杨振宁:中国大学只有骨头没有血肉


6月23日到27日,第八届全球华人物理大会在新加坡南洋理工大学举行。世界著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主杨振宁教授做了题为“我的学习与研究经历”的演讲。凤凰网大学问精编演讲内容,与广大读者分享。

在西南联大,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。

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,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。

当时我在芝加哥大学的物理系是非常有名的研究生,因为我在联大所学到的基本理论物理已达到了当时最前沿的标准,可是我的动手能力非常蹩脚。同学们很佩服我的理论知识,常常要我帮他们解决理论习题,可是大家一致笑我在实验室里笨手笨脚。“Where there is Bang,there is Yang! ”

1971年我第一次访问了新中国,中国大学的物理学教学是深入的,但是只是学习理论,好像只有骨头,没有血和肉,是不生动的,近十年来有很大改变,还需要进一步推进改变。

吴健雄的工作以精准著称于世,她独具慧眼。她的实验带给我们的启示是:永远不要把所谓“不验自明”的定律视为是必然的。

杨振宁:世界著名物理学家、1957年诺贝尔物理学奖得主。现为清华大学高等研究院教授、中国科学院外籍院士、美国科学院院士。

以下为演讲内容精编:

直觉只是直觉,需要被思考

我在1933年小学毕业,进入北平一所中学(崇德中学)念书。学校共有300多名学生,其中有100多人是住校生,我是其中的一个住校生。

学校里有一个小小的图书馆,我经常到那里浏览图书,翻阅各种杂志和书籍。在那里我第一次接触到二十世纪物理学家Jeans的《神秘的宇宙》中译本,他是1920年代英国重要物理学家,他把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。当然我当时是无法理解的,但阅读的经验非常重要,这对于我后来选择物理研究作为终生职业至关重要。

1937年由于日军侵略,抗战爆发,我们全家人不得不离开北平,经过很复杂很困难的旅行转移到云南昆明。我的父亲是西南联大教授,西南联大是由北方三所大学合并形成。

1938年我读高中二年级第一学期,在昆明时是第二学期。由于全国学生大逃亡,所以重庆的教育部准许中学未毕业的学生以同等学历资格参加大学入学考试,我就这样在那年秋天,没有念高三就成为西南联大第一届新生。

当时参加入学考试,物理、化学、生物我都没有念过,就借了高三物理课本在家中闭门自修。关于圆周运动加速的方向究竟是向心的,还是沿着切线方向,这个问题让我困惑很久,我的直觉和书本知识发生了冲突,在仔细考虑一两天之后才理解,原来速度是一个向量,它不仅有大小而且有方向。

这件事带给我很大启发:每个人在每个时刻都有一些直觉,但直觉只是直觉,需要被思考,形成正确的直觉,直觉非常重要,但又要及时吸取新的观念修正自己的直觉。直觉被思考,这非常重要。



(大学入学考试准考证)

求学西南联大,辩论是很好的学习方法

西南联大有很多杰出教授,吴大猷教授对我的影响非常大。他在1949年到了美国、加拿大,1960年代去到台湾主持中央研究院。

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,我曾这样描述吴先生怎样给我出了一个题目:

他给了我一本Reviews of 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“Modern Algebraic 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。在我庆祝60岁生日的时候我再次见到吴大猷先生。

1942年秋天,我考进了清华大学研究院的物理系做博士生。(那时考入西南联大的本科生都是西南联大的学生,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,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。

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:

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),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。

黄昆、张守廉和我被称作是“三剑客”,黄昆后来在物理学方面做出重要贡献,教育了一代又一代中国人从事半导体研究,半导体工厂、半导体研究所中有很多都是黄昆的学生,半导体研究对于国家的贡献受到肯定,江泽民总书记表扬过他的贡献。张守廉后来改行了,改念电机与控制论。

前几年这几位同学相继去世,回想当年和他们的讨论和辩论那是非常重要的,与同学的辩论是很好的学习方法,和老师讨论是请教问题,和同学的讨论可以是很深入,持续的。

留学美国:师生一起讨论,知之为知之,不知为不知

1945 年抗日战争结束后,我考取美国芝加哥大学,我和所有留美同学,乘坐DC3军用飞机飞到加尔各答,乘坐运兵船,船只经过红海、地中海,大西洋,1945年11月24日在纽约上岸。

