四、杨振宁:良师益友、合作创新
杨振宁是中国科学院院士,1957年诺贝尔物理学奖获得者。1922年(中华民国十一年)10月1日,杨振宁生于安徽合肥三河镇(今属肥西县)。4岁时,母亲开始教杨振宁认字,一年多的时间杨振宁学了3千个字。在杨振宁的九十自述《我的学习与研究经历》中,他说:“1933年到1937年我在北平崇德中学念了四年书,从中一到中四,崇德中学当时有差不多三百个学生,有一间很小的图书馆,我常去里面翻阅各种杂志和书籍。我第一次接触到二十世纪的物理学就是在那间图书馆内看到了Jeans的《神秘的宇宙》中译本。Jeans把1905年的狭义相对论、1915年的广义相对论和1925年的量子力学用通俗的语言描述,使得我发生了浓厚的兴趣。”1938年(中华民国二十七年)夏,杨振宁以高二学历报名参加统一招生考试,以出色的成绩被西南联大录取。1944年(中华民国三十三年),杨振宁在国立西南联合大学研究生毕业,硕士论文导师是清华大学王竹溪教授。
1945年(中华民国三十四年),杨振宁得到庚子赔款奖学金去了美国,就读于芝加哥大学。1948年(中华民国三十七年),获芝加哥大学哲学博士学位,博士论文导师是爱德华·泰勒教授。1949年,杨振宁进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作,开始同李政道合作。当时的院长奥本海默说,他最喜欢看到的景象,就是杨、李走在普林斯顿草地上;同年与恩利克·费米提出基本粒子第一个复合模型。1956年,杨振宁和李政道共同发表了一篇文章,推翻了物理学的中心信息之一——宇称守恒基本粒子和它们的镜像的表现是完全相同的。1957年,杨振宁与李政道因共同提出宇称不守恒理论而获得了诺贝尔物理学奖,他们两个人是最早获得诺贝尔奖的华人。1971年夏,杨振宁回中国访问,是美籍知名学者访问新中国的第一人。2003年底,杨振宁回北京定居。2004年11月,受聘海南大学特聘教授。2009年,杨振宁居于北京清华大学。
4.1 良师
在杨振宁的九十自述《我的学习与研究经历》中列出了他的我的主要研究领域的引导者,他说:“1942年春天,为了准备写一篇当时联大要求的学士毕业论文,我去找吴大猷教授,请他做我的导师。四十多年以后,我这样描述吴先生怎样给我出了一个题目:
(他)给了我一本Reviewsof Modern Physics(《现代物理评论》),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。他给了我狄克逊(Dickson)所写的一本小书,叫做ModernAlgebraic Theories(《近代代数理论》)。狄克逊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。
对称原理是我一生主要的研究领域,占了我研究工作的三分之二。
1942年秋天我考进了清华大学研究院的物理系做博士生。(那时考入联大的本科生都是联大的学生,可是研究生各自算为北京大学、清华大学、南开大学三个学校的学生,虽然所有课程学习和考试仍然是在一起进行的。)我的导师是清华大学的王竹溪教授(见图3.7.4),他的专长是统计力学,是他把我引导进了统计力学的研究领域。今天估计起来我一生的研究工作有差不多三分之一是在统计力学里面。”
4.2 益友
在杨振宁的九十自述《我的学习与研究经历》中说:“和同学讨论是极好的真正学习的机会。关于我在联大做研究生的经历,很多年后我作过这样的描述:
1941年到1942年,我是昆明西南联合大学物理系四年级的学生。这个系比较小,共有约10位教员、10位助教、几位研究生和一些本科生。本科生每班不到20人。1941年秋天开学的时候,一个新的面孔出现了,那就是黄昆。当时,他已经从北京燕京大学获得了物理学士学位,到联大来做助教。开学不久,我们就熟识起来,开始了我们半个世纪的友谊。
我们所读的课程里,两个是吴大猷教授教的经典力学和量子力学。量子力学是一个革命性的新发展。在1925年到1927年间起源于德国、瑞士、英国和丹麦。吴教授是中国的物理学家中,在20世纪30年代到40年代训练了最多量子力学学生的教授。我记得当时许多关于量子力学的讨论都是在吴教授的演讲之后进行的。通过这些讨论,我开始认识了黄昆的为人和他学物理的态度。
一年后,在1942年的夏天,黄昆和我都注册为联大的研究生。黄昆跟着吴大猷教授做有关天体物理学里原子和分子问题的论文,我跟王竹溪教授做有关统计力学的论文。当时研究生的补助金是不够的,所以我们都在找教学职位来增加我们的收入。我父亲的朋友徐继祖先生,是昆华中学的校长,他安排黄昆、我和张守廉(另一位物理学研究生)(见图3.7.5),到昆华中学教书。三个人分了一个教师的位置,而学校安排了一座新建筑角落里的一间房间给我们三人住。
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。
茶馆的客人们包括种种人物,有不少学生。可是大多数的茶客是镇民、马车夫和由远处来的商人们。大家都高谈阔论,而我们通常是声音最大的。有时候,正当我们激烈地辩论时,会突然意识到我们的声音太大,大家都在看着我们(这种意识并不一定使我们停止辩论)。可是一般来说,学生们和其他茶客之间并没有不和的气氛。
在茶馆中,我们曾经目睹一些永远不能忘记的情景和事件:好几次坐在凤翥街的茶馆里,我们看见一队一队的士兵押着一些犯人向北方走去,走向昆明西北郊的小丘陵地带,那里满布着散乱的野坟。每一个犯人都背着一块白色的板子,上面写着他们的名字和罪行。大多数的罪犯都静静地跟着士兵走,有少数却喊着一些口号,像:“二十年后,又是一条好汉!”每一次当这种队伍走过时,茶馆的喧闹声就会突然止息。然后,远处预期的枪声响了,我们都静静地坐着,等待着士兵们走回来,向南方回到城里去。
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。这是哥本哈根(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,翻看海森堡(Heisenberg)的《量子理论的物理原理》来调解我们的辩论。
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。
与黄昆和张守廉的辩论,以及我自己做教授以后的多年经验,都告诉我:和同学讨论是极好的真正学习的机会。
张守廉后来改念电机与控制论,在美国得到博士学位,现在还健在,是纽约州立大学石溪分校退休教授。黄昆后来在英国得到博士学位,在固体物理方面有重要贡献。于1950年代初回国,引进半导体物理学到国内,开启了中国的半导体研究。他于2001年获中国最高科技奖,于2005年去世。”
CCTV的王志先生于2005年1月26日在电视访问中曾问过杨振宁,为什么他的很多工作都是跟人合作的。杨振宁的回答:
“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。”
4.3 兴趣→准备工作→突破口
杨振宁认为,事实上,科学研究前沿的很多问题是非常有意思的,要想真正做出来卓越的工作,需要对有意思的事情发生浓厚的兴趣。“我一直说,做一个工作要有三部曲。第一步,要对这个问题发生浓厚的兴趣。第二步,要做一个长期的思考和努力,这个长期的努力常常是不成功的,甚至使你自己非常沮丧。第三步,100年以前有一个大数学家分析过,他说你做了很复杂的努力,不出结果甚至很沮丧的时候,你常常不可避免地要休息一下子。”
杨振宁说,“我在1949年很不开心,那时候我在做研究生,我知道做物理研究生是非常困难的事情。”他观察上千研究生,得出这样一个结论:大部分研究生都会停留在兴趣和努力上,但他们会在还没有取得结果的阶段止步不前。“在这个情形之下,幸运的人如果有了顿悟,他就可能会成功。”
“常常有同学问我,说我们将要得到博士学位,或者我们正在做头两年的博士后,我们应该做什么样的题目,是大题目呢还是小题目?这个问题很重要,而且我在做研究生的时候,也问过费米。费米的回答很清楚,他说,他觉得大题目、小题目都可以想,可以做,不过多半的时候应该做小题目。如果一个人专门做大题目的话,成功的可能性可能很小,而得精神病的可能很大。做了很多的小题目以后有一个好处,因为从各种不同的题目里头可以吸取不同的经验,那么,有一天他把这些经验积在一起,常常可以解决一些本来不能解决的问题。这一点,我自己就有很深的感受。”(文章内容来源于刘波学术,作者系刘波。)