刚过完103岁生日的杨振宁先生,走了。
刷手机的时候,突然弹出来这么一条消息。
那一瞬间,我感觉时间都停了一下。
斯人已逝,今天,我们更需要记住的,是这位科学巨擘对中国,以及对全人类的贡献。
杨老曾经说,自己最大的贡献可能是克服了中国人不如人的想法。
这话听起来可能有点谦虚,但你得知道,在很长一段时间里,世界主流物理学的桌子上基本没有华人,甚至出现过“中国人适不适合搞科研”这种论调。
而杨振宁,是第一个彻底破除这种偏见的人。他不仅证明了中国人能够做出顶级的科学发现,还直接改变了人类对物理学的认知。
而他的故事,要从20世纪初,战火纷飞的昆明说起。
1938年秋天,16岁的杨振宁考入西南联大物理系,在吴大猷、叶企孙这些大师的熏陶下,少年杨振宁打下了坚实的物理学基础。后来,他远赴美国芝加哥大学,又师从“氢弹之父”泰勒,同时也深受费米的影响。
可以说,他集齐了当时物理学界最顶级的导师天团,属实是天才少年无疑。
而他之后的成就,也证明了他无愧于这份顶级传承。
我们现在一提到杨振宁,大部分人首先想到的可能是诺奖。
但其实,真正奠定他历史地位的并不止于此,一个在物理学圈内流传甚广的“八卦”是:宇称不守恒,只是杨先生“三流”的工作。
那这个“三流”的工作是什么,简单来说,就是回答一个很简单的问题:我们的世界,和镜子里的世界,物理规律是一样的吗?
在1956年之前,全世界的物理学家都觉得,那必须一样啊!对称性显而易见是当时的物理学里最优雅、最明摆着的事儿。上帝造物,怎么可能左撇子和右撇子还不一样呢?
但在微观层面,一些粒子(θ-τ粒子)的衰变,怎么算都跟“宇称守恒”对不上。当时几乎所有物理学家都觉得是实验搞错了,或者有啥未知粒子。但只有杨振宁和李政道,这两个年轻人,提出了一个石破天惊的想法:
有没有可能,不是实验错了,而是在弱相互作用(比如粒子衰变)这个领域,上帝他老人家,就是个左撇子?
这想法一提出来,整个物理学界都炸了。物理学家泡利直接说:“我不信上帝是个左撇子!”结果华裔女物理学家吴健雄女士,用一个极其精巧的“钴-60实验”,干净利落地证明了宇称真的不守恒!
这个发现,直接把物理学大厦的一根承重柱给敲断了,更重要的是,它给了当时一片迷茫的物理学界一剂强心针,为后来“标准模型”的建立扫清了最大的思想障碍之一。
第二年,35岁的杨振宁获得诺贝尔奖。而他同时代的物理学大家们,大部分都是在20年后才拿到自己的诺奖。
一个“三流”的工作,就能让他扬名立万,那他“一流”的工作,得有多恐怖?
这个排在第一位的,就是1954年,他和米尔斯一起提出的——杨-米尔斯理论,也叫规范场论。
这个理论听起来很深奥,实际理解起来也并不简单。众所周知,宇宙有四种基本力。牛顿统一了天上的力和地上的力,麦克斯韦统一了电、磁、光。
但到了20世纪,物理学家们发现,四种力的后两种,强核力和弱核力,别说统一了,连他们是个啥玩意儿都很难搞明白。因为当时的物理学研究,就是“摸着石头过河”。要先做实验,观察海量数据,然后试图从数据里凑出一个数学公式来。
从爱因斯坦开始,科学家们找到个新路子。简单说,就是先找到一个绝对可靠的“对称性”,然后直接从数学上推导出物理理论,最后再用实验验证。
这就是“对称决定相互作用”,一种哥白尼式革命。而杨振宁先生,就是爱因斯坦这个思想最正统、最强大的继承者。
他发现,电磁力,就是从一个叫“U(1)群局域规范对称性”的东西里“长”出来的。那么既然电磁力可以,那强力、弱力,是不是也可以?
这个想法,在当时可以说是惊世骇俗。最难的地方在于,电磁力的对称性是满足交换律的(就像3+5=5+3),而强力和弱力背后的对称性是不满足的(就像你先左转再右转,和你先右转再左转,结果完全不同)。
把这个理论从满足交换律的“阿贝尔群”,推广到不满足交换律的“非阿贝尔群”,这中间的鸿沟,就像是从二维世界升级到三维世界。
即便是杨先生这样数学功底深厚的物理学家,也花了十几年时间,才最终填平了这道天堑。
所以这个理论有多牛逼呢?
