当杨振宁遭遇南方科大: 我的物理人生与感悟
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11月5日下午，杨振宁先生做客南方科技大学，分享了其少年时代迷恋物理的缘起、西南联大艰苦求学的珍贵记忆、芝加哥大学攻读博士的苦闷与挣扎、普林斯顿高等研究院的开花结果、与李政道先生合作宇称不守恒的光辉岁月、以及多年研究探索的多条独家心得和感悟。
以下为知社前方记者胡黛从杨先生讲座现场发回的报道。
“南科大是我访问过最年轻的大学，也是近年来国内发展最快的大学，未来二三十年一定会成功！” 杨先生以此开场，博得满场掌声。随后，他很自然地把话题转向自己的青少年时代，和大家分享了他迷恋物理的缘起。
因《神秘的宇宙》而迷恋物理
杨先生谈到，1933年到1937年他在北平崇德中学念书。学校里有一间很小的图书馆, 他常去里面翻阅各种杂志和书籍，从而第一次接触到二十世纪的物理学。那是一本 James Jeans 写的《The Mysterious Universe》，剑桥大学出版社出版，里面用通俗的语言描述了1905年的狭义相对论、1915年的广义相对论和1925年的量子力学。这让他对物理学发生了浓厚的兴趣。
1937年抗日战争爆发, 杨先生随父母经过了漫长与困苦的旅程, 于1938年春到了昆明，准备大学入学考试。他没有念过高中物理学, 为了参加那次入学考试, 借了一本高中物理教科书, 闭门自修了几个星期。他在教科书中读到, 圆周运动加速的方向是向心的, 而不是沿着切线方向的。最初他觉得这与直觉感受不同, 仔细考虑了一两天以后才了解, 原来速度是一个向量,它不仅有大小而且是有方向的。
因为这个故事，杨先生谈到：每个人在每个时刻都有一些直觉, 这些直觉多半是正确的, 可是也有一些需要修正, 需要加入一些新的观念, 变成新的较正确的直觉。因此，一方面直觉非常重要, 可是另一方面又要能及时吸取新的观念修正自己的直觉。这是杨先生分享的第一个心得。
西南联大的良师益友
对称原理是杨先生一生主要的研究领域, 占了其研究工作的三分之二。 而这，源于杨先生西南联大的学术论文，指导导师是吴大猷先生。他这样回忆道：
吴先生给了我一本Reviews of Modern Physics 杂志, 叫我去研究其中一篇文章, 看看有什么心得。这篇文章讨论的是分子光谱学和群论的关系。我把这篇文章拿回家给父亲看。他虽不是念物理的，却很了解群论。他给了我 Dickson 所写的一本小书, 叫做 Modern Algebraic Theories。他是我父亲在芝加哥大学的老师。这本书写得非常合我的口味， 因为它很精简, 没有废话, 在二十页之间就把群论中"表示理论"非常美妙地完全讲清楚了。我学到了群论的美妙和它在物理中应用的深入, 对我后来的工作有决定性的影响。这个领域叫做对称原理，我对对称原理发生兴趣实起源于那年吴先生的引导。
1949年，杨振宁、吴大猷、马仕俊摄于纽约
1942年秋天杨先生考进了西南联大的清华大学研究院物理系做博士生， 师从王竹溪教授先生研究统计力学。他说是王先生把他引导进了统计力学的研究领域。今天估计起来杨先生一生的研究工作有差不多三分之一是在统计力学里面。遗憾的是我们未能找到两位先生合影，只有杨先生在王先生百年诞辰纪念会上的致辞照片
在西南联大，杨先生还结识了其毕生的好友黄昆先生。当时他已经从燕京大学获得了物理学士学位, 到联大来做助教。研究生的补助金是不够的, 大家都在找教学职位来增加收入。杨先生父亲的朋友徐继祖是昆华中学的校长, 安排黄昆、杨振宁和张守廉到昆华中学教书，三个人分了一个教师的位置, 而且合住一个房间。杨先生回忆了期间的许多趣事：
那所中学距离联大差不多三公里。我们三人白天经常在大学校园里上课、吃饭、上图书馆，晚上才回到我们的房间睡觉。因为大学校园内没有供应食水的设施, 所以我们养成了一个习惯: 每天晚饭后, 回到中学以前, 花一个或两个小时在茶馆里喝茶。那些茶馆集中于大学附近的三条街上。通过那些喝茶的时间, 我们真正认识了彼此。我们讨论和争辩天下一切的一切: 从古代的历史到当代的政治, 从大型宏观的文化模式到最近看的电影里的细节。从那些辩论当中, 我认识黄昆是一位公平的辩论者, 他没有坑陷他的对手的习惯。我还记得他有一个趋向, 那就是往往把他的见解推向极端。很多年后,回想起那时的情景, 我发现他的这种趋向在他的物理研究中似乎完全不存在。
