理解楊振寧(二)千里共同途

科技袁人袁嵐峯 發佈 2022-10-01T20:02:04.963413+00:00

2022年10月1日是一個好日子,既是國慶節,也是楊振寧先生百歲誕辰。2019年,我寫過一篇文章介紹楊振寧先生的科學成就。

2022年10月1日是一個好日子,既是國慶節,也是楊振寧先生百歲誕辰。2019年,我寫過一篇文章介紹楊振寧先生的科學成就(https://www.toutiao.com/item/7149409894415188488/)。這次,我就來繼續談如何理解關於楊先生的各種常見問題,如他在科學史上的地位、他的個人生活、他是否愛國以及他與鄧稼先等人的比較等等。

不過我在上一篇文章中開頭就說過:評論一個名人,應該先了解他的核心成就,也就是說,他是因為什麼硬的、與眾不同的事情成名的。因此,我們還是需要先簡略地了解一下楊先生的科學成就。

1957年,楊振寧和李政道獲得諾貝爾物理學獎。這是中國人第一次獲得諾貝爾獎,對以後幾代中國科學家發揮了巨大的激勵作用。需要強調一下,他們當時的國籍就是中國。很多人以為他們是以美籍華人的身份得獎的,這是錯誤理解。實際上,他們加入美國籍是在獲獎以後,楊振寧在1964年,李政道在1962年。可喜可賀的是,楊振寧在2015年又恢復了中國國籍,放棄了美國國籍。

楊振寧和李政道獲得諾貝爾獎的成果,叫做「宇稱不守恆」。用一句話來解釋這個詞,就是:可以區分絕對的左右。用兩句話來解釋這個詞,就是:物理規律並不總是左右對稱的,弱相互作用就是左右不對稱。

如果你不知道弱相互作用是什麼,我再稍微解釋一下。已知的基本相互作用分為四類,萬有引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。

萬有引力就是決定蘋果落向地面、地球繞著太陽轉的那種力。電磁力就是決定電荷同性相斥、異性相吸以至決定所有的原子分子結構的那種力。強相互作用就是讓質子和中子組成原子核的那種力。弱相互作用就是產生β衰變(β decay)的那種力,所謂β衰變就是中子變成質子,同時放出一個電子,這些電子就組成β射線。前三種力都是左右對稱的,但最後一種居然不是!這是一個巨大的意外。

如果你不明白什麼叫做左右對稱,我再來解釋一下。日常生活的經驗是,鏡像世界跟真實世界同等的合理,無法區分。例如你對鏡子揮舞左手,鏡子裡的你就在揮舞右手,這樣一個鏡像世界完全符合物理規律。然而,這對弱相互作用不成立。如果一個現象涉及弱相互作用,那麼它的鏡像其實並不會出現!

對此的第一次實驗檢驗來自著名女物理學家吳健雄。她在看到楊振寧、李政道的文章後,立刻做了一個實驗來檢驗。她首先用很低的溫度,把大量的Co-60原子冷卻起來,然後把它們放在一個螺線管中,給螺線管通電,產生一個磁場,讓它們的核自旋順著這個磁場排列起來。最後,等待這些Co-60發生β衰變,看它們放出的電子向哪個方向走。

需要注意,磁場的方向是由所謂左手定則決定的:把左手四指彎成螺線管中電子流的方向,大拇指就會指向磁場的方向。在鏡像世界中,螺線管中電子流的方向反向了,所以磁場也會反向。因此假如宇稱守恆,即鏡像世界跟真實世界同等合理,那麼Co-60放出的電子就應該朝向四面八方的概率都相同,沒有一個優勢的方向。但實際上,吳健雄觀測到的是這些電子大部分都集中在跟磁場相同的方向,這就破壞了宇稱守恆。

2021年,李政道的科普名著《對稱與不對稱》重新出版,我在上海交通大學李政道圖書館做了一個介紹演講。書里有一個巧妙的例子。設想有兩輛汽車,造得一模一樣,唯一的區別就是左右反轉。我們不是把這兩輛汽車稱為a和b,而是稱為b和d,因為b和d互為鏡像。請問,這兩輛汽車的性能是不是完全一樣呢?