如果说,之前的物理学定律,像一个个独立的APP,牛顿管宏观,麦克斯韦管电磁,各管一摊。那杨-米尔斯理论,就是给所有这些APP,写了一个底层的操作系统。
从此以后,物理学家们想描述一种新的力,不用再去猜谜了。只要找到它背后的对称性,代入杨-米尔斯理论这个公式里,啪一下,描述这个力的理论就出来了。
比如说,强力背后的对称性是夸克的色对称(SU(3)群),代入公式,得到完美描述强力的量子色动力学(QCD)。弱力和电磁力的对称性是统一的,代入公式,得到了弱电统一理论。
我们现在粒子物理学的“标准模型”,那个统治了物理学半个世纪的集大成理论,它的数学基础,就是杨-米尔斯理论。宇宙四种基本力,除了引力,剩下三种,全都被统一在了这个框架之下。甚至连终极理论最有力的竞争者——超弦理论,都离不开它。
可以说,这是通往物理学终极问题的必经之路。
如果这还不够直观,那这么说吧:这个理论当时有个小“bug”(质量问题),后来有个人修补了一下,这个人叫希格斯,就是发现了上帝粒子那个,也因此拿了诺奖。
一个理论的提出者是传奇,连给它打补丁的人都能拿诺奖,你就知道这个理论本身,是什么级别了。
丁肇中在杨振宁70岁生日宴会上曾这样说:提到20世纪的物理学的里程碑,我们首先想到三件事,一是相对论(爱因斯坦),二是量子力学(狄拉克),三是规范场(杨振宁)。
邓稼先夫人许鹿希回忆说,邓稼先多次讲,杨振宁的规范场理论是可以和牛顿万有引力定律相媲美的,比他获得的诺奖的宇称不守恒定律有更深远的意义 。
邓稼先与杨振宁
实际上,除了规范场论,他提出的李杨相变理论,成了现代相变理论(就是水怎么结成冰这种)的基础。
他发现的杨-巴克斯特方程,成了可积系统理论的基础,还深刻影响了数学里的“纽结理论”——当代最牛的物理学家之一威滕,就是靠这个方向拿的菲尔兹奖。
更恐怖的是,他在构建杨-米尔斯理论时,天才地将一种叫“纤维丛”的数学工具引入了物理学。这直接引发了数学与物理之间第三次伟大的融合革命。前两次,一次是牛顿的微积分,一次是爱因斯坦的广义相对论与黎曼几何。
所以,当你把这一切都放在一起看,你就能理解一个听起来很夸张的评价:如果中国在世界上有足够的文化话语权,杨振宁,就是当代的牛顿和爱因斯坦。
当然了,我知道很多人对他最大的争议,是关于他的国籍和回归时机。
因为我们初中课本里的那篇《邓稼先》,正是出自杨振宁先生的笔下,所以经常有人拿他和邓稼先先生比,说他没有在祖国最需要的时候回来。
对此,杨先生自己解释过,他的长项是理论物理,在那个年代的中国,确实没有用武之地。
但历史的评价,需要放在更长的时间尺度里。
1971年,中美关系刚刚破冰,杨振宁是第一批回国探访的美籍华裔科学家。当年,周总理花五个小时来接见宴请他,可以说是超级礼遇。
而他也没辜负这份礼遇。他为中美科技交流搭起了第一座桥梁,也把世界最前沿的科学思想,带回了这片他心心念念的土地。
他甚至参与过保钓运动,在美国参议院听证会上,从历史、地理角度,为中国对钓鱼岛的主权作证。他的演讲,还影响了一大批当时的中国台湾的留美学生,让他们坚定了学成后要回大陆报效祖国的决心。
1972年杨振宁与王承书(左一)、张文裕(左二)、邓稼先(右二)、周光召(右一)于北京
而在此后的几十年里,他也频繁回国讲学, 为中国的科学事业,可以说是倾尽了心血。
清华前校长王大中说,没有杨先生,清华物理系就没有今天的成就。中科院院士葛墨林说,杨先生无偿协助中国建设了几十座实验室。
他用自己的声望和人脉,亲自推荐了1200多名中国学者出国深造,这些人里,后来出了好几位大学校长和两院院士。他还一手促成了中科大少年班的创建,改变了无数天才少年的命运。
他推动建立了南开数学所、清华高等研究中心,并把自己的工资、存款,乃至夫妇二人的积蓄,都捐了出来,设立奖学金,引进像姚期智、林家翘、张首晟这样的顶级人才,可以说没有杨振宁,就没有清华计算机系的成就。
2003年,81岁的他,选择叶落归根,定居清华园,重新站上三尺讲台,给本科生上基础物理课。他说:“每一次课前,我要花两个小时认真备课。”
他曾说:“我的身体里,循环着的是我父亲的血液,是中华文化的血液。”
面对外界的种种议论,他始终保持着一个科学家的坦诚与理性。他的一生,遵循着内心的逻辑与对科学的忠诚,做出了属于他那个时代和个人处境的选择。
所以,当我们今天悼念杨振宁先生时,我们悼念的,不只是一个得过诺奖的华人科学家,而是一个重塑了人类宇宙观,比肩牛顿爱因斯坦的科学巨擘。
我们悼念的,是一个在耄耋之年,依然愿意为故土播撒科学火种的师者,更是一个拥有拳拳报国之心的中华儿女。
他留给我们的除了深奥的公式,还有仰望宇宙、探索未知、追求真理的精神,和那份跨越山海、最终归根的家国情怀。
杨振宁走了。他是一个真正理解宇宙对称与破缺的人,也理解了人生的复杂与温柔。
物理学第一定律,是能量守恒。
但从今天起,宇宙的总能量,似乎也永远地失去了一些什么。
先生千古,星光不灭。
“ 那些与我们同时代的光芒熠熠的人物,其实和伴随我们的日月星辰没什么区别,平时你总不大会时常想起他们,你总觉得他们永远会在。
然而他们却又和日月星辰不同,是西沉了就不再升起,划过天幕就不再回来。
他的光芒照耀到的地方越多,你越会感到随着他的离去,我们时代的一部分也随之定稿。后人翻阅时代的书页时,会清晰地看到这个天体陨落的注脚。”
撰文:纳西
编辑:江江 & 面线
美编:阳光
图片、资料来源:
杨建邺:《杨振宁传》
清华大学:杨振宁先生生平
清华大学:杨振宁:清华园里的“大先生”
60 YEARS OF YANG-MILLSGAUGE FIELD THEORIES
Rachel Suggs for Quanta Magazine
搜狐网:诺奖科学家杨振宁为中国做了哪些贡献?
知乎@长尾科技@谢哥 等
新华社、央视新闻等,部分图源网络