1946年初,我注册成为芝加哥大学物理系的博士生,去芝加哥的主要原因是我想跟费米学习,写一篇实验方面的博士论文。

费米是二十世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜,是因为他在理论物理和实验物理两方面的贡献,是因为在他领导下的工作为人类发现了强大的新能源,而更重要的是因为他的个性:他永远可靠和可信任;他永远脚踏实地。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。我一直认为他是一个标准的儒家君子。

当时芝加哥大学的物理系是全世界数一数二的。除费米以外,另外一位重要的理论物理教授是特勒,在物理与化学领域做过重要的工作,是天才型的物理学家。后来在1950年代,他发现了制造氢弹的方法,一跃而成世界名人。

我本来想跟费米做实验物理学的研究,可是那个时候他的实验室在阿贡,当时是保密的,我不能进入。所以费米推荐我先跟特勒做理论工作。

特勒当时有六七个研究生,我们每周一次或两次聚在一起和他讨论,也常常和他共进午餐。特勒的新见解非常之多,对于当时的核物理学、凝聚态物理学、宇宙射线问题等等都非常有兴趣。可是我渐渐发现,他的研究方法与我所喜欢的研究方法不一样。所以我虽然继续参加他的讨论会,可是开始自己找理论题目。

当时我在芝加哥大学的物理系是非常有名的研究生,因为我在联大所学到的基本理论物理已达到了当时最前沿的标准,可是我的动手能力非常蹩脚。同学们很佩服我的理论知识,常常要我帮他们解决理论习题,可是大家一致笑我在实验室里笨手笨脚。“Where there is Bang,there is Yang! ”

在西南联大时,我学习的是推演法,即从理论对应现象,而在芝加哥,我学习的是归纳法,即从观察现象得到理论总结,100度的水就变成蒸汽了,定律可以解释现象,对于现象,尤其是新现象,奇怪现象,要有观察,再由现象到理论。

特勒有很多新的想法,一些是不成熟的,你可以不同意,也可能表示同意,大家一起讨论,就可能通过讨论得出新的机会,新的文章,这些给我留下深刻印象,儒家哲学说:“知之为知之,不知为不知,是知也。”什么是懂与不懂,有时候半懂不懂的状态,经过慢慢思考你就会懂得。

80年代一些中国留学生来到芝加哥大学,芝加哥是一个有着浓厚学习和研究风气的地方。我建议他们多去听专题讲座,他们担心听不懂,我告诉他们听不懂没有关系,不懂自己再去想一想,过一段时间或许就会明白了,我把称之为渗透法学习,传统上也许不赞成,但我比较推荐。

1971年我第一次访问了新中国,中国大学的物理学教学是深入的,但是只是学习理论,好像只有骨头,没有血和肉,是不生动的,近十年来有很大改变,还需要进一步推进改变。

一个年轻人和新领域一起成长是幸运的

研究不可能是一帆风顺的,研究生找题目感到困难、沮丧是很正常的事情,我的学习心得就是困难是正常的。

有一天,特勒来找我。他问,你做的实验是不是不大成功?我说,对了。他说:“你不必坚持一定写出一篇实验论文。你已写了理论论文,那么就用一篇理论论文来做毕业论文吧。我可以做你的导师。”我听了这话很失望,因为我确实是一心一意想写一篇实验论文的。我说需要想一想。想了两天,决定接受他的建议。作了这个决定以后,我如释重负。这是我今天不是一个实验物理学家的道理。有的朋友说这恐怕是实验物理学的幸运。

那么我的一年多的实验经历是否白费了呢?不是,绝不是:我从中了解到,实验工作者的价值观与理论工作者不同,这一点影响了我以后的许多工作,最显著的是1956年的宇称可能不守恒的文章与1964年的CP不守恒的唯像分析(phenomenological analysis)。

我认为一个年轻人在开始时进入一个新领域,和新领域一起成长是幸运的。

我的博士论文是我进入对称与不变性(Invariance)领域的第一篇文章。紧接着又发表了我在此领域中第二篇文章,是关于π0的自旋的工作,其中仔细分析了场论中不变性的群论表示。这两篇文章使我一跃而成为用群论与场论分析对称的专家。那时此领域才刚刚开始,能在那时进入此领域是极幸运的。