常識的回答是,當然完全一樣。然而驚人的答案是:它們可以不一樣!如果它們用到了弱相互作用,例如用β衰變來打火,b和d的性能就會不一樣,例如b以一定的速度向前時d以另一個速度行駛,甚至可能倒著走。這就是宇稱不守恆。

需要強調一下,宇稱不守恆並不是在四種相互作用中都會出現,而是只在弱相互作用中出現。就好比「張飛三連」,俺也一樣!俺也一樣!俺也一樣!連續三個都一樣,結果到第四個忽然變得不一樣,這是完全出人意料的。為什麼會這樣?迄今為止還不知道。我們只是通過觀測發現,大自然確實是這樣。大自然是多麼奇妙啊!

宇稱不守恆是一個顛覆性的成果,堪稱一場革命,對我們的世界觀是一個巨大的衝擊。一個人一生能有一項這樣的成果,已經非常幸運了。然而楊振寧比這還要幸運。他還有另一項成果,雖然沒得諾貝爾獎,但重要性不亞於宇稱不守恆,甚至猶有過之。

這項成果叫做非阿貝爾規範場論(non-Abelian gauge field theory),或者叫做楊-米爾斯場論(Yang-Mills field theory)。很遺憾,由於它太專業,用到的數學工具太多,無法簡單地解釋。在這裡只能跟大家說,非阿貝爾規範場論的基本思想是:對稱性決定相互作用。它不是一個具體的理論,而是一種理論框架。只要你指定一種相互作用的對稱性,這個框架就會告訴你,這種相互作用涉及到多少種粒子,它們有什麼樣的性質等等。

目前,人類對強相互作用和弱相互作用的數學描述,都建立在楊-米爾斯場論的基礎上。也就是說,四種基本相互作用中的兩種,都以它為基礎。這四種基本相互作用還不見得真正基本,人們還在繼續嘗試把它們都統一起來,這種努力也是以楊-米爾斯場論為框架的。所以跟宇稱不守恆相比,楊-米爾斯場論的影響更加深遠,幾乎是無遠弗屆。

因此,楊振寧在整個物理學史上的地位都非常崇高,高到可以和牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦、普朗克、玻爾、海森堡、薛丁格、狄拉克等人相提並論。因為他們都是提出理論框架的人,後面大多數人的工作是在他們建立的框架中添磚加瓦。

當然,楊振寧的地位肯定還是比前面這幾位大宗師低一些,因為他是在這些人之後的。而且楊-米爾斯場論最初還有不少問題,這些問題是在後面很多科學家的努力之下逐漸解決的,如溫伯格、蓋爾曼、希格斯等人,所以可以開玩笑地說這是個「眾籌」的成果。然而,說楊振寧是在世的物理學家中最偉大的,恐怕不會有多少異議。

除了宇稱不守恆和規範場論之外,楊振寧在統計力學、凝聚態物理、粒子物理等領域中還有很多重要的貢獻,甚至對純粹的數學問題都有研究。不過那些就更加專業,在這裡不能詳細解釋,歡迎有興趣的同學去了解。

了解了楊振寧的硬核科學成就,下面我們來討論那些比較軟的問題,即許多人喜歡爭吵的問題。例如:楊振寧是不是在道德上不值得尊敬,因為在年輕的時候不回國做貢獻,年紀大了回來養老?還因為他在82歲娶了28歲的太太?是不是跟鄧稼先、錢學森、郭永懷等兩彈一星元勛比起來,楊振寧就是可鄙的了?

