【中国海归】杨振宁、李政道: 首次获得诺贝尔奖的华人
宇称守恒定律是量子力学和粒子物理学中的一个理论,也被称为左右对称定律。1957年以前,宇称守恒定律一直被奉为物理学界的金科玉律。1956年,杨振宁和李政道合作,开始深入研究当时令人困惑的θ—τ之谜,即后来所谓的K介子的两种不同的衰变方式:衰变成偶宇称态和衰变成奇宇称态。如果弱衰变过程中宇称守恒,那么它们必定是两种宇称状态不同的K介子。但从质量和寿命来看,它们又应该是同一种介子。杨振宁和李政道通过分析认识到,很可能在弱相互作用中宇称守恒不成立。有了这样的认识之后,杨振宁和李政道仔细检查了过去的所有实验,得出结论认为过去的实验并没有证明弱相互作用中宇称守恒。他们还进一步提出了几种实验途径来检验弱相互作用中宇称不守恒。1956年6月,他们将自己弱相互作用中宇称不守恒的假设写成论文《对弱相互作用中宇称守恒的质疑》,发表在了美国的《物理评论》上。论文一经发表,便为众多物理学界的权威所质疑。次年1月,杨振宁、李政道的弱相互作用中宇称不守恒的假设被实验物理学家吴健雄领导的实验小组证实。杨振宁、李政道的工作也因此得到了学术界的承认,并获得1957年诺贝尔物理学奖。一项科学工作,在其结果发表的第二年就获得诺贝尔奖,这还是第一次。
1946年到1962年,杨振宁、李政道合作维持了16年之久。合作期间,杨振宁和李政道除了提出弱相互作用下宇称不守恒理论之外,还研究了:硬球玻色气体的分子动理论(该研究对氦Ⅱ的超流动性研究作出了贡献);带电矢量介子电磁相互作用的不可重正化性等。两人的合作取得了斐然的成绩,之后在理论物理学方面两人也作出了各自的成就。为了表彰两人在科学发展上的贡献,1997年5月,国际编号为3421号和3443号的小行星分别被命名为“杨振宁星”和“李政道星”。
杨振宁,著名美籍华裔科学家,诺贝尔物理学奖获得者。历任普林斯顿高等研究所教授、纽约州立大学石溪分校爱因斯坦讲座教授和理论物理研究所所长。
杨振宁1922年生于安徽合肥,1942年毕业于西南联合大学。1945年,考取公费赴美留学,到芝加哥大学跟从泰勒教授进行学习。1949年,杨振宁到普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作时,开始与李政道合作。1966年,杨振宁开始执教于纽约州立大学石溪分校,创立了该校的理论物理研究所,并一直主持该所的工作。
在与李政道合作提出弱相互作用下宇称不守恒理论之前,杨振宁与米尔斯一起提出了著名的规范场理论——杨—米尔斯规范场理论。这一理论推出之后,引起了极大的争论,因为该理论是从微分几何和纤维丛的抽象世界中抽提出来的数学,所以一些人认为该理论与物理学无关。由于种种原因,杨振宁和米尔斯没有将这一理论继续发展下去。但后来证明,该理论是以统一的方式描述作用力和基本粒子的关键,到20世纪70年代的时候,该理论已经发展成为了统合与了解基本粒子强、弱、电磁等三种相互作用力的基础。数学家唐纳森引用杨—米尔斯规范场方程获得了拓扑学上的重大突破。
从长远来看,1954年杨振宁和已故的米尔斯的开拓性的工作更为重要。1994年杨振宁获得美国鲍尔奖,颁奖词将杨—米尔斯方程和牛顿、麦克斯韦及爱因斯坦的工作相提并论,认为这一理论对未来的影响与后三者足堪比拟。普林斯顿高等研究院著名理论物理学家戴森甚至认为:“我要说,在杨振宁的工作中最最重要的规范场已经证明,这比他和李政道关于宇称的工作要重要得多。”美国物理学家、诺贝尔奖获得者赛格瑞认为杨振宁是“全世界几十年来可以算为全才的三个理论物理学家之一”。
曾任布洛克海文国立实验室主任的实验物理学家萨奥斯曾称赞:“杨振宁是一位极具数学头脑的人。”1967年,杨振宁与巴克斯特共同提出了一个基本的数学结构——“杨—巴克斯特方程”,1990年有4位数学家获得了菲尔兹奖,其中3位都与杨—巴克斯特方程有关。而且随着时间的推移,这一方程在物理学方面的深层意义也逐渐显现了出来。
在物理学界取得重大成就的同时,杨振宁始终谨记父亲的遗训:“有生应记国恩隆。”1971年夏,杨振宁首次回国访问,是美籍知名科学家中访华第一人,为促进中美建交、中美科学技术教育交流做了大量工作。他说:“作为一名有中国血统的美国科学家,我有责任帮助这两个与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。”
李政道,美籍华裔著名物理学家,诺贝尔物理学奖获得者。1984年,李政道获得哥伦比亚大学全校级教授这一最高职称,他至今仍是哥伦比亚大学在科学研究上最活跃的教授之一。
李政道1926年生于上海,1943年考入浙江大学物理系。1946年,经吴大猷推荐赴美进入芝加哥大学学习,师从物理学大师、诺贝尔物理学奖获得者费米教授。1950年,李政道因“有特殊见解和成就”通过博士论文答辩,被誉为“神童博士”。
李政道的研究领域很宽泛,他在量子场论、基本粒子理论、统计力学、核物理、天体物理、流体力学方面都颇有建树。在弱相互作用研究领域,除了曾使他获得诺贝尔奖的弱作用中宇称不守恒理论之外,李政道还作出了许多具有里程碑意义的贡献:二分量中微子理论、中间玻色子理论、两种中微子理、弱相互作用的普适性以及CP(宇称)自发破缺等。
李政道创立的非拓扑性孤子理论及强子模型方面的研究,在物理学领域具有特殊的意义。量子场论中的“李模型”对后来的场论和重整化研究有重大影响。“KLN定理”的提出,为分析夸克—胶子的相互作用奠定了理论基础。“反常核态”概念深化了人们对真空的认识,促进了相对论重离子碰撞的理论和实验研究工作。20世纪70年代后期和80年代初,李政道继续在路径积分、格点规范和时间为动力学变量等方面从事研究工作。他用随机格点的方法研究量子场论的非微扰效应,并建立离散时空上的力学,理论上受到广泛重视。近年来,他在高温超导的系统理论方面的研究工作也别具一格。
在科学界早就蜚声国际的李政道,30岁时便升任哥伦比亚大学教授,这让他对科学人才必须从小培养有切身的体会。因此,李政道在1974年会见毛泽东时,就向毛泽东建议在中国科技大学开设少年班。李政道的建议被采纳了,1979年他到合肥访问时,还去中国科技大学看望了少年班的同学们。李政道十分关心中国物理学的发展,为中国的科学和教育事业作出了许多贡献。20世纪80年代以来,李政道发起和组织几十所美国主要大学在中国联合招收物理学研究生,为中国青年物理学家的培养作出了贡献。他还极力促成了中美高能物理的合作,使北京正负电子对撞机工程在方案选择、设计和建设中都得到了美国高能物理界许多的支持和帮助。在李政道的主持下,中国高等科学技术中心和北京大学、浙江大学的近代物理中心,取得了许多重要的研究成果,而且还大量开展中外学术研究交流活动,培养高级科技人才。
1998年1月23日,李政道以他和已故夫人秦惠(竹君)的名义捐出其毕生积蓄30万美元,设立“中国大学生科研辅助基金”,以资助北京大学、复旦大学、兰州大学和苏州大学的本科生进行科研辅助工作。
李政道在用自己的聪明才智探求科学奥秘的同时,也不忘为祖国和人类科学发展辛勤奉献。如今,这位功成名就年逾古稀的杰出学者仍不满足,他仍以蓬勃朝气注目未来,希望在21世纪再作出新的贡献。
本文选自《百年海归 创新中国》,主编王辉耀,人民出版社