二名,考取了西南联大。存在只有8年时间的西南联大,在中国近代教育史就是一个奇迹,杨振宁也是这奇迹教育史的受益者之一。

当时,教授杨振宁大一物理的赵忠尧、大二电磁学的吴有训和力学的周培源,以及大三原子核物理的张文裕,这些都是后来在中国近代科学史上有代表地位的科学家。

而对他影响最深的两位则是吴大猷教授和王竹溪教授。吴大猷教授引领他走上对称原理的研究方向,王竹溪教授则给了他统计力学的启蒙,而这正是杨振宁后来在科学上创造顶尖地位的两个领域。

年,吴大猷在西南联大教古典力学和量子力学,杨振宁跟随其学习。就在这一年杨振宁寻求吴大猷指导其大学毕业论文,吴大猷教授给了他一篇讨论分子光谱学和群论关系的文章。

杨振宁回家向父亲讨教,他的父亲杨武之是中国第一代留学的数学博士,父亲虽然对物理不甚了解,但却很了解群论。于是就给了杨振宁一本狄克逊的《近代代数理论》。这本书非常精简,在20页之间就把群论中的“表示理论”完全讲解清楚了。

在杨振宁后来的回忆中,他从群论中感受到了数学的精简之美以及群论在物理中应用的深入,这对他后来的物理生涯有着巨大的影响。而在杨振宁后来的物理工作中,始终带有简约美妙的数学风格。

也正是吴大猷教授的引导,杨振宁对对称原理领域的兴趣从此一发不可收拾。对称原理也是他一生主要的研究领域,占了其研究工作的三分之二。

年,杨振宁后考入该西南联大研究院理科研究所物理学部(清华大学物理研究所)读研究生,师从王竹溪教授。

王竹溪教授的专长是统计力学,他把杨振宁引导进了统计力学的研究领域。而杨振宁一生的研究工作有差不多三分之一是在统计力学里面。

杨振宁在西南联大7年的学习生涯中,除了正常的课程,他还听过一个系列的电磁学方程讲座,以及王竹溪教授讲的“相变”。后来他在联大附中教书时,自学了留学过英国剑桥大学的马什骏的场论。这些学习给他打下了深厚的物理基础,后来他也在相变和场论相关的领域做出了引人注目的贡献。

这7年的学习不仅仅让他认识到物理的内涵,更是形成了他个人对物理学科独树一帜的风格和品味,而这在他后面的研究和工作生涯中一展无遗。

02

物理学上裂开的一道口子

年,杨振宁西南联大研究生毕业。第二年,他得到庚子赔款奖学金赴美留学。

由于在西南联大实验的经验几乎为零,而物理的基础是实验,当时的杨振宁一心打算跟随恩利克·费米(EnricoFermi)学习,并做一篇实验论文。

费米是20世纪最伟大的物理学家之一,被誉为“中子物理学之父”。他于年因“发现中子轰击产生的新放射性元素并发现用慢中子实现核反应”而获得当年的诺贝尔物理学奖。

费米

当时,费米的实验室已经从哥伦比亚大学迁移到芝加哥大学。年,慕名而来跟随费米学习的研究生或博士生不在少数,而杨振宁就是这其中一员。

费米的风格严谨扎实,从理论到实验物理,从最简单的问题到最深奥的问题,都做了详细的笔记。杨振宁更加认识到,万丈高楼平地起,物理也不意外。再抽象化的问题都是在大量的基础工作之上衍生出来的,并非一蹴而就。另一方面,费米更侧重与论题的本质与使用,反对形式化的东西,也不会钻牛角尖。这些极大地影响了杨振宁对待研究的态度与观念。

后来由于费米的工作在阿贡国家实验室,与国防研究有关,身为中国人的杨振宁无法参与。费米便推荐他到爱德华·泰勒(EdwardTeller)门下做一些理论的工作。

泰勒被誉为“氢弹之父,他于年代移民美国,并成为曼哈顿计划的早期成员,参与研制了第一颗原子弹。泰勒是一个非常强调直觉的物理学家,他的想法非常具有启发性。杨振宁在跟随泰勒学习后,他学到了注重数学跟物理的关系,证明是重要的,但发展直觉也很重要。

泰勒

在这一阶段,杨振宁尝试做了实验,但结果不尽如人意。那个时候实验室还有许多关于杨振宁的笑话,最为人津津乐道的就是“哪里有爆炸声,哪里就有杨振宁。”杨振宁至此深刻地认识到实验物理和理论物理的差异,在其导师的劝说下,他放弃了写一篇实验论文的念头,专注投身于理论物理。

年,杨振宁开始着手于为博士论文找选题。理论题目包括下面四项:

(1)年Onsager的关于伊辛模型的文章;

(2)年Bethe的关于自旋波的文章;

(3)年Pauli的关于场论的综合报告;

(4)年以后,许多关于角分布的文章。

而当时他自己找的这几个题目并没有成为他的博士论文,而是选择了泰勒和著名物理学家柯洛平斯基(E.Konopinski)曾发表的核反应中角分布和角动量的文章。泰勒用的是直觉的方法,而杨振宁则是用群论的方法把这一问题解决了。不过虽然当时杨振宁自己想要攻克的问题没有开花结果,但在后来影响却极大。

年6月,杨振宁得到了博士学位,并在这年秋天被芝加哥大学聘为讲师。这一阶段,物理学界非常

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