在我看來,這些問題全都屬於層次太低,或者說得不客氣點就是太愚蠢。只需要理解一個基本道理,就可以回答所有這些問題了。這個基本道理就是:世界上存在不同的價值,說A好並不意味著說B壞。用《論語》的語言說,就是君子和而不同。用《禮記》的語言說,就是各美其美,美人之美

實際上,如果稍有常識,就應該明白楊振寧和鄧稼先都有非常大的價值,但屬於不同種類。楊振寧的價值在於基礎研究,在於拓展人類的知識邊界,在於理解大自然的奧秘,這是全人類的事。鄧稼先的價值在於國家安全,在於把已知可以做的核武器在中國這樣一個貧窮落後的國家做出來,這是國家和民族的事。

兩人都非常偉大,但不應該拉到一塊去比較,就好像不能比較蘋果和桔子。如果非要比的話,應該說兩人都比普通人偉大得多,普通人根本沒有資格去對他們指手畫腳。而且楊振寧和鄧稼先還是親如兄弟的朋友,甚至超越兄弟,因此對他們捧一踩一實在是一種非常愚蠢的行為。

楊振寧寫過一篇紀念鄧稼先的文章,寫得非常感人,情真意切,格局宏大,發表在《人民日報》,選入了初中語文課本。因此,在楊振寧與鄧稼先之間挑撥離間的愚人,簡直是連初中水平都沒有!

再換一個角度來看,鄧稼先的價值在於保障中華民族在世界上的存在,楊振寧的價值在於讓中華民族在世界上存在得更有意義。在生死存亡的關頭,當然是前者更重要。所以如果你要問,楊振寧和鄧稼先誰更愛國?那當然是鄧稼先更愛國。在這個維度上我們更崇敬鄧稼先,包括楊振寧自己也是這樣認為的。

但愛國並不是唯一的評價標準,世界上也存在很多愛國之外的事,如科學探索。在這個維度上我們更崇敬楊振寧,包括鄧稼先自己也是這樣認為的。兩彈一星元勛們之所以如此捨死忘生,不正是為了讓中國人民能過上正常的生活,能自由探索生活的各種可能性嗎?

2019年,中國氫彈之父于敏去世的時候,我寫過一系列文章紀念。在最後一篇中,我提到于敏本可以做出大得多的基礎研究成果。在這個意義上,他來研發氫彈其實是一種大材小用,是一種犧牲。

美國第二任總統約翰·亞當斯(John Adams,1735-1826)有一段名言:「我必須學習政治和戰爭,這樣我的兒子們才能自由地學習數學和哲學。我的兒子們應該學習地理、自然歷史、造船、航海、商業和農業,以便讓他們的孩子有權利學習繪畫、詩歌、音樂、建築、雕塑、掛毯和瓷器。」

鄧稼先和于敏等兩彈一星元勛,正是為中國人民做到了這一點。我們現在可以自由地研究各種科學,研習各種藝術,追求各種樂趣,都離不開他們提供的保護,無聲而強大的保護。所以,如果我們不充分利用這種自由,不去仰望星空,不去探索自然的奧秘,不是愧對他們的犧牲嗎?

而楊振寧和李政道對中國最大的貢獻,就是告訴大家,中國人是完全可以搞好科學的。楊振寧說過:「我最重要的貢獻,就是幫助克服了中國人自覺不如人的心理。」在我童年剛剛開始讀科學的時候,就看到了他們的事跡,受到了巨大的鼓舞。我想任何熱愛科學的人都會受到這樣的鼓舞,而社會上居然有這麼多人完全感受不到這種價值,對楊振寧惡言相向,這是多麼無知而可悲啊!

還有一點需要強調的是,我們可以說楊振寧的愛國程度不如鄧稼先,但這絕不意味著楊振寧不愛國。實際上,楊振寧對中國的貢獻遠遠超過絕大多數人,只是不如兩彈一星元勛而已。在一件事上沒有做到登峰造極並不能算一個值得批評的缺點,看一個人應該看他做到了哪些事,而不是沒做到哪些事。這就是前面說的:世界上存在不同的價值,說A好並不意味著說B壞。

