百岁·杨振宁物理学的骏骨牵盐诱惑

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很多人认为物理学是很艰难的学问，其实不然，忘怀研究物理学的意思泛目录站群不使用二级域名动力是好奇心。有了好奇心，骏骨牵盐钻研物理就不难，忘怀而研究的意思结果可以改造人类的生产力跟福利。

下面讲几个例子。骏骨牵盐1831年，忘怀英国人Faraday做了一个很简单的意思实验。关于法拉第，骏骨牵盐他出身贫穷，忘怀父亲是意思一个乡村铁匠。Faraday自学成才，骏骨牵盐20岁的忘怀时候经过一个偶然的机会，被著名化学家HumphryDavy雇佣为助手，意思从此就开始了研究生涯。那时，虽然大家知道有电和磁，可是对电和磁的性质不清楚，尤其是对两者关系不清楚。大家知道冬天脱毛衣的时候常常有火花，这就是因为毛衣跟周围的东西有了静电。在Faraday早年的时代，欧洲有一个魔术，一个金属的盘子，上面站着一个女孩，你把金属的盘子里充了静电，那个时候知道怎么样用刚才讲的火花的办法继续累积，可以弄很多静电跑到这个金属的盘子上，那个女孩子全身都有静电。电有个倾向，走到身体的表面极端，所以这个女孩子的头发肩上都有静电。这是当时很有名的一个魔术。可是到底这电是怎么回事，就是像Faraday他们这样的人研究。

Faraday在1831年做了一个划时代的实验，这个实验其实非常简单：一个线圈里放了一个磁铁，此时他发现这个线圈没有电；他发现当线圈不动，把磁铁往里面塞一下，立刻就有了电。假如把这个磁铁往外拉一下也有电，反过来也可以；磁铁不动，把线圈向右或向左动，也产生了电。这是个大发现。在物理学里面有一个专有名词叫作“电磁感应”，英文是Electromagneticinduction。

这个简单的实验的影响是没办法估计的。今天我们所有用的电，都是从大发电厂发出来的。发电厂所用的原理是什么的呢？它用的就是Faraday的原理，就是用一些不动的磁铁，在这个不动的磁铁里，弄些线圈来动，照刚才讲的这个Electromagneticinduction使得这些动的线圈里有电，然后把电通到我们家里来，通到礼堂来，所以是Faraday把人类带进了电的时代。电对今天人类的影响我们当然是没办法估计的。

这幅油画是Faraday在他的实验室里。这时的Faraday已经有名了，所以他主持这个实验室。

这是另外一张画。那个时候在伦敦每年圣诞节的前后有一个圣诞演讲（CharismasLecture）。Faraday曾经讲过好几次。我想这是当时英国上流社会的一个很有趣味的活动（编者注：圣诞演讲活动持续至今），而这个活动对于整个英国的科学的发展，以及以后人类整个的发展有决定性的影响。所以，一些社会活动对于人类常常有很重要的影响。那么今天我们在这里，之所以有这个活动是华英基金会所组织的，所以我们也可以了解到华英基金会设立它的社会意义。

Faraday以后来了一个年轻的理论物理学家Maxwell，他比Faraday小了40岁。Maxwell大学毕业的时候，二十几岁，他就想要来研究电。可是他刚大学毕业，不知道怎么研究，所以他就写了封信给WilliamThomson。William Thomson是公认的天才，他只比Maxwell大7岁，可是当时已经是有名的教授了，写过好多关于电与磁的文章。WilliamThomson后来被封为男爵，即Lord Kelvin。第一个从美国到英国的海底电话线就是他参与建设的。在19世纪末20世纪初，WilliamThomson不只在学术界，泛目录站群不使用二级域名在工业界也是非常有名的人。

可以想象Maxwell觉得向Thomson请教最好，所以就给他写了封信。这封信现在还保留下来了。Maxwell的信中间有这么一句：“我最近得到学士学位，想要多了解电的现象。不知道怎样才能得到一些深入的了解（insightinto thesubject），你如果能给我们一些指点，我们会十分感激。”这里用“我们”是因为Maxwell还有三个同班同学，他们四人讨论。尽管那时已有Faraday的电磁感应，但对于电与磁具体的相互作用到底是怎么回事，还没有定量的了解。

