首获诺贝尔奖的华人是杨振宁和李政道

1957年10月31日,美籍华裔物理学家李政道、杨振宁荣获本年度的诺贝尔物理学奖。

李政道是美国哥伦比亚大学教授、美国国家科学院院士、中国科学院首批外籍院士,杨振宁是美国普林斯顿大学教授、美国国家科学院院士、中国科学院首批外籍院士,曾任全美华人协会会长。他们二人合作,于1956年共同提出弱相互作用中宇称不守恒原理,而获得诺贝尔物理学奖。这一原理彻底改变了人类对对称性的认识,促成了此后几十年物理学界对对称性的关注。

诺贝尔奖之梦
1922年9月22日,杨振宁诞生在安徽合肥市一个知识分子家庭。他的父亲杨武之曾留学美国攻读数学,获博士学位,回国后先后在厦门大学和清华大学任数学教授,是最早将西方近代数学引入中国的先驱者之一。聪颖的天赋,加上家庭的熏陶,使杨振宁从小就“天赋禀异”。他不但书念得好,而且兴趣广泛,还在读中学时,他就对父亲说过:“我长大了要争取得诺贝尔奖!”

1937年卢沟桥事变以后,日军逼近京津地区,当时国内著名的北京大学、清华大学和南开大学同时南迁至昆明,合并为“国立西南联合大学”,简称西南联大。杨振宁随父母颠沛流离长途奔波来到昆明,他在念完高中二年级之后,未上高三就考上了西南联大。当时的西南联大集中了许许多多各个学科的著名教授。在这里,杨振宁得到了名师们的极好指点。他在吴大猷教授指导下完成了学士论文。大学毕业并取得理学学士学位后,即入研究生院深造,在王竹溪教授指导下研究统计物理学,取得硕士学位。据杨振宁后来回忆:“在王先生指导下,我写了一篇论文,是关于统计力学的。这篇论文把我引导到统计力学的领域。以后40年间,吴先生和王先生引导我走的两个方面——对称原理和统计力学,一直是我的主要研究方向。”1944年,杨振宁在西南联大硕士毕业后,参加了清华大学公费留美的考试,结果榜上有名。为了办理护照、签证等事项,前前后后足足拖了一年。

1945年11月,杨振宁背起行装,离开生他养他双亲,离开故国,踏上了赴美留学的征途。杨振宁先去拜访当时已名满天下的的物理大师E-费米(Enrico-Fermi,1901-1954)。由于费米从事的工作高度机密,在其推荐下,杨振宁认识了后来被称为“氢弹之父”的特勒(Edward-Teller,1908-2003)。特勒教授身上有一种非常反传统的学术风格,他一有了新的学术见解,会马上拉着自己的同事或学生兴致勃勃地说个不停,过几天,他又会毫无惧色地拉着你纠正自己的看法。在人们看来,在特勒的10个新见解中,几乎有9个是错误的,但就是特勒的这种风格一直启示着杨振宁,这是因为科学研究需要有一种率真和敢于纠正自己错误的胆量。在芝加哥大学经过两年多的学习,在费米、特勒等名师的指导下,杨振宁以优异的成绩取得了博士学位。应校方聘请,他留校当了一年教员。1949年,他来到普林斯顿大学的高等学术研究所工作,在那里度过了漫长的17个春秋。从1966年起,他担任了纽约州立大学石溪分校的爱因斯坦物理学讲座教授,并任新创办的该校理论物理学研究所所长,后来该所被命名为“杨振宁理论物理研究所”。

在理论物理学上,杨振宁创造了许多辉煌。他的最高成就是1954年与R-L-米耳斯共同提出“杨-米耳斯规范场理论”,开辟了非阿贝耳规范场的新研究领域,为现代规范场打下了基础。它被世界物理学家们公认为是20世纪最伟大的理论结构之一,是继麦克斯韦的电磁场理论、爱因斯坦的引力场理论和狄拉克的量子电动力学之后的最为重要的物理理论。

杨振宁的另一杰出贡献则是1956年与李政道合作提出的“弱相互作用下宇称不守恒”理论。

成功搭档的分手

杨振宁的搭档——李政道1926年出生于中国上海,父亲是金陵大学农化系首届毕业生。1943年,逃难到江西的李政道考入了已迁至贵州遵义的浙江大学。那时的浙江大学物质条件很差,没有实验室,就借学校附近的破庙做实验室。学生没有宿舍,就住在会馆里。当时,学生看书的教室也不够用,李政道只好一大早就到学校附近的茶馆里买个座位,泡上一杯茶,一直读书到天黑。茶馆本是一个供人休息聊天之所,自然也是一个很嘈杂的地方。开始时,李政道在这种环境中看书很不习惯,日子一长,他练出了在说笑声中也能静下心来读自己书的本事。可是连这样的日子也不长久,1944年日军直逼贵阳城下,浙江大学被迫停学。1945年他转学到昆明的西南联大就读二年级,师从吴大猷、叶企孙等教授。1946年赴美进入芝加哥大学,师从E-费米教授。1950年获得博士学位之后,从事流体力学的湍流、统计物理的相变以及凝聚态物理的极化子的研究。1953年,他任哥伦比亚大学助理教授,主要从事粒子物理和场论领域的研究。3年后,29岁的李政道,成为哥伦比亚大学200多年历史上最年轻的正教授