例如1971年,中國剛剛跟美國建立了聯繫的時候,楊振寧就帶領一批華人科學家回國訪問。回到美國之後,他還冒著FBI攻擊的危險四處去演講,宣傳新中國的建設成就。雖然當時中國有很多錯誤以至荒誕的做法,但他在演講中儘量回護,主要描述的都是中國正面的事情,如針灸麻醉、植皮手術、斷肢接駁等技術的進步以及大寨改天換地的成果。他尤其讚揚了中國人民精神面貌的巨大變化,演講的結尾是這樣兩句詩:「為有犧牲多壯志,敢教日月換新天。」由於他對中國的描述太好,不少華人對他還提出了批評,認為他過分美化中國。

但無論如何,楊振寧對祖國的感情是一望可知的。所以毛澤東、周恩來、鄧小平等國家領導人一直非常重視和尊敬楊振寧,多次跟他親切交流,也經常聽取他的意見建議。國家領導人都認為楊振寧很愛國,有些鍵盤俠卻要對人家指手畫腳,真是無知帶來勇氣!

也許有人還會說:可是當時楊振寧畢竟還是沒有回來啊!對於這種問題,我們應該反躬自省一下,如果楊振寧早早就回了國,結果會怎麼樣?

實際上,從1957年到1962年,楊振寧的父親楊武之曾三次到日內瓦與楊振寧見面。1957年,著名粒子物理學家、楊振寧和李政道在西南聯大的老師張文裕赴斯德哥爾摩參加諾貝爾獎頒獎典禮,轉達了周總理希望他們回國工作的邀請。楊振寧、李政道聽了很感動,表示很感謝國內的關心,現在還年輕,爭取在國外工作一段時間,到一定的時候再回去。

然而到1958年,張文裕在日內瓦的高能物理會議上再次見到二人時,發現反右運動給二人造成很大的思想震動,對回國明顯不像一年前那樣熱情了。此後國內政治運動不斷,到文革時更是登峰造極,絕大多數科學家被迫脫離了科研,還有許多被批鬥以至迫害致死的。在這種情況下,即使楊振寧回來,能有什麼好結果?還有一點別忘了,他的岳父是著名戰犯杜聿明,還在功德林里關著呢,如果有人想抓他辮子豈不是一抓一大把?!因此我們應該牢記,如果我們想吸引人才,就應該致力於改善吸引人才的環境,而不是道德綁架。

事實上,如果我們真的改善了吸引人才的環境,是會有效果的。2017年,媒體公開報導了楊振寧和圖靈獎獲得者姚期智已經放棄美國籍、加入中國籍的消息,我寫了一篇評論《楊振寧、姚期智恢復中國國籍,不亦宜乎》。從1964年加入美國籍到2015年恢復中國籍,這場橫跨半個世紀的活劇說明一個樸素的道理:要自強,而不是道德綁架別人。對於個人和對於國家,都是如此。不自強,原本屬於你的會離你而去。自強不息,已經離開你的也會歸來。有多少愛可以重來,有多少人值得等待……正如姚期智所說:「能做回百分之百的中國人,我覺得萬分的欣慰與驕傲!」

改革開放之後,中國的科研與教育回到了正軌,楊振寧對國家做出了更多、更大、更直接的貢獻。例如促進中國科學界的對外交流、幫助中國培養和引進科學人才、傳播科學思想和治學經驗,每一條都堪稱豐碑。有些人說楊振寧是回來養老,殊不知人家即使是養老,對國家的貢獻也比這些人大得多!這些愚人真是夏蟲不可語冰!

2021年,紀念楊振寧虛歲百歲誕辰的時候,潘建偉就寫過一篇文章,裡面說到:「楊振寧先生對中國科學的影響,不僅在於他自身取得的卓越成就,更在於一種莫大的精神鼓舞。楊振寧先生、李政道先生是首次獲得諾貝爾科學獎的華人科學家,向世界證明了中國人同樣能夠做出頂尖的科學發現,激勵著眾多年輕學者投身於科學探索之中。一路走來,我自己從事的研究工作也一直得到楊先生的有益指引。」