James Clerk Maxwell（1831-1879）

Thomson是认识Maxwell的，他们都是苏格兰人。Thomson的回信现在失传了，可是我们可以想象到，他一定是告诉Maxwell你要看Faraday的文章，里面有重要的实验结论；我们猜想他一定也告诉Maxwell要看我所写的理论的文章，这些文章有密切关系。Faraday是个大实验物理学家，可是他不懂理论。他的文章很多，编成好几本书，这些书里面没有一个公式，因为他没有学过很多的数学，尤其是他没有学过微积分，可是他有丰富的想象力，他有丰富的几何直觉。在Maxwell有了大成就以后，Faraday故去了，Maxwell写了一篇很长的追悼文。在这篇追悼文里，Maxwell说：“Faraday的书里没有一个公式，可是他其实是一个伟大的几何学家”。因为他引进了一个直觉的观点，这个直觉的观点就是“电场”。电跟磁的力量都可以变成一个东西，就是一个场。场这个名词是20世纪到21世纪理论物理学的中心思想，这个思想的来源是那个不会写公式的Faraday是所提出来的。Maxwell去研究了Thomson所告诉他的这些文章，六、七年以后他就写下了四个方程式，就是有名的“Maxwell方程”，告诉我们电与磁最基本的定量关系，并且可以推导出电磁波的存在。这四个方程式我想是19世纪最最重要的物理贡献，也许可以说，这四个方程式跟达尔文的进化论都是19世纪最重要的科学结晶。

Maxwell在1861年的秋天计算发现，这种波的速度是每秒钟19万3千英里，于是他就去查一查文献。当时他知道已经有人测量过光的速度，也是19万3千英里。他就想这两个不可能是偶然，所以就大胆提出来光波——当时已经知道光是波———其实就是电磁波。这个结论对人类的影响又是没办法估计的，这个发现把人类带入电磁波通讯时代。

1854年6月28号日，Faraday已经63岁了，他写了一封信给一个年轻的英国的物理学家JohnTyndall，Tyndall后来也成了一个大物理学家。Faraday信里边说：“你还年轻，我已老了......可是我们知道我们研究的题目是如此崇高美丽，在其中工作使弱者陶醉，强者振奋。”

从这两个例子我们可以看到，在19世纪因为好奇心所引导出来Faraday的发现，把人类带进了电的世界，Maxwell的发现把人类带进电磁波的时代。这两个发现创造了数不清的财富。但如果你去问Maxwell，他能想象他当初的insightinto the subject会有如此之大的影响吗？当然不会了。他只是想对电多了解一点，是好奇心诱惑着学者的钻研。

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我再给大家讲第三个例子，是关于吴健雄的例子。我想在座的都非常熟悉吴健雄这个名字，因为在东南大学就有一个吴健雄纪念馆。吴健雄是当初中央大学毕业的学生，后来到美国，在加州大学伯克利分校获得博士学位。这张照片是她五十几岁的时候，在哥伦比亚大学的实验室里照的。1957年1月，吴健雄宣布了她的实验，证实了在β衰变中宇称不守恒。她的这篇著名的文章在当年1月份只是一个预印本，到2月才正式刊印出来。

这一发现迅速传遍整个物理学界，因为她的实验证明了一个物理学家普遍认为的原理被打破了——不是某一领域而是整个物理学，所以引发极大的轰动。那年2月2日，美国物理学会年会在纽约的NewYorkerHotel举行，这届大会盛况空前。吴健雄在最大的演讲厅做报告，后来的大会记录上说：“那间屋子挤满了人，有些人甚至从天花板上的大吊灯爬到那个上面去，使得能够听这些演讲。”那一次的震荡跟三十年以后一样——1987年的“Woodstock”高温超导体会议，它们是第二次世界大战以来物理学界两次最大的震荡。最大的原因，是因为这两个震荡都是遍及物理学很多的方向，不只是其中一个领域。

为什么吴健雄的实验会引起如此大的轰动？关于β衰变跟宇称不守恒，我后面要跟大家稍微解释一下。

19世纪末，人类第一次发现放射性。有一些像铀之类的元素，它发出来一些放射性的东西。这个发现使得居里夫妇以及贝克勒尔获得了诺贝尔奖。这些放射性里面放出来的光和射线，有一部分是X光或者是γ光，可是还有一些当时叫作β光的辐射，β光其实是一个粒子（电子）。所以关于放射性在20世纪初期就研究得很多了，吴建雄在20世纪50年代的时候，放射性已经扮演一个非常重要的角色了。大家都知道她的工作非常准确，而且是选的题目非常好。

