20世纪物理学有辉煌的历史,从长远的立场上讲起来,从物理学自己的结构讲起来,最最重要的是头三十年的三个观念上的大革命。这三个重要的革命就是:1905年的狭义相对论、1915年的广义相对论,以及1913~1927年所发展出来的量子力学。
这些基本观念上的革命,不单影响了今天整个物理学,而且影响了我们每一个人的日常生活。因为没有量子力学就不会有半导体,没有半导体就不会有今天的计算机。你想一想如果没有今天的计算机,今天的世界跟现在不可能是一样的。
而我有幸认识了许多20世纪初年的大物理学家,他们比我年长20岁或者30岁,很多我都很熟识的,比如狄拉克,我跟他有很多次的谈话,很多是关于物理,也有是物理以外的。
这个是泡利,是发现“互不相容原理exclusion principle”的一个奥地利人,后来长期住在瑞士。他在50年代经常每年都到Institute for Advanced Study(普林斯顿高等研究院)来,所以我很认识他。他在物理学里头的贡献非常之大。
这一位是Enrico Fermi (费米),在意大利出生,1938年获得诺贝尔奖金。在他得诺贝尔奖金后,他把全家(他当时有太太以外,还有一个儿子,一个女儿)都搬到Stockholm(斯德哥尔摩,瑞典的首都)。
这个当然是很正常的事情,可是不正常的是他去(斯德哥尔摩)之前就已经跟(美国)哥伦比亚大学接洽,说是他去了Stockholm就不回(意大利)了。果然他全家就搬到了美国,以后他变成了美国人,而且对于美国的武器,原子武器有重要的贡献。
Enrico Fermi是我的老师,我当然非常认识他。
这位是海森堡,这张照片是他23岁的时候,他当时还没有做出他的革命性的、历史性的贡献——量子力学。
这是狄拉克。
刚才这几分钟,我给大家看了泡利、费米、海森堡和狄拉克,他们四个人出生都是在1900,1901~1902,所以最近这几年有很多庆祝他们几位诞生100周年的会议,我去参加过两个。
这个组织的人要我给演讲。所以我就想了想,我觉得中国的文艺批评有一个传统,就是用一个或者两个,或者是很少的几个字来描述一个人的风格。所以我想也许我可以如法炮制,对他们思维、研究风格做一个总结性的话,那么这是我得出来的结果。
泡利,对于一个物理学家讲起来,他最重要的就是power,他能够冲破几乎不能想象的困难,能够克服,所以这是他的特点。
费米,人不高,是很壮的一个人,而且他讲话非常之踏实。所以,你跟他交往了不到几分钟,你就知道他所讲的话,每一句话都是他想过的,而且都是绝对可靠的。
海森堡跟他们两位都不一样,是一个很和蔼可亲的人,他在24岁的时候所提出来的量子力学,那这是人类历史上最重要的革命之一。可是你去看他的文章不清楚,里头有渣子。(等会儿我还会把这个再跟大家跟大家再讨论一下。)
狄拉克,跟海森堡齐名,对量子力学有决定性的贡献。可是狄拉克和海森堡的作风,你看他们的文章完全不一样。(等会儿我还要大家再讨论一下。)
我刚才也讲了,泡利的数学能力是最有力量、最powerful,这个我还没想起来哪个中文的字眼最正确地能够翻译powerful这个词。
比如说1925年海森堡和狄拉克他们提出了量子力学以后,这个量子力学当时所提出来的是一种从前大家不大讨论的数学,这个数学是新的,所以要解决这个数学里头的问题,大家一筹莫展。
结果在两个月之内,泡利就解决了一个重要的问题,就是氢原子的光谱,这个震惊了整个的物理学界,而也因为这个大家才了解到,原来海森堡所提出来的量子力学是有道理的。因为海森堡提出来的文章里头跟实验没有关系,它只是一些原理、只是一些理论,通过泡利把它解出来以后,可以跟氢原子的光谱对极了,大家才知道,原来海森堡的这个理论是跟实验有密切关系的。