然後他介紹了好幾項楊振寧對他的指引,包括宏觀的道理也包括具體的研究領域。宏觀的道理如1992年潘建偉剛本科畢業時,參加了一場科大慶祝楊先生70歲生日的報告會,剛好坐在楊先生的身後。他聽了謝希德、葛庭燧等前輩大師的報告,雖然聽不太懂,但記住了楊振寧當時的一句話:對於你們年輕人來說,聽這樣的報告不一定馬上就能有所收穫,但也許在將來某個時刻,你會發現你以前所聽到的會影響你的一生。這句話後來確實給他很大的啟發。具體的研究領域如玻色-愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation,簡稱BEC)和冷原子,楊振寧敏銳地指出了它的重要性,引導潘建偉早早就擬定了冷原子量子模擬和量子計算這一長遠目標。

楊振寧甚至還幫潘建偉解除了他與他的博士導師、奧地利科學院院長安東·塞林格(Anton Zeilinger)教授之間的一些誤會,促進了他們之間的國際合作。因此潘建偉說:「在大多數人看來,楊先生是受眾人崇敬的科學大師,但對我而言則更像是一位充滿智慧且關愛學生的師長。」

還有一點特別好玩的,是楊振寧的「臉盲症」。2004年,潘建偉的團隊首次實現了五光子糾纏,我國的量子信息實驗研究終於走在了國際前列。楊振寧對此十分感興趣,請他來介紹量子信息技術。兩人在楊振寧的辦公室談了整整一上午,然後楊振寧還意猶未盡地請他到家裡吃飯。這次見面時,楊振寧告訴潘建偉,他獲得了當年的求是「傑出科學家獎」。過一段時間潘建偉到新疆去領獎,剛好在電梯裡遇到了楊振寧,於是很激動地向他問好。結果楊振寧卻問:「你是哪個單位的?」潘建偉回答是中國科大的。楊振寧說科大有一個叫潘建偉的工作不錯,這回獲獎了。潘建偉只得說「我就是潘建偉」。楊振寧聽後哈哈一笑,說:「抱歉,我記不清你長什麼樣子了。」敢情這一上午白聊了!

更令人發笑的是,這還不是唯一的一次。後來潘建偉又與楊振寧見過幾回面,他仍然沒有記住。直到見面的次數多了,才終於記住。

潘建偉對此的解釋是:其實這並不是由於楊先生年紀大了,我們團隊的很多年輕教授包括我自己在內,對一個人的工作記得很清楚,卻往往記不清他的長相,這應該是我們都專注於學問本身使然。

這讓我想起了《列子》裡「九方皋相馬」的故事。秦穆公請九方皋尋找好馬,九方皋找了三個月,說在沙丘找到了一匹好馬。秦穆公問是什麼樣的馬,九方皋說是一匹黃色的母馬。秦穆公派人去取,卻發現是一匹黑色的公馬。

你說這是為什麼?是因為九方皋是個糊塗蟲嗎?正好相反,是因為他「得其精而忘其粗,在其內而忘其外。見其所見,不見其所不見;視其所視,而遺其所不視。」把馬從沙丘取回來後,發現果然是天下少有的千里馬。

還有一個問題,是網絡人士經常嘰嘰喳喳的,就是楊振寧在原配杜致禮去世後,82歲時跟28歲的翁帆結婚。還有人編一些愚蠢的段子,這些人真是無法形容的愚蠢。其實一句話就足以說清對此的正確態度:成年人的自主自願結合,任何外人無權干涉。翻翻我國的《婚姻法》,是不是說得清清楚楚?

如果你一定想表達某種態度,那麼唯一合適的態度就是祝福。雙方都認為很好,他們的親屬、朋友也都認為很好,那麼這有什麼不好的?正如《大話西遊》裡的台詞,哪輪得到你這個妖怪來反對?這當然是一件好事。實際上從那以後已經過去了18年,楊振寧的身體和精神狀況一直很好,這當然要多謝翁帆的悉心照顧,我們對她應該是感謝與尊敬。

以上這些信息,都是我早已知道的。然而在2021年,我又知道了一個新信息,令我非常感動。這個新信息就是,楊振寧在清華大學、中國物理學會、香港中文大學為慶祝他百歲華誕聯合主辦的楊先生學術思想研討會上做了一個演講,標題是《但願人長久,千里共同途》。

