杨振宁:科学研究的品味

作者: 蒲慕明,赵午

来源: 国家科学评论

发布日期: 2020-03-22

杨振宁在访谈中回顾了杨-米尔斯理论的产生历程,讨论了科学研究的品味以及中国科学研究的现状与未来发展。他强调对称性在物理学中的重要性,并指出基础科学的突破往往来自少数个体的智慧,而非大科学项目。访谈中还探讨了中国文化对科学发展的影响及对年轻人的建议。

杨振宁是最杰出的中国理论物理学家。1954年,杨振宁和罗伯特·米尔斯共同提出杨-米尔斯规范场理论。建立在这一理论基础上的物理学标准模型,成为了支撑粒子物理学大厦的基石。1956年,杨振宁与李政道共同提出弱相互作用中的宇称不守恒定律,并以此获得1957年诺贝尔物理学奖。此外,杨振宁还在粒子物理学、统计物理学、凝聚态物理学等多个领域做出了重要贡献。

2003年底,杨振宁从美国返回中国定居,任清华大学教授并推动了清华大学高等研究院的建立。2019年3月21日,《国家科学评论》执行主编、神经生物学家蒲慕明和斯坦福大学加速器物理学家赵午赴清华大学,与杨振宁先生进行了一场对话,在对话中,杨振宁回顾了杨-米尔斯理论产生的历程,并谈及与他同时代的物理学家、科学研究品味、中国科学研究的现状与未来发展等多个话题。

赵午:我们从杨-米尔斯理论谈起。很多人都认为,在您为科学做出的诸多重要贡献中,杨-米尔斯理论是最重要的一个。您同意这种说法吗?您觉得这个理论为什么重要?

杨振宁:在基础物理学领域中,大家公认杨-米尔斯规范场理论是奠基性的重要工作。这项工作最早发表于20世纪50年代,那时候绝大部分人都不看好它。后来到70年代,出现了最早的一批实验证据,又有新的重要的见解——也就是对称性破缺的观点,加入进来,于是它逐渐发展成了标准模型。标准模型是20世纪下半叶基础物理学领域最重要的发展。

规范场理论未来会怎么发展呢?我在1980年写了一篇关于爱因斯坦的文章,其中我写了一句话,叫“对称支配力量”。我想这个短句可以概括规范场理论之所以重要,也概括了它未来发展的方向。我们现在还没有解决的问题中,最重要的就是怎么把引力引入进来,统一到现有的模型中。我想,我和大部分物理学家都相信,实现统一的方法还是要引入更多的对称。

赵午:这里所说的对称肯定不是简单的左右对称。

杨振宁:没错,肯定是更复杂,更微妙的对称。对称的观念在中国文化中早就有了,比如说中国文学中的对联就是对称性的一个表现。西方文化中,希腊时期人们就非常重视对称,他们认为世界上的一切都是由对称性统治的。

蒲慕明:您在1949年听过爱因斯坦的演讲,之后在1954年完成了杨-米尔斯理论。这两件事之间有关系吗?或者说你有受到爱因斯坦的影响吗?

杨振宁:我还在芝加哥读研究生的时候,就受到了爱因斯坦把自然界中不同的力统一起来这一号召的影响,也受到了外尔电磁规范对称理论的影响。但是驱使我提出杨-米尔斯理论的更加直接的原因是,从1945年开始的十年中有很多新的基本粒子被实验发现。

蒲慕明:也就是说,您是从数学理论出发得到可以解释物理事实的理论。很多人说这是您的独特之处。

杨振宁:但是这个过程不是一帆风顺的,因为U1对称是对易对称而SU2对称是非对易对称:在数学上,非对易对称的最初几步运算可以很简单,但是算到后面会变得越来越复杂。

赵午:在这之后就很顺利了吧?

杨振宁:也不是。按照我们当时的理论,应该存在一种有电荷但是没有质量的粒子,而这样的粒子无论如何是不可能存在的!

蒲慕明:感谢您对杨-米尔斯理论诞生历程的细致回顾。我们还想问一个杨-米尔斯理论诞生之后的问题。有电荷无质量粒子的问题后来是如何解决的?

杨振宁:是由对称性破缺这个新概念的引入而解决的。对称性破缺将自然界中的三种力(强相互作用力,电磁力和弱相互作用力)非常漂亮地定量统一在一起,由此得到了人们现在所说的标准模型。

蒲慕明:有人说,您在20世纪70年代将数学和物理这两个学科连接在了一起。给我们讲讲这个故事吧。

杨振宁:1975年,吴大峻和我发表了一篇文章,内容是物理学家的电磁场理论,以及它和数学家的纤维丛理论之间的关系。为了说清楚这两个理论之间深层次的相互关系,我们建立了一个二者之间的名词对照词典。

关于“科学研究的品味”,蒲慕明:弗里曼·戴森曾经称您为保守的革命者。您同意吗?

杨振宁:在他这样说之前,我从没想过我是保守的。他在1999年的演讲中这样说之后,我想了想,觉得他是很有道理的:我重视传统,通常只在必要的情况下,才会去探索新的方向。

蒲慕明:这和科学研究的品味是相关的。您经常说做科学研究,有自己的品味是非常重要的。

杨振宁:没错,而且我还要说:不只是大的科学问题需要品味。即便是对一个研究生,发展自己的品味也很重要,他需要判断哪些观点、哪类问题、哪些研究方法是自己愿意花精力去做的。

关于“中国科学发展”,杨振宁:我想有非常密切的关系。

赵午:所以从经济发展的角度看,是不是可以说保守、尊重权威都是好的?

杨振宁:对。要决定一个国家的科学发展应该保守还是激进,这是一个非常复杂的问题。

关于“开展国际大科学项目”,杨振宁:在一些领域中,中国科学家已经是世界领导者。我想对于这些领域来说,这一类大项目是值得去做的。

蒲慕明:现在中国政府和学术界都同意要提高国家对基础研究的投入。杨振宁:我的观点是:中国经济在过去40年中取得了辉煌的成功。前瞻性的大工程在这一成功中扮演了重要的角色。但是这种模式不适用于基础科学的发展,因为基础科学中的革命性突破从来都不来源于大科学工程,而是来源于少数个体的智慧。

赵午:在您的学术生涯中,您对科学和社会都做出过非常重要的贡献。在这个历程中,您也一定做过很多次决定。那么当您回顾过去的时候,有没有什么遗憾的地方?

杨振宁:当然有。在物理学研究方面,我最大的失误是,在60年代的时候我不喜欢“对称性破缺”这个概念。

最后,我们还有一个很简单的问题。我们想请杨先生给年轻人提些建议。杨振宁:我想,中国的年轻人对自己兴趣的重要性常常不够顾及,这可能是受到了中国教育体制和社会风气的影响。年轻人总是被教导要服从社会需求,但是很少有人告诉他们,要去发现自己的兴趣、实现自己的兴趣。

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