我们的生活是十分简单的, 喝茶时加一盘花生米已经是一种奢侈的享受。可是我们并不觉得苦楚， 我们没有更多物质上的追求和欲望。我们也不觉得颓丧，我们有着获得知识的满足和快慰。这种十分简单的生活却影响了我们对物理的认识, 形成了我们对物理工作的爱憎, 从而给我们以后的研究历程奠定了基础。这是我们当时所没有认识到的。
衬着这种背景, 我们无休止地辩论着物理里面的种种题目。记得有一次, 我们争论的题目是关于量子力学中“测量”的准确意义。这是 Copenhagen 学派的一个重大而微妙的贡献。那天, 从开始喝茶辩论到晚上回到昆华中学，关了电灯, 上了床以后, 辩论仍然没有停止。我现在已经不记得那天晚上争论的确切细节了，也不记得谁持什么观点。但我清楚地记得我们三人最后都从床上爬起来，点亮了蜡烛, 翻看Heisenberg的《量子理论的物理原理》来调解我们的辩论。
由此，杨先生分享了他的第二条心得：和同学讨论是极好的真正学习的机会。
芝加哥大学读博的苦闷与挣扎
1946年，杨先生到了芝加哥大学，想师从费米做实验物理。虽然他在西南联大所学到的基本理论物理已达到了当时最前沿的标准, 可是他的动手能力非常蹩脚，在同学中名闻遐迩：“Where there is Bang,there is Yang!”, 也就是说哪里有杨，哪里就会有麻烦。杨先生博士选题可以说是非常的不顺利。因为费米工作涉密，他不能参加，起初只好跟着 Edward Teller 做理论物理：
特勒当时有六七个研究生, 我们每周一次或两次聚在一起和他讨论, 也常常和他共进午餐。特勒的新见解非常之多, 对于当时的核物理学、凝聚态物理学、宇宙射线问题等等都非常有兴趣。可是我渐渐发现, 他的研究方法与我所喜欢的研究方法不一样。所以我虽然继续参加他的讨论会, 可是开始自己找理论题目。
后来又尝试做核物理实验，费米介绍他去做Allison教授的研究生, 一位核试验物理学家。他当时正在建造一台400千伏的 Cockroft-Walton加速器，实验室里有五六个研究生, 杨先生就成为其中一员, 虽然他仍然继续参加特勒的讨论会。杨先生回忆道，1947年是一个不快活的一年。那时黄昆在英国做研究生, 他给黄昆的信中就曾用 “Disillusioned" (幻想破灭)来描述当时的心情。虽然他很努力, 可是却没有做实验的天分。而理论方面呢, 他自己找了几个题目：(1)1944年Onsager的关于 Ising Model 的文章; (2)1931年 Bethe 的关于 Spin Wave 的文章; (3)1941年 Pauli 的关于场论的综述; (4)1943年以后, 许多关于角分布的文章。可是这些问题都没有做出什么结果。最后是怎么样柳暗花明的呢？ 杨先生回忆道：
当时关于角分布的理论论文很多, 可是都不够严谨。我花了几个星期用群论分析“物理规律旋转不变”的意义, 得出了几个漂亮的定理, 写成一篇短文。特勒很喜欢这篇文稿。有一天, 特勒来找我： 你做的实验是不是不大成功? 我说, 对的。他说: “你不必坚持一定写出一篇实验论文。你已写了理论论文, 那么就用一篇理论论文来作毕业论文吧。我可以做你的导师。" 我听了这话很失望, 因为我确实是一心一意想写一篇实验论文的。我说需要想一想。想了两天, 决定接受他的建议。作了这个决定以后, 我如释重负。这是我今天不是一个实验物理学家的道理。有的朋友说这恐怕是实验物理学的幸运。
杨先生的博士论文是他进入对称与不变性领域的第一篇文章。紧接着又发表了在此领域中第二篇文章,是关于π0 的自旋的工作, 其中仔细分析了场论中不变性的群论表示。这两篇文章使他一跃而成为用群论与场论分析对称的专家。那时此领域才刚刚开始, 能在那时进入此领域是极幸运的。因此，杨先生分享了他第三条心得： 最好在领域开始时进入一个新领域。这一点和前两天知社发布的石墨烯教父从千年博后到物理诺奖的心路历程不谋而合，即不做已死的研究，当一个全新的领域刚刚开始的时候，成功几率会大很多。有兴趣的读者可以点击蓝色链接阅读：
不过杨先生也说一年多的实验经历并非白费? 因为这让他了解到, 实验工作者的价值观与理论工作者不同, 这一点影响了他以后的许多工作, 最显著的是1956 年的宇称可能不守恒的文章与1964年的CP 不守恒的唯像分析。