1951年起,李政道与杨振宁开始合作,他们对于宇称守恒定律提出了不同看法。“宇称守恒定律”,本来被视作物理学的基本定律,它的基本意思是:左跟右是对称的,假如有两个系统,互相是对方的镜像,也就是它们只是左跟右不一样,其他都完全一样,则它们以后的发展变化也应该是一样的,也就是说,物理学定律不可能有左和右的区分。

1956年,他们提出在β衰变的过程中宇称可能不守恒。他们在理论推导的同时,还提出可以通过β衰变等实验来证明这一猜想。在我们现在看来,似乎他们只再需要一个实验就到了成功的彼岸,但事实上这一步却一点也不简单。从数学上看上去那么完美的麦克斯韦电磁理论,不是也经过了20多年才能够被赫兹的实验所证实。杨李两人可不希望要那么长时间,他们想到了另一位华裔科学家,她就是吴健雄(1912—1997)。

吴健雄是胡适的学生,她于1934年前往美国进行物理学科的深造和研究。20年后,凭着在原子核物理研究方面的杰出成就,她被誉为“中国的居里夫人”。当杨、李二人找到正在哥伦比亚大学的吴健雄的时候,她已经是从事β衰变实验的权威专家。这项实验的困难很大,特别复杂又特别精密,很多人都认为这是浪费时间。但吴健雄不为所动,坚持在位于纽约市中心的学校授课,同时在华盛顿的美国标准局低温实验室进行实验,因为哥伦比亚大学当时的实验仪器不合要求,她别无选择。她首先巧妙地设计了一系列实验,在极低温(0.01K)下用强磁场把钴-60 原子核自旋方向极化(即使其自旋几乎都在同一方向),而观察钴-60 原子核β衰变放出的电子的出射方向。他们发现绝大多数电子的出射方向都和钴-60 原子核的自旋方向相反。就是说,钴-60 原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋,而不形成右手螺旋。但如果宇称守恒,则必须左右对称,左右手螺旋两种机会相等。

为了稳妥起见,吴健雄和实验小组成员又一起对实验中各种因素对结果的影响进行检验,1957年1月2日到8日是她们实验工作最密集的一段时间,她们一次次把温度降低到液态氦的低温,检验所有可能推翻她们结果的因素,直到9日清晨2点钟,她们终于将预定要进行的实验查证完全做完。

这一实验结果使当时的物理学界感到震惊和意外,事后1963年诺贝尔物理学奖获得者维格纳教授回忆道:“我记得那时没有一个人对这一结果感到高兴”。但是吴健雄的实验设计是那么精湛,实验结果是如此不容置疑,使得这篇发表于1957年2月份《物理评论》杂志上、篇幅仅仅两页的论文,成为实验确证β衰变中宇称不守恒的传世之作。不少权威人士认为,假如没有吴健雄的富有独创性的实验加以证明而使人信服,杨、李二人的“宇称不守恒理论”就不能成其为科学的发现。然而十分遗憾地是,1957年的诺贝尔物理学奖却没有把这一荣誉给予对此做出重要贡献的吴健雄,只颁给了提出这一理论的杨振宁与李政道。杨、李二人也由此而声名大振。

一项科学成果,在发表的第二年就获得诺贝尔奖,这是第一次。当时杨振宁35岁,李政道也只有31岁。杨、李二人在科学事业上的亲密合作是难能可贵的,也是十分令人羡慕的。有人评论说,在近代物理学的历史上,像杨、李这样的合作关系是十分罕见的,几乎可以说没有另外一个相类似的例子。当年普林斯顿大学高等研究院的院长、“原子弹之父”——奥本海默经常对人夸奖他们说,他最喜欢看到的景象,就是杨、李两人走在普林斯顿的草地之上。
然而,令人极其惋惜的是,杨、李二人之间如此美好亲密的合作关系并没有长久地持续下去,1962年,杨、李二人宣告关系破裂,这一对科学研究领域的最成功的搭档最终分道扬镳。

对于他们的分手有不少的猜疑,比较可信的可能要算是江才键《规范与对称之美——杨振宁传》(台湾天下远见出版公司,2002)中所分析的,杨李之争的种子早在1949年已经埋下。这一年,两人合写了两篇统计物理学理论,第一篇论文杨振宁排名在前,李政道在后,第二篇论文李政道在前。按照李政道的回忆,虽然第一篇论文主要是李政道做出的,但杨振宁要求排名在前,李政道碍于尊敬长者的传统同意了;第二篇的关键部分是杨振宁做出的,但李政道这次要求排名反过来。杨振宁的看法是,与李政道合写论文都是他带头做,且论文也都是他执笔,他是为了帮助李政道才让出靠前的排名的。有一点可能是当时两人都没有意识到的,这就是,在发表后学术界认为第二篇论文的学术意义更为重要。