关于吴健雄这个实验的背景，我底下给大家解释一下。二战之前，物理的实验都是小规模的。二战以后核物理成为非常热门的研究题目。因为二战以后，所有的政府都知道这方面的物理研究与国防有密切的关系。第二次世界大战中，两个新出现的重要军用设备都跟物理研究有关系：一个是雷达，一个是原子弹。所以第二次世界大战以后，所有的国家都知道为了国防必须要研究物理，就纷纷走进了物理研究，尤其走进了核物理的研究。要做核物理的研究就要用加速器，所以就做越来越大的加速器。

二战后最大的加速器Cosmotron，在纽约州。像这样子的加速器这是第一个，后来又有更大的。比如说你在这里做了10年，得到了很多成果，现在你要想做到更精细，就好像你要做一个放大倍数更大的显微镜一样，所以就做一个更大的加速器。这样一代一代的加速器就越做越大。今天最大的加速器在瑞士日内瓦，大型强子对撞机（LHC），是欧洲的一个联合组织CERN组织建设的。恰巧就是最近这一个月（编注：指2008年9月），这个机器宣告完成了。所以，就是在上一个礼拜，他们把欧洲的很多元首都请去参观。欧洲各个国家和美国，也包括中国也稍微贡献了一点点，前后花了80亿美金才造成这个机器。不过一个月以前不幸发生了小的火灾，所以现在看起来真正对撞恐怕要到明年夏天才可以开始。这个实验上面动不动就是几百个拥有博士学位的研究工作人员在里头做，有几千个研究生，中国也有一些研究生跟研究员在里面工作。但其实他们和J.J. Thomson一个人发现电子的工作是一样的。

有了这些加速器，还有宇宙射线，人们知道了很多从前不为人知的基本粒子。事实上，在我读研究生的年代，多半的粒子都是从宇宙射线中发现的。所以在上世纪50年代，最重要的研究方向就是研究这些粒子的性质，是否带电、是否有自旋等。其中就有一个重要的θ粒子，衰变成两个π，一个带正电，一个中性，让我们知道了电荷守恒。守恒是物理学的重要现象。

1954-1957年间讨论最多的就是θ-τ之谜。τ衰变成3个π粒子。越来越多准确的实验指出θ和τ具有几乎相同的质量（准确度达1%-2%），寿命也相当，准确度达20%。这是很稀奇的，因为当时发现的其他粒子质量可能差几十倍甚至上百倍，寿命则可差距上万倍。所以就有人认为θ与τ可能是同一种粒子。但另外一些人就认为不可能，因为每个粒子都有一个宇称，当时就有一个基本定律称为宇称守恒。θ宇称是+1，变成2个π，每个是-1，即（-1）×（-1）=1，宇称守恒。而τ变成3个π，（-1）×（-1）×（-1）=-1，τ的宇称是-1。它们两个的宇称不同，就不是同一种粒子。

那么宇称可不可以不守恒？为什么大家根深蒂固地相信宇称守恒呢？这是因为有三个原因。宇称守恒的意思其实是说物理世界是左右对称的。Newton方程、Maxwell方程式都是左右对称的，可以很容易证明它们是不分辨左右的。既然两个物理学最重要的支柱是左右对称的，那么显然认为物理世界是左右对称的，这是个基本的道理。第二，左右对称有很大的直觉与审美的感召力，使得人们觉得非得是对称才好，所以大家自然相信左右绝对对称。第三，1920年后量子力学极大发展，人们发现宇称非常准确地在原子物理中守恒。而且宇称守恒在理论和实验中都成为了一种工具，以此来研究新现象；工具用久后人们也就自然而然相信这是天然的。

许多实验中都证明了宇称是守恒的，特别是在众多的β衰变的实验中。前面提到居里夫人等发现的放射性，就有β衰变——一个原子核变成另一个原子核放出一个电子，当时就被称为β衰变。所以到二战后已经做过上千个实验，都符合宇称守恒。再加上刚才说的三个原因，所以宇称不守恒是不可思议的。