普林斯顿高等研究院开花结果
1948年夏得到博士毕业后, 杨先生去普林斯顿的高等研究院（IAS）。费米告诉他IAS很好, 但那里的工作太理论化, 像中古的修道院, 要他只去一年, 即回芝加哥做教授。可是后来因为找女朋友, 杨先生没有回芝加哥, 在IAS一共呆了十七年。不知道台下翁帆听了，会是什么样的感受。关于普林斯顿和高等研究院，可以点击蓝色链接阅读知社往期精华：
在高等研究院十七年间, 杨先生在芝加哥找的四个题目都开花结果了。其中第一项, Ising Model, 是在偶然的机会找到了突破口:
1949年11月初的一天, 在往返于普林斯顿大学对面的巴尔麦广场与研究所之间的街车上, Luttinger偶尔和我谈及Ising模型。Luttinger说, Bruria Kaufman已经把昂萨格的方法简化, 因而他的解可以通过2n 个一系列反对易厄米矩阵而搞清楚。我对这种表象了解得很多, 因而很容易就掌握了昂萨格—考夫曼方法的要点。一回到研究所, 我就推导出昂—考解法的基本步骤, 并为终于理解了昂萨格的解法而高兴。我感到, 利用隐藏在昂—考方法中的其他信息, 便能把这个矩阵元计算出来。经过大约6个月断断续续的努力, 终于,所有的片断突然融合在一起, 产生了奇迹般的各项相消的情形。我眼睁睁地盯着出奇的简单的最后结果，目瞪口呆。
杨先生介绍，在上述这个过程中, 最后的突破口, 是由新的外来的启示引导出来的(Luttinger的几句话)。可是在多半的情形下, 启示是自己“顿悟" 出来的: 在准备工作后,脑子里面下意识仍在寻找新的观念组合, 最后突然找到了正确的组合, 就顿悟了。Poincare曾把此顿悟叫做Sudden Inspiration, 他说是unconscious work的结果杨先生因此总结道：
王竹溪先生使我对统计力学发生兴趣。芝加哥时候的努力不成功, 可是做了必要的准备工作。最后吸收了新方法。就开花结果了。这个过程: 兴趣-准备工作-突破口, 我认为是多半研究工作必经的三部(步)曲。
这是杨先生分享的第四点心得。范曾于2004年作了一张大画送给南开大学陈省身数学研究所，画上他题了一首诗, 其最后七个字是锤炼出来的美丽诗句: 真情玅悟铸文章，似乎表明艺术家的创作过程也和科学家一样遵循同样的三步曲。
杨先生也回忆了他和Mills关于规范场的不朽工作：
我在芝加哥找的第三个题目是关于Pauli的有名的综合报告中关于电磁学之规范不变性(Gauge Invariance)。这是Weyl于1918—1929年间发现的。我对此很妙的不变性非常感兴趣, 想把它推广。 这个很自然的推广，却引导出越来越复杂的计算, 所以最后只好放弃, 那是1947年。以后的几年新发现的粒子越来越多, 所以我数次回到这项尝试, 每次都因同一原因: 越算公式越复杂, “越丑陋", 而作罢。1953—1954 年, 我到Brookhaven National Laboratory去访问一年,同办公室有两位年轻人,一位叫Robert Mills, 是Norman Kroll的学生, 那时即将得博士学位。
杨先生很自然地就和Mills谈到了关于推广规范不变性的不成功的尝试。有一天，他们突然想到，也许应该尝试二次多项式的修正。幸运地, 很快他们就发现，以后的计算就越算越简单。他们知道挖到宝贝了!!!
有了这项突破, 我们循着麦克斯韦理论的发展方法, 很快就写下了很漂亮的规范场方程式。可是新问题出现了: 这些方程式似乎显示要有带电荷而质量为零的粒子, 这是没有见过的粒子, 也是理论上讲不通的。这个问题给我们带来了大半年的复杂而未能解决问题的计算, 中间还有一段Pauli为难我的故事。最后我们决定虽然此问题没有解决, 但整个想法太漂亮, 应该发表,于1954年6月写了一篇文章寄给 Physical Review , 幸而立刻被接受了, 于10月初发表。
杨先生介绍，这篇文章是他一生最重要的工作。虽然未竟全功, 但是决定当时发表是极正确的。杨先生因此说: 物理中的难题, 往往不能求一举完全解决，这是杨先生分享的第五点心得。 同时他还说：
合作有很多的好处, 因为你知道你在讨论一个问题, 有时候走不通了, 你的想法都走不通了, 那个时候假如另外有一个人跟你讨论讨论, 问你几个问题, 或者想出来一个新的方向, 于是你就又起劲了, 这是很重要的一个研究的途径.