咦,為什麼不是「千里共嬋娟」?到結尾我才知道,原來「千里共同途」是鄧稼先的話,是在他寫給楊振寧的信里說的。楊振寧這場百歲華誕演講的主題就是回憶這位老朋友,講了一個故事。這個故事我其實早就聽過,但這次增加了細節,而這個增加的細節令我熱淚盈眶。忽報人間曾伏虎,淚飛頓作傾盆雨。他是在告訴大家,他五十年來一直和這位老朋友走在同一條路上,超越空間,超越時間,超越生死。以下為楊振寧的講話原文,我可以告訴大家,最感人的就是最後兩個字:

我是整整五十年以前,1971年第一次訪問新中國。那個訪問是我人生中非常非常重要的一段,因為使得我對於新中國第一次有了一點認識,而這個認識對於以後50年我的人生軌跡有了非常大的影響。

那次訪問除了看了住院的父親以外,我還看見了很多親戚和朋友,其中最重要的也是我最親近的朋友就是鄧稼先。他1971年給我寫的一封信,最近發表在一本書裡頭,這裡頭的故事是這樣的,中國原子彈爆了以後,美國的報紙很快有種種的消息。其中一項我注意到,說是設計中國原子彈的人物裡頭有鄧稼先。鄧稼先是我中學、大學、在美國的知心朋友,我想他跟我的關係不止是學術上的關係,也超過了兄弟的關係,所以對於這個消息我當然非常注意。另外一個消息我也注意到,是美國報紙上說毛主席派了飛機到陝北把美國物理學家寒春接到北京幫助中國製造原子彈。我認識寒春是因為我跟她在芝加哥大學同一個實驗室工作了20個月,而且她還要我教她中文。她沒有告訴我為什麼,一直到1948年3月她告訴芝加哥大學系裡所有的老師、學生,說她要到中國去跟她的男朋友結婚,在陝北。

因為這個緣故我一直很想知道這個消息是不是對的,很想知道中國的原子彈是不是中國人自己造出來,沒有經過外國人的幫忙。所以我在1971年4個禮拜的訪問之中就非常想問這些問題,問寒春參加中國的原子彈故事是真的還是假的?可是這是一個敏感的問題,所以我又不敢問。最後在北京幾個禮拜後,我要到上海去,從上海再過幾天就要飛回美國。在離開北京的時候,也是去飛機場的時候,鄧稼先送我。那個時候北京的飛機場很簡單,所以他陪我一直走到飛機的樓梯底下。我實在憋不住了,我問他寒春有沒有參加中國原子彈的設計?他說他覺得沒有,不過他說要跟組織上認證一下然後告訴我。

所以那天他就去跟組織接觸了,組織告訴他沒有外國人參加中國原子彈的製造,除了在最先的時候略微有一些蘇聯人的幫助,後來基本上是中國人自己做的。他就寫了一封信,這封信在第二天派專人到上海,到的時候我在上海大廈,在吃飯的時候信差送來了這封信,這封信現在已經出版在我的一本新書裡頭。這個信如果仔細看很有意思,因為它除了講他驗證了中國的原子彈基本沒有外國人參與,當然沒有寒春。這封信後邊還有幾段顯示得很清楚,他在那幾個禮拜里跟我見過好多次,他有想跟我說的話說不出來,所以他在信的尾巴上描述了一下他想要跟我講什麼,可是不知道怎麼講。在這個信的最後他這樣給了我一個期望,是「但願人長久」,他把「千里共嬋娟」改了一下,變成「千里共同途」,當時我看了信以後沒有看懂這句話。「千里共同途」是什麼意思呢?我後來想了想,知道這是一個很深的意思。最近這個信發表了以後,仔細看了以後,我覺得今天五十年以後,我可以跟鄧稼先說:稼先,我懂你「共同途」的意思,我可以很自信地跟你說,我這以後五十年是符合你「共同途」的矚望,我相信你也會滿意的。再見!

關鍵字: