杨振宁:抱薪科学 沐光而行

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彭新   2025-10-19 15:40:00

21世纪经济报道记者彭新

杨振宁在中国乃至全球科学界,在国人心中,有着非同一般的地位。

1922年10月1日,杨振宁出生在合肥西大街四古巷内的杨宅,在这里度过了6年时光,后因其父赴厦门大学、清华大学任教而举家迁徙。他的父亲杨武之是中国第一位留美的数学博士,1929年至1937年在清华大学任教,一家住在清华园内,杨振宁在此度过童年和少年时光。

1937年七七事变爆发,杨振宁随母从清华园返回合肥居住半年,就读于庐州中学。1938年3月,合肥沦陷在即,杨家辗转迁往昆明,从此远离故土。1945年杨振宁赴美留学。1950年代他与李政道合作,提出弱相互作用中“宇称不守恒”的理论,并因此在1957年获得诺贝尔物理学奖,成为最早获得诺贝尔奖的华人科学家。除此之外,他还在现代粒子物理学、量子群、统计力学等领域有深远贡献。

(杨振宁)

杨振宁为中国科教事业作出了杰出贡献。1971年他首次回中国访问,掀起大批华裔学者访华热潮,被誉为架设中美学术交流桥梁第一人。1977年,为促进中美邦交正常化,他组织成立全美华人协会并担任会长。

晚年杨振宁定居中国,2017年恢复中国国籍。回中国后,杨振宁把家安在清华园,取名“归根居”,认为自己的人生像是画了一个圆。

“我的一生是沐光而行的一生,如斯如愿;理想奉献的一生,不屈不折;幸福圆满的一生,无怨无悔。”杨振宁在快满九十岁时曾这样写道。

对中国人而言,杨振宁更重要的贡献,或许不止于学术层面。1995年,杨振宁在接受采访时被问及获得诺贝尔奖的感受,他说:“我一生最重要的贡献,是帮助改变了中国人自己觉得不如人的心理作用,我想我在科学工作的成就帮助中国人的自信心增加了。”

杨振宁用103年燃烧的能量,在科学的天空,画出了最灿烂的星光;用深沉的爱,在祖国的大地,种出了最丰盛的果实。

从清华园到西南联大

杨振宁的学术思想,是在东西方文化交融的独特环境中培育而成的。他的童年在20世纪30年代的清华园度过,那是一段充满智识启蒙的田园诗般的岁月。

在《读书教学四十年》一书中,杨振宁写道:“从1929年到全面抗战开始那一年,清华园的八年在我的回忆中是非常美丽、非常幸福的。那时中国社会十分动荡,内忧外患,困难很多。但我们生活在清华园的围墙里头,不大与外界接触。我在这样一个被保护起来的环境里度过了童年。”

其父杨武之先生是中国第一位从芝加哥大学获得代数学博士学位的学者,时任清华大学数学系教授。在这样一个学术氛围浓厚的家庭中,杨振宁自幼便展露出惊人的天赋。他4岁识字逾三千,父亲早已察觉其在数学上的早慧,甚至在杨振宁十岁时,便听他说过长大要得诺贝尔奖的童言壮语。

杨武之的教育理念深刻地塑造了杨振宁。他不仅亲自教导儿子数学,更坚信“不精文史哲,何以成巨擘”。因此,杨振宁从小就浸润在中国古典文学与历史的滋养中,这为其日后宏大的科学视野奠定了坚实的人文基础。

与此同时,他在英国教会创办的崇德中学接受教育,获得了扎实的英语功底和系统的西式科学训练。这种独特的成长经历,使他的心智结构天然地成为一个中西思想的交汇点。他既能领会中国传统文化中之于和谐与对称的追求,又能掌握西方科学中严谨的逻辑与实证方法。

抗日战争的烽火中断了清华园的宁静。杨家一路辗转至昆明。1938年,年仅16岁的杨振宁以同等学力考入由北京大学、清华大学、南开大学战时合并而成的国立西南联合大学。

西南联大,这所诞生于国难之中的传奇学府,物质条件极其匮乏,却汇聚了当时中国最顶尖的学者与最聪颖的头脑。正是在这片思想的沃土上,杨振宁做出了足以改变现代物理学进程的决定。他最初遵从父亲的建议报考化学系,但在备考期间自学物理教科书时,发现了自己真正的兴趣所在,遂转入物理系。


(位于昆明的国立西南联合大学旧址,记者彭新拍摄)

西南联大的艰苦环境,成为理论物理天才的最佳孵化器。由于实验设备极度短缺,师生们被迫将精力完全集中于理论的思辨与基本概念的深入理解上。这种环境,恰恰磨砺了杨振宁的理论思维与物理直觉,塑造了他日后追求物理学基本原理独特的“品味”。