和别人讨论往往是十分有用的研究方法， 这是杨先生分享的第六点心得。
宇称不守恒的光辉岁月
1954—1956年间, 新实验发现了更多新粒子, 而奇怪的是其中两个粒子,θ与τ的性质:它们衰变成不同数目的π。越来越多与越来越准确的实验, 都显示二者其实是一个粒子, 只是有两种不同的衰变。这本来没有什么稀奇, 可是物理学中有一项宇称守恒定律, 是金科玉律。根据此定律, 两个π的“宇称”是+1, 而三个π的“宇称"是-1。如果θ与τ是同一粒子, 那么它既能衰变成+1的宇称,又能衰变成-1的宇称, 宇称就不守恒了, 这是绝对不可能的! 这个问题当时叫θ-τ谜, 是1954—1956年间基本物理学中最困扰人们的问题。那时物理学家们的处境曾被描述为一个被关在黑屋子中的人，他知道在某一个方向一定有一个门可以走出去,但是这个门在哪个方向呢?
1956年夏天,李政道和杨振宁为了找这个门, 在仔细检验过去五类所谓证明弱相互作用中宇称守恒的试验后, 发现原来它们都并没有证明宇称守恒: 它们都不够复杂。他们也从而指出几类够复杂的试验可以检测宇称在弱相互作用中究竟是否守恒：
那年6月我们把这些结果写成预印本, 寄去Physical Review , 也寄了很多份给同行们。很快就收到与听到一致的回应: 宇称绝对不会不守恒, 杨李所建议的实验都是浪费时间与资源! 只有吴健雄独具慧眼, 她虽然受了Pauli的影响也不相信宇称会不守恒, 可是她认为既然过去在β-衰变中并没有证明宇称是否守恒, 那么现在就应该用实验去测试这个基本定律。经过六个月的努力, 她于1957年初宣布 :在弱相互作用中宇称并不守恒, 而且是极度不守恒。这项结果影响了物理学里面的多个领域: 粒子物理、核物理、原子与分子物理, 所以震惊了整个物理学界。至于为什么物理世界既有极准确的左右对称(宇称守恒),又有微小的左右不对称(宇称不守恒), 至今仍是一个未解之谜。
杨李两位先生决裂后并不来往，却在恩师的祝寿会上合影
吴健雄的巨大成功给人的启示是: 永远不要把所谓“不验自明“的定律视为是必然的。这是杨先生所分享的第七点心得。关于吴健雄的实验，可以点击以下蓝色链接，阅读知社往期精华：
宇称不守恒给了物理学界, 尤其是Heisenberg与Pauli那一代人极大的震撼。他们似乎觉得整个物理学基础都动摇了。1957年1月15日哥伦比亚大学召开记者会, 宣布吴健雄的结果。次日《纽约时报》头版登载此消息, “可以说一个完整的理论体系从基础上被打碎了, 我们不知道如何把碎片重新拼起来”。
寄语年轻人
1966年杨先生离开普林斯顿, 接受纽约州立大学新创建的石溪分校的聘任。在石溪他开始与研究生接触。杨先生很少收研究生, 一生只毕业过大约十个博士生。不过杨先生影响了好几位不是自己的石溪博士生。他们本来都想搞理论高能物理。但理论高能物理在50年代到70年代虽有辉煌的成就, 到了70年代末一个年轻人就很难搞进去。进入80年代, 因为大加速器太昂贵, 前途堪忧。但是年青人不了解这一点, 以致全世界聪明的研究生进入这一行的特多, 造成粥少僧多的现象：
受了我的影响好几位石溪博士生与博士后改入了别的领域, 例如加速器原理和生物物理, 今天十分成功, 他们都很感激我早年给他们的劝告。
这个经验所给的启发是: 一个研究生最好不要进入粥少僧多的领域，这是杨先生所分享的第八条心得。这些受杨先生影响到博士生，就有张首晟教授，知社曾有精彩介绍：
作为一名同时接受过中美高等教育的学者，杨先生也对两国教育方法作了对比：
中国教育倡导‘知之为知之，不知为不知’，注重从理论到现象，使得中国学生对不太懂、不清楚的东西有抗拒感。美国的教育体制也不像许多人口中的那样完美，美国学生会把清楚与模糊的知识混起来，无法形成清晰的知识框架。
对此，杨先生表示，不必盲目追求美国的教育，中美教育体制各有优劣。教育上要对中国年轻人灌输启发性的精神，对美国年轻人要让其多做习题，多倡导“知之为知之，不知为不知。
讲座历时一个半小时，在主会场和两个直播分会场吸引了一大批的听众。如有兴趣，大家还可以点击蓝色链接，阅读杨振宁在知社谈美与物理学：
喝茶聊天心有灵犀，钻研切磋触类旁通
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