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在上世纪50年代中期，李政道和我像许多物理学者一样，投入到了这方面的研究中。当时我们有了三个想法，后来被证明是很重要的。首先，Newton、Maxwell的方程式里所讲的力（引力和电磁相互作用）是宇称守恒的，而我们现在所要讨论的衰变是比较弱的力量，猜想对绝大多数的力而言宇称是守恒的，但在弱力下未必如此。就是说，是不是在强的力量里头左右是对称的，可是在弱的力量里头左右不对称？β衰变跟K衰变都是一种弱相互作用，它们是否左右不对称，我们就立刻开始研究。我刚才说了，β衰变已经有成百上千个实验了，但那些实验都是建立在宇称守恒的观念上头。

所以第二步，得要把这些实验重新估价一下。我们把上千个实验拿来研究，其中有5种不同的β衰变——过去所做过的很多实验归纳成5种——我们把每一种都去仔细算了一下。最后得出来了一个惊人的结论，就是原来大家以为这些β衰变的实验是跟宇称守恒有非常大的关系，而且大家都是讲得头头是道，其实完全是错误的——之前所有的β衰变实验都跟宇称守恒无关。过去所有的实验都不能证明左右在β衰变里是不是对称的。我们经过计算以后发现，事实是过去在β衰变里头并没有人做过一个实验是直接证明左右是对称的。换句话说，就是宇称守恒一直到那个时候，从来没有在β衰变实验中被测验过，既不能证明是对的，也不能证明是错的。

因此第三步，我们就提出，用什么样的实验来测试在β衰变和其他弱相互作用中宇称是守恒的呢？这就是表明要做一个比从前所有β衰变实验都要复杂的实验，才能够测量出来。之后我们就提出来了5种不同的实验，其中一种是关于β衰变的。我们的文章在1956年6月22日寄出。

我们的预印本寄出去之后的反应，就是大家都觉得不相信。当时有一个大物理学家Pauli，在英文叫作“FormidablePauli”，中文翻译成“可畏的Pauli”。Pauli比我大22岁，他在量子力学开始的时候就做了极为重要的工作。而且他是非常严格的，也许因为他非常严格的个性，他批评人也是不容情的，讲话是非常不客气的。如果你做演讲，他要来了你就要担心了。他矮胖矮胖的，通常坐在第一排，而且有个习惯喜欢坐着前后摇来摇去，这是大家都知道的。如果他摇摆的振幅变大了（频率增加了），就表示他就要问你很困难的问题了。

Wolfgang Pauli（1900-1958）

Pauli知道我们的工作后，就写信给他的一个有名的学生，Pauli说：“我不相信上帝是一个弱的左撇子。”他这个“弱”当然就是讲弱相互作用，“左撇子”就是说左右是不对称的。他还说：“我准备投注一笔很大的金额，实验将会得出一个对称的分布。”换句话说就是左右是对称的。过了半年多，等到吴健雄的实验做出来以后，发现左右是不对称的，他又给从前的助手写了一封信，他说，“我上回跟人说我要打赌，幸亏没有人跟我打，假如打了的话，那我现在要破产了。我是没有够多的钱，所以要破产。现在这样呢，我只损失一点名誉，不过我名誉很多，所以我不怕。”Pauli跟吴健雄，后来跟李政道、跟我都很熟。他是一个维也纳出身的人，后来住在瑞士，也常常到Princeton，所以他在40年代底就跟吴健雄和袁家骝很熟，那么后来跟我与李政道也都很熟。

大家也知道Feynman，他是一个大理论物理学家。当年Feynman还很年轻，36岁，他跟人说宇称是绝对不可能不守恒的。他说，我愿意跟你用50块美金赌一块美金，这个宇称是一定守恒的。等到发现宇称不守恒之后，他就乖乖地写了一张支票：50块美金。可是跟他打赌的那个人呢，觉得这是一张很重要的支票，就没有把这个支票拿到银行里头去兑现，而是将它放在像框里，挂在他的办公室里。

Richard Feynman（1918-1988）

Felix Bloch是另一位重要的理论和实验物理学家，也是诺贝尔奖获得者，因为核磁共振（Nuclear magneticresonance，NMR）的贡献——大家也许晓得NMR后来就引导出来了核磁共振成像（MRI）。MRI对于今天的医学简直是太有意义了。他呢，绝对不相信左右可以不对称。他说如果宇称不守恒，他会把自己的帽子吃掉。Bloch是Heisenberg的学生，他取得博士学位时正是世界大萧条时期，他找不到事情做。当时他在德国，接到了一封来自斯坦福大学的邀请信。在20世纪30年代初，斯坦福大学还只是很小的大学，没什么人知道。Bloch向很多人打听，后来问Heisenberg，后者想了半天告诉他是个很小的学校，从旧金山坐streetcar去，走一个钟头就到了。后来二战后学校大大发展，Bloch成为该校第一个得到诺贝尔奖的科学家。