在此期间,两位导师为他铺设了一生的研究轨道。吴大猷教授指导杨振宁完成了关于分子光谱与群论的学士论文,这使他初次领略到“对称原理”的优美与力量,点燃了他对这一领域的终生热情。王竹溪教授作为杨振宁的硕士导师,将他引入了统计力学的殿堂,这是他学术生涯的另一条主线。

此外,他与黄昆、张守廉组成的“三剑客”,时常为各种物理问题彻夜辩论,他认为这种与同学间的激烈讨论是“极好的真正学习的机会”。

西南联大的6年,不仅授予他知识,更是在一个民族的危难时刻,将个人的学术追求与家国命运紧密相连,淬炼出一代学人的风骨与担当。当时,他哼得最多的一首歌是父亲一生都喜欢的《中国男儿》,正是那个时代精神的写照:“中国男儿,中国男儿,要将只手撑天空。睡狮千年,睡狮千年,一夫振臂万夫雄。”

这种精神也浸透在杨振宁的血脉之中。

三座丰碑

杨振宁的科学贡献横跨多个领域,其深度与广度世所罕见。其中三项工作,即宇称不守恒定律、杨-米尔斯理论、杨-巴克斯特方程,如三座巍峨丰碑,奠定了他作为一代物理学大师的历史地位。

20世纪50年代中期,粒子物理学被一个名为“θ-τ之谜”的乌云所笼罩。实验发现两种被称为θ介子和τ介子的粒子,它们拥有完全相同的质量和寿命,但衰变后的产物却具有相反的“宇称”。

宇称是自然界中的基本对称性之一,被认为是自然界最基本、最不证自明的对称性之一。在物理学中,宇称守恒意味着左与右是对称的,实验确实证明了在电磁作用和强作用中宇称守恒。

如果宇称守恒定律是普适的,那么这两个粒子必定是不同的粒子。但大自然为何要如此精确地“复制”出两个性质几乎完全一样的粒子?这显得极为不自然和奇怪。

面对这个难题,杨振宁和李政道合作,提出了一个极具颠覆性的设想:是否有可能,宇称守恒这个被物理学界奉为圭臬的“常识”,在弱相互作用中根本就不成立?

这是一个极其大胆的假设,因为此前从未有人在弱相互作用领域对其进行过严格的实验检验,人们想当然地认为它必然成立。当时,包括泡利、费曼和朗道在内的物理学巨擘都对此深信不疑。


(李政道、杨振宁)

杨振宁和李政道的理论突破在于,他们敢于挑战这个“神圣”的假设,提出在微观的弱相互作用世界里,自然实际上是“偏手”的,能够区分左右。这一理论完美解决了“θ-τ之谜”:它们本就是同一种粒子,只是衰变过程不遵守宇称守恒。

这一理论的预言得到了物理学家吴健雄团队的实验证实。实验结果于1956年公开后,如同一颗重磅炸弹,在全球物理学界引发了剧烈震动。

仅仅一年之后,杨振宁因此荣获1957年诺贝尔物理学奖,其获奖速度之快,在当时创下诺贝尔奖颁奖史上最快获奖纪录。这一了不起的“破坏”活动,摧毁了阻碍物理学前进的基石,为之后三十年物理学的发展扫清了道路。它扭转了自爱因斯坦以来物理学家将某些对称性视为不证自明原理的倾向,带来了激动人心的理论突破。

但在主流物理学界看来,杨振宁最重要的工作并不是宇称不守恒理论,而是杨-米尔斯理论。如果说发现宇称不守恒是一次伟大的“破坏”,那么杨-米尔斯理论则是一次更伟大的“建构”。

杨-米尔斯理论描述了电弱相互作用和强相互作用中的规范场行为,将电磁、弱、强三种力统一在同一理论框架下,为粒子物理标准模型提供了数学基础。但这一理论的诞生远超其时代,最初因预言了零质量的规范粒子而受到包括泡利在内的权威物理学家的质疑。

然而,几十年后,随着自发对称破缺、渐近自由等新概念的出现,物理学家们终于认识到其巨大威力。杨-米尔斯理论最终被认为是现代物理标准模型的重要组成部分。1994年,美国声誉卓著的鲍尔科学成就奖在颁奖词中称:“这一理论模型,已经跻身牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的工作之列,并必将对未来世代产生相当的影响。”

在粒子物理领域做出革命性贡献的同时,杨振宁还在统计力学领域展现了同等水平的创造力,彰显了他惊人的学术广度。

1967年,杨振宁在研究一维多体问题时,发现了一个深刻的数学结构,后被称为杨-巴克斯特方程,开辟了数学物理的广阔新领域。这个方程本质上是一个自洽性条件,它保证了一个复杂的多体系统是“可积的”,即原则上可以被精确求解。