泡利做工作是不苟且的,所以他是一个十分可信的物理学家,有人称它为Conscience of physics(物理学良心)。
可是他对别人有时候极不客气,这个我有亲身的经验。
我在1949年是一个博士后到institute for studies(普林斯顿研究院)。 我去了以后就有另外一位博士后(他已经在那儿待过一年了),他跟我说,你得要小心泡利这个人,不容易对付。我当时并不知道这句话是什么意思。后来开学以后,我和一位朋友叫做David Fledmen,我们有一个想法,所以我们就在研究这个问题,泡利听说了我们在做什么,非常感兴趣,这一来,我就懂朋友所讲的是什么意思了。因为他每天早上10点就到我的办公室来就问“你们又有什么新的进展?”,假如我们没有新进展的话,他就讲一些嘲笑的话,讽刺的话。这样过了几天以后,我们很怕看见泡利。所以我就懂我的那位朋友先前给我警告是什么意思。
比如说现在还健在的90多岁(2005年已去世)的一位物理学家,叫贝塔(汉斯.贝特),他是一个诺贝尔奖项获得者。他曾经做过泡利的助手,他比泡利大概年轻五六岁的样子。泡利因为早熟,所以很早就做了教授,需要助手,就把贝塔找来了。第二年,贝塔走了,来了Viscose,是另外一个重要的理论物理学家。过了一两个月以后,泡利对他不太满意,泡利就对Viscose说,我应该还留着贝塔。
泡利,我刚才讲他的一个的贡献(不相容原理),他还做过很多重要的贡献,可是他没有做最最重要的、革命性的贡献。
他是1958年去世的,在他过去的前几个月,他在伯克利(大学)有一系列演讲,有一位物理学史专家经常去听他的课,课上完了以后,他们到酒吧去喝一点酒,谈话。
后来这位科学史家,叫做Merad,他说,有一天喝了几杯酒以后,泡利说:“年轻的时候,我以为自己是当时最好的理论物理学,是一个革命者,大问题来了,我将是解决它们的人。大问题确实来了,我只是一个学者,不是一个革命者。”停顿了一下,他又说,“我年轻的时候真是十分愚蠢。”
这个话,我想是泡利晚年的时候说的,他是58岁的时候过世的,他过世的前几个月,前半年的样子吧,是对他自己年轻的时候所做的工作的概括。
费米,我刚才讲过了,是一个坚实稳重,他做人、做物理都是这样子的,所以在他在世的时候,所有跟他接触的人,不管是学生、同事、政府的人都非常尊敬他。
比如我可以给大家讲一个故事。
当时打完仗以后,因为美国爆了原子弹,这个当然时震惊了整个世界,尤其是震惊了所有的华盛顿的政府里头的人。
奥本海默因为是主持原子弹设计的人,所以就变成了一个当时美国最最重要的、家喻户晓的一个物理学家。那个时候,战后对于原子能、对于原子弹的控制,美国设立了一个Atomic Energy Commission(原子能委员会)。Atomic Energy Commission是一个政府的组织,里头关于学术方面的重要决策是由一个叫做general advisory committee来做种种建议。这个当时极为重要的一个组织。
奥本海默自然的就是这个委员会的主席,而费米是这个委员会的一个成员。在五十年代初,有一天,奥本海默到芝加哥去,他回来的时候,我看见他,他跟我讲了一个故事。
他说,我所以到芝加哥去的原因,是因为“费米在这个委员会上面的聘任期已经到了,我希望他再继续下去,所以我到芝加哥,特别去请他续聘,续任为这个委员会的委员之一”。
奥本海默说,他跟费米再三讲,费米不肯。最后费米说,“对于这个委员会所讨论的许多事情,我不敢讲我的见解一定是对的,所以我想我还是不要再在这个委员会里头了。”
这个你可以想象,很少人面临着这么重大的一个聘用,会像他这样子来拒绝掉的。