我们指出了一个非常重要的事实，就是：在弱相互作用之中，宇称守恒缺乏实验证明。而我们觉得我们指出来的是很好的实验，可以来研究。可是我们并不觉得宇称会在任何相互作用力中都不守恒。换句话说，我们也跟所有人的直觉想法是一样的，宇称是守恒的。所以认为写出的文章并不会解决θ-τ之谜。我们只是觉得文章写得很好，因为指出需要再做一个实验，以证明它是守恒的，因此还需另找θ-τ之谜的解释。为什么这样说呢，因为当时发表这篇文章后，我们没有立即投入到不守恒的研究中，而是去做了一些统计物理相关的。直到半年后，吴健雄的实验发现宇称确实不守恒，于是我们立刻放弃了统计力学的工作。

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那么吴健雄的实验是怎么发生的呢？那个时候，大部分的实验物理学家都不愿进行我们提出的实验，因为他们认为我们提出的实验非常困难，五种实验没有一个是简单的。不过后来发现，其实有一种实验是非常简单的，可是当时没人了解到。而且人们觉得，即便做出实验的结果，肯定会是前人已经知道的，即宇称守恒，所以认为这些实验都不值得做。那年夏天我在Berkeley见到了一位后来获得诺奖的实验物理学家，他喜欢开玩笑。我跟他说，这里有几个实验你值得想想。他耸了耸肩说，如果我有个很好的研究生，我就让他去做这个实验。后来知道吴健雄发现不守恒，他很快就做实验，结果在3天之内也证明了宇称不守恒。后来再看他的实验其实比吴健雄的简单，可是当初没有人看出来。

吴健雄为什么会做这个实验呢，她有战略性的眼光，她开始也不认为宇称不守恒。她是Pauli的朋友，也非常崇拜Pauli。战争时期Pauli和吴健雄、袁家骝夫妇都住在Priceton，他们常常交往。而Pauli也很佩服吴健雄，因为她做的实验非常精细，扫清了许多前人因为实验不精细所产生的困扰，在实验物理里很有名气，是重要的实验物理学家。后来Pauli回到欧洲与吴健雄通信（Pauli不打电话，整天写信），在信中就提到宇称是守恒的，实验不值得做。但吴健雄超人的地方在于，她了解到，一个基本的自然定律必须要实验验证。所以决定做这个实验，她的动力也是好奇心引导出来的，穷追不舍。后来我曾经讲过，吴健雄“独具慧眼”。基本没有其他物理学家像她一样去尝试很困难的实验。

她是一个伟大的β衰变实验物理学家，她要做这个β衰变的实验要在低温环境下做，但她自己没有这个条件。当时只有两个地方有这个条件，一是国家标准局（NationalBureau of Standards），另一个是橡树岭国家实验室（Oak Ridge NationalLaboratory）。但橡树岭做理论的人反对做这个实验，所以只能选择国家标准局。吴健雄就给那边一个年轻人ErnestAmbler打电话，说这里有很重要的关于β衰变的实验，但需要非常低的温度，希望我们合作。Ambler含糊地回答我想一想，挂掉电话后就立刻给他一个朋友EvansHayward打电话。Hayward是做核物理的，很知道吴健雄。Amber就问，刚才有个女的，中国血统的物理学家叫C. S.Wu，要做个β衰变的实验。她这人怎么样？据Ambler后来说，Hayward回答很简单，“She is thetopest”。所以Ambler就决定合作实验。

吴健雄之后便从国家标准局请了四位低温物理学家一起进行其中的一个实验，是李政道跟我提出来的五种实验中的一个。这个实验是“β-decay ofpolarized radioactiveCo60”。Co60是Co（钴）的一种放射性同位素（β衰变核素），现在在医药界很有用处。这个放射性的Co60不是普通的Co60，而是极化的。Co60的原子核是在旋转的，螺旋的，有各种不同方向的转动，所以平均是没有转的。我们提出的实验，必须让它里面多半都向一个方向转，就是极化polarize。这个极化是要在低温底下做。