这一研究在数学领域的影响尤为深远,以至于在1990年的国际数学家大会上,四位菲尔兹奖得主中,有三位的工作都与此方程密切相关。

美与文化交融的科学灵魂

与许多被视为“理工男”的科学家不同,杨振宁从不避讳使用“美”“妙”“优雅”等充满艺术气息的词汇来描述物理定律。对他而言,探索物理世界与欣赏艺术品并无二致,都是在追求一种深刻的结构之美。他曾将物理学中的美分为三个层次:

现象之美:自然现象本身带来的直接、令人敬畏的美感,如彩虹。

描述之美:用简洁、普适的数学公式描述纷繁复杂现象时所展现的浓缩之美,如解释彩虹角度的折射定律。

结构之美:隐藏在数学公式背后、更为深刻的物理原理之美,如对称性原理。

杨振宁毕生追求的,正是这最高层次的“结构之美”。他坚信,一位卓越的科学家必须具备独特的“品味”和“风格”。他的风格,是将在西南联大时期形成的对基本原理的执着,与在芝加哥大学受费米影响而形成的从物理现象出发的思维完美结合的产物。

对于杨振宁来说,美不仅是正确理论的附属品,更是一种强大的启发式工具,是通向真理的指南。杨-米尔斯理论在诞生之初面临重重困难和顶级物理学家的质疑,但他之所以坚信其正确性,很大程度上是因为被该理论无与伦比的结构对称性与逻辑自洽性之美所折服。最终,理论的成功验证了他的审美判断。

中国科学院院士、物理学家孙昌璞曾这样评价杨振宁的科学创造及寓于其成果中的科学美:“杨振宁是理论物理之美的创造者和实践者,规范场和杨-巴克斯特方程堪称其美之创造典范。在很多非常具体的工作中,杨先生创造和把握‘美’的能力可谓登峰造极。”

另一方面,杨振宁的整个生命与事业,都是一座连接东西方文明的桥梁。他在1957年诺贝尔奖颁奖晚宴的演讲中,曾动情地说道,“(我)在很多意义上,都是中西文化的产物,既和谐又冲突。我既以我的中国传统和背景骄傲,同时也献身于现代科学,它从西方文明起源,我已经并将继续为之工作。”

这种文化的综合体现在他思想的方方面面。他曾提及,中国对联中简洁而深刻的对称性,与他在物理学中寻找的对称原理有着异曲同工之妙。在中国的传统文化中浸润长大,他身上既有中国传统文人对历史的尊重和对和谐秩序的向往,又有现代科学所要求的、敢于挑战一切权威的革命精神。

归根的赤子

杨振宁从来没有忘记自己是个中国人。

早在上世纪70年代,他就致力于推动中美学术交流。1980年,杨振宁在纽约州立大学石溪分校(Stony Brook)设立对华教育交流委员会,从美国和香港募集资金,资助中国学者以访问学者身份到石溪分校深造研究,并亲自募集了十多个奖学金。

晚年的杨振宁,更是将其事业的重心完全转移到了中国科教事业上。1997年,他应邀担任清华大学高等研究院(前身为高等研究中心)的名誉主任,并于1999年正式全职回归清华任教。他的回归并非象征性的荣归故里,而是全身心的投入。他亲自为研究院募集资金,规划学术方向,并利用其全球影响力延揽顶尖人才,其中最为人称道的便是说服图灵奖得主姚期智全职加盟清华。

杨振宁还推动了南开大学陈省身数学研究所理论物理研究室的建立,并担任香港中文大学、中国科学技术大学等多个学术机构的名誉职务,为中国的基础科学研究搭建了多个与世界一流水平接轨的平台。

杨振宁早期亲历战争与流亡,在战火中的西南联大中探索真理,物资匮乏的环境,却扎下最深的理论根基。他置身“宇称必守恒”的主流共识,却敢逆风提出弱相互作用宇称不守恒的设想,并被实验一锤定音,成为最早获得诺贝尔奖的华人科学家。

杨振宁把“美”当作物理直觉的指南,追求结构之优雅,后来把这份审美化为学术成就,并在量子群、统计力学等领域产生深远影响;他曾在异国他乡创建研究高地,也在祖国播下基础学科的火种,倡导以问题为纲、以青年为本的学术文化。

杨振宁一生抱薪为科学。从清华园出发,历经世界的广阔舞台,又归根于清华园。那些曾因战火而失去的宁静岁月,最终都成为他人生最美风景的一部分,并化为人类群星璀璨永久的守恒。

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