奥本海默给我讲这个故事,因为他知道我是费米的学生,我跟费米的关系非常密切,而奥本海默讲话的口气显然的是非常敬佩的。
费米对我的影响非常之大,我佩服他的物理工作的风格、他的人品。
我再给大家讲一个小故事。
1954年的夏天,我在伯克利(大学)访问。那个时候每年夏天我们都搬到伯利克去,因为有世界最大的加速器,里边出来的成果正是我所要研究的。
费米从芝加哥经过伯克利,他要到意大利去讲学。他那个时候已经有食管癌了,可是没有人知道,他自己不知道,他的大夫也不知道,我们都不知道,他还是非常活跃的。
我记得他那一个礼拜,他给了伯克利3个演讲都非常精彩,而且是3个不同的物理学领域的。
有一天我们都到海边,到大西洋去游泳。 费米不高,很结实,而且他做一切事情都是能够贯彻始终。他网球打的不是最好,可是是非常努力,而且是在芝加哥大学的教授里头,也算是打得很不坏的。
他喜欢游泳,游的不快,可是可以游很长的距离。我游泳是不行的。我们到了beach(沙滩)上,费米说“我们游出去”,所以我就跟他游出去了。
大西洋的大浪来了,我从前从来没有游过到一个breaker外头去了,结果因为费米在前头走,我就跟他直直走,走出了第一个breaker,他已经走了,比我也许前二、三十米。
我后来想想,这东西不太妙,我不能紧跟着费米,所以我做了一个决定,就回去了。我想这决定是对的。
海森堡在20年代的贡献是人类历史上少见的,他是第一个提出来“量子力学“最起初的观念的人。这是公认的大贡献,而他的贡献绝不止这一个,他还有好多别的贡献。
可是他的文章非常奇怪,就是他的每一篇文章里头都有精辟的见解,可是混杂在许多错误的见解上。他对当时光谱实验物理的各种奇异现象十分熟悉,善于开辟新的、尚未成熟的新思路。
他喜欢爬山,所以在他晚年的时候,他写了一篇很有意思的文章,描述他做研究工作的是怎么一个状态。
他说,“爬山的时候,你想爬某个山峰,但往往到处是雾。你有地图或别的索引之类的东西,知道你的目的地,但是仍堕入雾中。忽然,你模糊的,只在数秒钟的功夫,自雾中看到了一些形象。你说,‘哦,这就是我要找的大石头’。整个情形自此发生了突变,因为虽然你仍不知道你能不能爬到那块大石,但是那一瞬间,你说‘我现在知道我在什么地方,我必须爬到那块大石,就知道该如何前进了’。”
这一段话很显然描述了他在24岁的时候,在德国的一个岛上休假,在天快亮的时候忽然想出来的一个见解。这个见解就有了后来奠定了量子力学的第一篇文章。
我们可以把狄拉克的风格跟海森堡来对比,他们完全不同。
狄拉克的文章,读了以后使得你惊叹其妙其美。我觉得最好的方法来描述他的文章,就是你看了以后觉得这是“神来之笔”。狄拉克的文章独创力强,清楚、直接,没有渣子。所以我认为最好描述狄拉克的文章是“神来之笔”,而且你觉得它是“秋日文章不染尘“。
海森堡的文章独创力强,可是往往不清楚,有渣子,正确的和错误的方向纠缠在一起。
所以,你看了狄拉克的文章以后,一方面惊叹它这个妙的地方,一方面你就了解到你已经没有什么东西可以做了,凡是正确的东西都讲干净了。
海森堡不一样。你看海森堡的文章,你就知道这里还有好多东西可以做。最重要的就是,你得了解他所讲的东西,哪个是对的,哪个是不对的。你如果能够判断出来哪个是不对的,屏蔽掉;把对的那个去发展,你就会立刻写出来非常重要的文章。
这是他们两个人的文章非常鲜明的不一样的地方。
海森堡在26岁的时候就到了Leipzig university(莱比锡大学)理论物理系的主任。他非常好强,喜欢打乒乓球,独霸整个系。可是在1928年,从美国来了一个博士后,这个人的乒乓球打得非常之好,所以海森堡只好屈居亚军。
这个美国来的博士后是大家都知道的周培源。周培源先生在Caltech(加州理工大学)得了博士学位,到欧洲去一年,1928~1929,在那个期间,他有一半的时间待在Leipzig。所以我刚才讲的故事,现在是记载在Leipzig物理系的历史里。
周培源先生回国是1929年,就看见了这个小孩,这就是我。
那个时候我父亲(杨武之)从厦门要到转到清华去做教授,因为我母亲(罗孟华)和我在上海,我母亲那时候分娩生了一个孩子,不幸这个孩子,我的妹妹,夭折了。因为这缘故,所以我们耽误了,我跟我母亲留在上海。
在1929年10月,我们坐火车到北平去,恰巧周培源先生那个时候也从上海要到北平。周先生跟我父亲在芝加哥大学曾经同学,所以我父亲就写信请他照顾我们母子,所以这就是那个时候周先生所看见的杨振宁。
我在芝加哥大学念书,除了跟费米关系非常之好,念过他很多的课,受了他非常重要的影响以外,另外一位就是泰勒。
泰勒今天还健在,已经94岁了(2003年去世)。我看见他的时候,他三十几岁,是很有名的物理学家,可是没有后来名气大,后来他是解决了氢气弹的结构,所以报纸上称他为“氢气弹之父”,他很不喜欢这个名字,不过我想他没法摆脱这个名字。
泰勒对我的影响也非常之大。因为他是一个直觉非常强的物理学家,所以他的想法非常之多,我曾经说泰勒一天至少有10个想法,其中9个半都是错的。可是如果每天有半个正确的想法,那这人就是不得了的科学家。
另外还有一点我从他学到的,就是他不怕讲不错。
他有很多见解,所以他在走廊上看见就抓住你说我现在对于什么东西,分子的结构有一个新的想法,跟你讨论,你要是不同意他,你可以反对他,假如你反对的有道理,他完全接受,而且很可能就邀你跟他合作。所以他的合作者非常之多,所以他有很重要的贡献。
这个是我接触他了以后,深深了解到这跟中国传统的对于做学问的态度不一样。中国对学生是说,“不要乱讲话,你还没想清楚,你不要乱讲,要讲话丢人,或者还有更坏的结果”。
泰勒完全不是一样的。所以你看他整天思想非常活跃,而且很兴高采烈,因为他随时都能觉得还有新的重要的见解,一直到今天还是这样。
他最近九十几岁的时候,最近这几个月出了一本传记,这个传记很有意思,我觉得大家如果有功夫可以看一看(我自己的感觉是这样的)。因为他后来跟奥本海默之间的冲突,所以现在美国的传媒95%都是攻击他。所以这本传记,你要看这些报纸杂志上的书评,都是拼命批评他。其实这本传,我觉得是写的很好的,而且并没有什么我能够看出来的夸张的地方。
爱因斯坦,在1949年的时候,在institute(普林斯顿高级研究院)就退休了。
我是1949年去的,那个时候当然他已经是物理学里头最有名的物理学家,而且是有重要的贡献。刚才我第一张幻灯片讲,20世纪初年有三个重大的革命,这三个重大的革命有两个半都是爱因斯坦所提出来的。
我去institute的时候,他已经退休了,我们当时在institute有二十几个博士后,念物理的,我们当然都非常尊敬他,可是我们不大愿意去找他,有两个道理:
第一个当然是他年纪大了,我们怕打搅他;
还有一个道理是因为他那个时候的研究方向叫做统一场论,这是他最后半生极力、全力去搞的。那个时候我们没有人在搞这个东西,那个时候是很不实际的一个方向,所以我们没有去找他。 等到过了几十年以后,今天你来看的话,就知道他当时所做的东西虽然没有什么大的影响,可是他所要做的方向是对的,而这个方向还是今天物理学的主流方向。
爱因斯坦不会开汽车。他家住institute,我想大概一个半英里的样子,他每天就走过来,所以我们都知道爱因斯坦什么时候大概要走到什么地方。
那时候,我的大儿子叫做杨光诺,有一天,我就带他到爱因斯坦走来的路上面,就爱因斯坦说,(他认识我,我们没有很多的交谈),我跟他说,“爱因斯坦教授,这是我的儿子,你可不可以跟他照张相”,所以就照了这张相。
一般人以为爱因斯坦是一个非常慈善、与世无争这样子的人,这个印象是完全错误的。你如果看了现在很多关于爱因斯坦传,很多人搜集了很多材料,就知道,爱因斯坦,你初接触他,你会觉得他是一个与世无争的人,其实他对于人性,对于世界的一切,还有对于有些人的批评都是非常尖锐。
他喜欢大海,他曾经对他的第二个孩子说,“大海有时候平静友善,有时候却汹涌可畏,它是水做的,但是你要注意,我们人也都是水做的。”
这个是尼尔斯.玻尔,是催生量子力学的人。
我在第一张幻灯片上讲三个大革命,其中最后一个是量子力学。
量子力学的开始有几个重要的贡献,第一个是1900年普朗克提出来量子数这个观念,然后第二个重要的贡献是爱因斯坦1905年,第三个重要的贡献就是尼尔斯.玻尔。
因为尼尔斯.玻尔在1913年,还很年轻的时候,他把普朗克的量子数拿来应用到原子结构,这是当时没有人想到的,这个出来了极为重要的结果,可是有一些不能自圆其说的地方。
又搞了十几年,海森堡来了,才把这个问题完全解决了。所以大家公认,尼尔斯.玻尔是对于量子力学有决定性贡献的。
尼尔斯.玻尔,我很认识,因为他经常到institute for advanced(高级研究院)来, 我跟他有过很多的谈话。可是跟他谈话很困难,因为他的声音长得很低,而且他是丹麦人,你们如果哪位跟丹麦人熟悉,你觉得这丹麦人讲的话都是咕噜噜咕噜噜的,不大容易听得懂。
我记得有一次我到丹麦去,1957年到丹麦去访问,就去看尼尔斯.玻尔。尼尔斯.玻尔住在Carlsberg Castle(嘉士伯城堡)里头。
大家当然在香港都知道Carlsberg啤酒,这个嘉士伯啤酒在19世纪,买了一个很大的园子和一个castle(城堡)。The Carlsberg Fundation(嘉士伯基金会) 成立了。Fundation(把园子和城堡)捐给政府,说在园子和Castle居住的人要是当时丹麦最有名的学者。所以从30年代开始,尼尔斯.玻尔就住在里头。
1957年我去看他。那是一个很讲究的、很大的、有很多柱子的一个建筑。他带我在走廊上来回走了大半个钟头,因为他对宇称不守恒发生兴趣,所以他要跟我讨论。不过我必须承认,讲了半个钟头,我完全没懂他在讲的是什么。
尼尔斯.玻尔对哲学非常感兴趣。他有许多话,比如他说,“一个最深的真理,与它的opposite(对立面)都是对的”。
还有一个故事。说他有一个朋友去看他,在他的办公室前头看见门口挂了一个马蹄铁。大家知道在西方一个马蹄铁算是带来幸运的。
所以那位访问者进去以后就跟玻尔说,“玻尔教授,我不知道你会相信这种迷信的。”
玻尔说:“不不,我不相信。不过我知道,虽然你不相信,它还是灵验的。”
1953年,在日本召开了第一个战后日本举行的大型的科学讨论会。那个时候因为汤川秀树得过了诺贝尔奖(1949年),而欧美的很多学者都愿意帮助日本发展战后的科学,所以那次是很盛大的。
这是一个团体照。这个团体照里头,你如果看前排,第二排第二个人就是我太太(杜致礼),她科技项目的作者。这是我们的老大(大儿子)叫做杨光诺。
这个前排还有一个小孩,他是P.W.安德森的孩子,P.W.安德森是今天最最重要的理论固体物理专家。
我给大家看这张照片,因为这张照片有一个特点,组织这个会议的人是非常有眼光,因为在这个里头,我数了数,有17个人后来得到了诺贝尔奖金。
要请17个得过诺贝尔奖金的人来开会也许不困难,但你要想请这么多的人,其中有17个人将来得诺贝尔奖金,这个是很困难的事。
好,我就讲到这为止,谢谢。