在那个夏天之后的5个月里头，一直到1957年年初，吴健雄就往来于纽约跟华盛顿之间。因为国家标准局在华盛顿。他们的实验遇到了很多困难，因为β衰变和低温都是新的技术，在他们之前，从来没有人把这两个技术合在一起做一个实验。所以这是一个新的领域，里面有很多战术上的问题需要解决。比如，因为低温的需要，他们要做的这个Co60要放在一个大的结晶表面上，因为如此低的温度，太小的话可能会出现扭曲的现象，这个结晶需要相当大，小的结晶不行。他们第一步就要造一个大的晶体，在上面涂Co60。所以他们要先学习制造大晶体的技术。吴健雄回忆，她当时到Columbia化学系的图书馆把造晶体的书拿来看，因为化学系的人常常要做晶体，把做晶体的书都找来。她后来自己说，这些书上有很多灰尘，他们把它们打开来进行研究，弄了两个礼拜，还是做不出来。这些溶液里头可以做出来小结晶，做不出来大的。经过三个星期的艰苦奋斗，她跟她的哥伦比亚的学生们终于成功制造了一个大约1厘米的晶体。

他们是如何做出来的呢？因为之前一直做不出来，吴健雄的一位女学生就把带有溶液的烧杯带回了家。第二天早上醒来她就忽然发现这个溶液里头出了很大的晶体，所以她就把这个溶液带到实验室里头去观察。经过研究发现，原来她把这个溶液放在厨房的炉子旁边，厨房的炉子当然温度比较高，所以他们就懂了，这个窍门就是要控制温度。那么这么一来，他们就做出来一个大的晶体。后来这位女研究生成了Rutgers大学的教务长。

吴健雄后来说是“Beautiful like adiamond”，像一颗钻石一样漂亮。她还说：“那天当我把晶体带去华盛顿，我知道我是全世界最快乐和最骄傲的人。”

最后在1956年圣诞节前，她得出了实验里宇称稍有不守恒的结论。因为她对自己实验的准确性很有信心，他们就宣称在β衰变中宇称不守恒。

吴健雄宣称了她的实验以后，美国最重要的报纸《纽约时报》头版有了这个消息（见上图）。我们可以说，因为宇称守恒是一个基本的观念，现在突然有了一个漏洞，就好像一个堤坝被攻破了，所以物理学家们就都赶紧去测试在各种弱相互作用下宇称是否守恒。接下来的五年里，人们进行了几百个类似的实验。因为这是一个普遍现象，所以不只是高能物理学家，很多其他方向的物理学家都可以做这个实验。几百个实验做出来的结果是什么呢？就是证实了宇称不守恒是所有弱相互作用下的一般特征。

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吴健雄的实验导致了以后几年很多不同的研究路径——不只是一个实验，而是整个路径都有了一些改变。第一，她把“对称观念”提升为基本理论里头的一个中心观念。第二，除了宇称（parity），P守恒不守恒以外，还有两种离散对称性——一个叫C（Chargeconjugation，电荷共轭），一个叫T（Timereversal，时间反演），在吴健雄的P不守恒实验做出后，C也被证明不守恒。1964年，有两个美国的物理学家带领了两个学生，他们证明了T也不守恒。后来他们在1980年得到了诺贝尔奖。第三，在β衰变里头除了有电子出现以外，还有中微子出现，对中微子性质的研究具有决定性影响。这个深入的研究导致了三个诺贝尔奖。在1988年，因为发现有两个不同的中微子而得了诺贝尔奖。到了1995年，发现了还有第三种中微子，又有了一个诺贝尔奖。到了2002年，发现这三种中微子之间可以互相转换（中微子振荡），这是以前没想到了，这又得了一个诺贝尔奖（编注：2002年诺贝尔物理学奖的一半奖励的其实是“探测宇宙中微子”）。

可是吴健雄始终没有获得她应该得到的诺贝尔奖。这是什么道理呢？这有很多种不同的讨论。一个讨论呢，是说诺贝尔奖有一个规矩，必须是在那年的2月1号以前发表的文章才有可能得诺贝尔奖。她的文章是发表在2月1号以后，所以那一年的诺贝尔奖不能够包含吴健雄。这个话虽然有道理，可是你当然也很容易问了：很显然应该也给吴健雄。因为李政道跟我只是提出来这个理论，这个理论不能算证实，必须有实验支持，而这个实验室吴健雄做的。所以假如在那年的十月底，他们在讨论诺贝尔奖的时候，最容易的一个办法就是：今年我们不给这个方面的，而给别的方面——这是常常有的事情——然后到第二年，到了1958年，吴健雄的文章就合格了，就也给吴健雄。这不是很简单的一个解释吗？所以这个解释不能够自圆其说。