而杨振宁、李政道亲密关系的正式破裂,关键在于1962年美国《纽约客》杂志的一篇文章。这篇文章讲到两人如何研究弱作用中宇称不守恒问题而得到诺贝尔奖的经过。报导的作者伯恩斯坦与李政道比较熟,杨振宁曾意识到李政道会借助这篇文章来歪曲他们两人之间的合作关系。文章命名为“宇称的问题(A Question of Parity)”,英文有双关语的意思,外行人看起来变成“平等的问题”。杨振宁读过访问的稿子,曾试图请奥本海默出面阻止文章刊登。但文章还是刊登了,两人由此终于决裂。

江才健还给出了其他可能的原因,例如在诺贝尔颁奖仪式上的杨振宁的待遇明显高于李政道,杨振宁住最好的房间,李政道的房间就差一点,而且由杨振宁夫人杜致礼和国王走在一起,而不是李政道的夫人秦蕙君,这些也使得李政道耿耿于怀。

从1949年的初次合作,到1957年杨振宁与李政道因为“宇称不守恒”理论的贡献获得诺贝尔物理学奖,到1962年的决裂分手,一直到现在进入老年后两人仍不能释怀,杨振宁和李政道在科学上的分道扬镳和生活中的形同陌路不但是国际科学界的憾事,也成为中国科学发展史上的一片阴影。

“血浓于水”
1971年7月28日,杨振宁在中美关系开始解冻后不久即毅然率先访华。曾与杨振宁共事多年的一位著名教授用“血浓于水的骨肉之情”来描述杨振宁的爱国情怀,并认为“他这样做是担了相当大的风险的”。当他首次访华回到美国后,联邦调查局曾多次找他,他非常镇定而坚决地答道:“在中国,我的父亲、母亲、弟妹们——我的亲属们都在那里,我的许多朋友在那里,我想念他们,所以我要去看望他们,这并不触犯美国的法律!”

杨振宁的访华叩开了中美之间紧闭了多年的科学大门,他后来说到:“到1972年夏天作第二次旅行时,我已经拿定主意,作为一名中国血统的美国科学家,我有责任帮助这两个同我休戚相关的国家建立起一座了解和友谊的桥梁。我也感觉到,在中国科技发展的道途中,我应该贡献一些力量。”

周恩来总理在亲切接见杨振宁时,诚恳地请他就中国的教育、科研提出意见和建议。杨振宁坦率地直抒己见:“中国在教学科研中重视理论和实际的结合,这是很好的,在经济比较落后的条件下,这也是必须的。但是,目前中国理工科大学不重视基础教学和理论研究,这是目光短浅的表现,应引起重视。在科研机关里,也存在着不重视基础理论的倾向。”他还谈了一些具体的建议。事后,周总理指示有关部门作了认真的研究并及时给予落实。

“云水风雷变幻急,物竟无存争朝夕”,杨振宁在游览祖国大好河山时写过这样的诗句。他以只争朝夕的精神,穿梭往来于大洋两岸,做沟通中美关系和学术交流的工作。

1977年2月27日,杨振宁在美国以“全美华人协会”负责人的身份与他人共同发起成立“全美华人促进美中邦交正常化委员会”,并花费8000美元在当天的《纽约时报》上刊登全页广告启事“致美国卡特总统公开信”,全文用英文发表,旁边加了八个中文字:“亡羊补牢,犹未为晚”。

中美建交以后,杨振宁几乎每年都要回中国,发表演讲,介绍自己的读书、教学、研究经验。他对中国青年一代寄予厚望,希望他们放开眼界,博学多才,融合中西,培养自己的风格,发挥自己的特长,做有价值的工作,为祖国的发展做出实在的贡献。

1971年,李政道得知杨振宁回到中国探亲的消息,引起了他对生他养他的祖国的无限思念。第二年9月,李政道终于回到了阔别多年的祖国。此后李政道多次回国探亲、访问和讲学,一直为中国的教育和科学发展奔走于中美两国之间。在他的建议和帮助下,从1979年以来,有几十位中国学者到国外学习和培训。李政道亲自参加了建立北京正负电子对撞机的工作,并为我国高能物理实验方面培养了一批骨干。他还倡议创立了中美联合招考物理研究生的项目。在以后的10多年中,在美方的资助下,中国共向美方派出了近千名研究生。

李政道为我国培养人才的极大热情是一般人难以想象的。据李政道夫人说:“为了中国的科学教育事业,他忙得多次生病了。”

在科学上早熟的李政道,深深地体会到中国需要有自己培养的出色科学家,科技人才的培养应该从少年抓起。1974年5月,他利用与毛泽东主席见面的机会,建议在中国科技大学开设少年班。他的建议一提出,很快就被采纳。后来,李政道还亲自去合肥看望了少年科技班的全体同学,并为该班题词:“青出于蓝,后继有人”。

杨振宁和李政道共同为华人第一次获得了诺贝尔奖,虽然二人之间有一些矛盾,但他们对祖国的这份赤子之情,却成为了每一个科学家的楷模。

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