可是又有一个解释说，诺贝尔奖还有另外一个规矩，就是诺贝尔奖不能给四个人，只能给一个、两个或者三个。那么吴健雄实验的重要伙伴，就是那几个国家标准局的合作人，其中有一个是最重要就是Ambler，Ambler后来做了国家标准局的主任。Ambler当时是一个很年轻的杰出的低温物理学家。所以当时你要给吴健雄，那必须要给Ambler，所以就变成四个人。所以他们讨论了一下，结果就没有给吴健雄。这个理论有人赞成——通常是低温物理学家赞成这个理论——可是做β衰变的物理学家不赞成这个理论。

到底哪个是对的，现在还不知道。不过诺贝尔奖金委员会也有一个规矩，说是一个奖给了五十年以后，可以让科学史的研究者看看五十年前的档案。所以我猜想现在一定已经有科学史的研究者到斯德哥尔摩，去看五十年前的档案了，那么也许他们会得出来一个结论。（编注：关于吴健雄的实验原理以及为何没能获得诺奖的问题，我们推荐读者阅读此前《返朴》发表的这篇文章《邮票上的吴健雄与镜子中的物理学》）

吴健雄在伯克利获得博士学位的时候，她的导师是Emilio Segre，Emilio Segre后来在1959年也得到了诺贝尔奖。EmilioSegre是意大利出身的，他是在相当有名了以后才搬到美国去，以后长期住在美国。他在晚年的时候写了一本书，这本书我印象中现在好像已经有中文翻译了，我推荐给在座的年轻的同学FromX-rays toQuarks，中文名《从X射线到夸克》，这本小小的书把20世纪理论和实验———不过是以实验为主———基本物理学的发展用一个通俗的语言讲出来。我把这个书推荐给大家。我特别要提出来的是他这个书里头有一段，这本书里当然也讲到了宇称不守恒，也讲到了他的这个学生，我把它翻译念给大家听。

“这三位中国物理学家显示了下面的预测：历史上中国曾扮演世界文化领袖的角色。当中国从她（目前）的浴血革命时代走出，重新担任她的历史角色以后，她对未来世界的物理学将有多么大的贡献。”

我跟在座的各位年轻的同学讲，你们是处在一个大时代。全世界人民都已经看出来了，说是中华民族已经走出了浴血革命的时代，希望而且一定可以在世界文化里头扮演领导角色。那么我希望Segre的这一段话，你们能够想到它的深意。

杨先生2008年10月27日在东南大学与2009年4月13日在复旦作题为《物理学的诱惑》演讲录音稿重新校对编辑而成。

杨振宁学术成就

相变理论

统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析，从而抓住问题的本质和精髓。1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文，得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型，但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。1952年，杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表，发表后引起爱因斯坦的兴趣。论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质，发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质，消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理，它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。

玻色子多体问题

起源于对液氦超流的兴趣，杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。首先，他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文，将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间，杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正，然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项，但当时无法得到实验验证。不过，这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。

杨—Baxter方程

20世纪60年代，寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年，杨振宁发现1维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程，后被称为杨—Baxter方程（因为1972年Baxter在另一个问题中也发现这个方程）。1967年，杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章，进一步探讨了此问题的S矩阵。后来人们发现杨—Baxter方程在数学和物理中都是极重要的方程，与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要，而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。

1维δ函数排斥势中的玻色子在有限温度的严格解

1969年，杨振宁和杨振平将1维δ函数排斥势中的玻色子问题推进到有限温度。这是历史上首次得到的有相互作用的量子统计模型在有限温度（T>0）的严格解，这个模型和结果后来在冷原子系统中得到实验实现和验证。[92]

超导体磁通量子化的理论解释

1961年，通过和Fairbank实验组的密切交流，杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化，证明了电子配对即可导致观测到的现象，澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理，并纠正了London推理的错误。在这个工作中，杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。

非对角长程序

1962年，杨振宁提出“非对角长程序（off-di-agonal long-rangeorder）”的概念，从而统一刻画超流和超导的本质，同时也深入探讨了磁通量子化的根源。这是当代凝聚态物理的一个关键概念。1989到1990年，杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态，并和张首晟发现了它的SO（4）对称性。

弱相互作用中宇称不守恒

对称性是物理学之美的一个重要体现，是20世纪理论物理的主旋律之一。从经典物理以及晶体结构，到量子力学与粒子物理，对称性分析是物理学中的有力工具。杨振宁对粒子物理的诸多贡献表现出他对对称性分析的擅长。他往往能准确利用对称性，用优雅的方法很快得到结果，并且突出本质和巧妙之处。1999年，在石溪（StonyBrook）的一次学术会议上，杨振宁被称为“对称之王（Lord of Symmetry）”。

1950年，杨振宁关于p0衰变的论文以及他和Tiomno关于β衰变中相位因子的论文奠定了他在此领域中的领先地位。1956年，θ-τ之谜是粒子物理学中最重要的难题，当时普遍讨论宇称是否可以不守恒。杨振宁和李政道从θ-τ之谜这个具体的物理问题走到一个更普遍的问题，提出“宇称在强相互作用与电磁相互作用中守恒，但在弱相互作用中也许不守恒”的可能，将弱相互作用主宰的衰变过程独立出来，然后经具体计算，发现以前并没有实验证明在弱相互作用中宇称是否守恒。他们更指出了好几类弱相互作用关键性实验，以测试弱相互作用中宇称是否守恒。吴健雄于1956年夏决定做他们指出的几类实验中的一项关于60Coβ衰变的实验。次年1月，她领导的实验组通过该实验证明在弱相互作用中宇称确实不守恒，引起全物理学界的大震荡。因为这项工作，杨振宁和李政道获得1957年的诺贝尔物理学奖。

时间反演、电荷共轭和宇称三种分立对称性

因为质疑弱相互作用中宇称是否守恒的论文预印本，所以Oehme于1956年8月致信杨振宁提出弱相互作用中宇称（P）、电荷共轭（C）、时间反演（T）三个分立对称性之间的关系的问题。这导致杨振宁、李政道和Oehme发表论文57e，讨论P、C、T各自不守恒之间的关系。此文对1964年CP不守恒的理论分析有决定性的作用。[92]

高能中微子实验的理论探讨

1960年，为了得到更多弱相互作用实验信息，利用实验物理学家Schwartz的想法，李政道和杨振宁在理论上探讨了高能中微子实验的重要性。这是关于中微子实验的第一个理论分析，引导出后来许多重要研究工作。[92]

CP不守恒的唯象框架

1964年，实验上发现CP不守恒后，引发出众多乱猜其根源的文章。杨振宁和吴大峻没有理会那些脱离实际的理论猜测，而作了CP不守恒的唯象分析，建立了后来分析此类现象的唯象框架。这反映了杨振宁脚踏实地的作风，也明显显示出他受到的Fermi的影响。

杨—Mills规范场论

1954年，杨—Mills规范场论（即非阿贝尔规范场论）发表。这个当时没有被物理学界看重的理论，通过后来许多学者于20世纪60年代到20世纪70年代引入的自发对称破缺观念，发展成标准模型。这被普遍认为是20世纪后半叶基础物理学的总成就。

杨振宁和Mills的论文，从数学观点讲，是从描述电磁学的阿贝尔规范场论到非阿贝尔规范场论的推广。而从物理观点上讲，是用此种推广发展出新的相互作用的基础规则。

在主宰世界的4种基本相互作用中，弱电相互作用和强相互作用都由杨—Mills理论描述，而描述引力的爱因斯坦的广义相对论也与杨—Mills理论有类似之处。杨振宁称此为“对称支配力量”。杨—Mills理论是20世纪后半叶伟大的物理成就，杨—Mills方程与Maxwell方程、Einstein方程共同具有极其重要的历史地位。

规范场论的积分形式

杨—Mills理论还把物理与数学的关系推进到一个新的水准。1970年左右，杨振宁致力于研究规范场论的积分形式，发现了不可积相位因子的重要性，从而意识到规范场有深刻的几何意义。

规范场论与纤维丛理论的对应

1975年，杨振宁和吴大峻发表了论文75c，用不可积相位因子的概念给出了电磁学以及杨—Mills场论的整体描述，讨论了Aharonov—Bohm效应和磁单极问题，揭示了规范场在几何上对应于纤维丛上的联络。这篇文章里面附有一个“字典”，把物理学中规范场论的基本概念准确地“翻译”成数学中纤维丛理论的基本概念。这个字典引起数学界的广泛兴趣，大大促进了数学与物理学以后几十年的成功合作。