这期间,邓稼先曾经找过我,他是我们西南联大的同学,比我低两届,1949年他就回国了。他在1948年在美国留学读博士的时候,他和我还有我的弟弟杨振平曾经租房子住在一起,当他获得博士学位后就决定回国了。1950年代,他被政府认命研究原子弹,是中国核武器理论研究工作的奠基者之一。1980年代,张爱萍将军赞誉他是“两弹元勋”,邓稼先是当之无愧的。

1949年到1966年,这17年时间是我做研究工作最成功的时候,当时我在普林斯顿的IAS,那里有20位教授,一两百位的访问学者,博士后。物理学非常有名人物爱因斯坦也在那里。当时爱因斯坦已经退休,但我们知道他每天几点上班,几点下班,某一天在路上就曾遇到他,我领着我的孩子和爱因斯坦合影,这是我们家中最珍贵的照片。

1949年11月初的某一天,在往返于普林斯顿大学对面的巴尔麦广场与研究所之间的面包车上,路丁格偶尔和我谈及Ising模型,我因为对于新方法掌握很多,很容易就掌握了昂萨格—考夫曼方法的要点。一回到研究所,我就推导出昂—考解法的基本步骤,并为终于理解了昂萨格的解法而高兴。

但那是1947年一直困扰我的问题,那个困扰和思考的过程没有浪费,我用我很熟悉的数学,两下结合,就很容易懂得,并写了一篇非常重要的文章。这件事带给我的启发是研究需要三部曲,先有兴趣,准备工作非常重要,过程中常常是不成功的,会很失望,很沮丧,但也可能立刻贯通,有了突破,开花结果。这个过程:兴趣→准备工作→突破口,我认为是多半研究工作必经的三部曲。

1953年-1954年,我在伯克莱大学国家实验室访问一年,同办公室有位年轻人米尔斯,是克罗尔的学生,那时即将获得博士学位。这张照片是1999年拍的,那时米尔斯已经是第三期癌症,2个月之后他就不在了,他是非常聪明的一个人,对我有很重要的作用。

永远不要把“不验自明”的定律视为是必然的

1955-1956年,热衷课题,新的粒子,相同的质量,相同的寿命,两个粒子非常接近是不可能的。李政道和我合作共同研究这个问题,就是关于宇称守恒原理。

在仔细检验过去五类所谓证明弱相互作用中宇称守恒的试验后,发现原来它们都并没有证明宇称守恒,它们都不够复杂。需要重新做实验,用复杂实验才能够证明的。

那年6月我们把这些结果写成预印本,寄去PhysicalReview,也寄了很多份给同行们。很快就收到与听到一致的回应:宇称绝对不会不守恒,杨振宁李政道所建议的实验都是浪费时间与资源!

只有吴健雄独具慧眼,她虽然受了Pauli的影响也不相信宇称会不守恒,可是她认为既然过去在毬灢衰变中并没有证明宇称是否守恒,那么现在就应该用实验去测试这个基本定律。

她找了一组人,他们是低温物理学家,4个合作者,她当时在华盛顿工作,每个礼拜天都去做实验,用了半年时间,发现真的是不对称,所有都不完全对称。这在50年代是最大观念的改变。宇称不守恒给了物理学界极大的震撼。他们似乎觉得整个物理学基础都动摇了。

吴健雄的工作以精准著称于世,她独具慧眼。她的实验带给我们的启示是:永远不要把所谓“不验自明”的定律视为是必然的。

假如你有很好的想法,不要放弃,坚持下去,一定会有结果。

一个年轻人在一个崭新领域,和它一起成长是一件幸运的事情。

我在人生中也有很大的差错,1970年代,对于某一个观念不认同,当时不注意,不喜欢,但是最终证明是我错了,我从中得到的教训是,在研究的前沿,喜欢和不喜欢是一个复杂的事情,走进正确的方向是一生的重要成就。

没有准备,没有突破,准备的动力来自兴趣。

我从父亲那里学到数学的观念。他是研究数学的,我小时候他很自然地给我讲了一些“鸡兔同笼”、“韩信点兵”等四则问题。我学得很快,他很高兴。很多年以后在美国,我有三个孩子,他们小时候我也介绍给他们“鸡兔同笼”、“韩信点兵”等问题,他们也都学得很快,我也很高兴。可是我与他们有一个区别:我父亲介绍给我四则问题之后,过了一年他再问我,我都记得很清楚;我的孩子们,我一年后再问他们,他们就把四则问题完全忘得精光。每个人的头脑结构是不一样的,外来的信息要进入自己的头脑,培养发展自己的兴趣很重要,经过努力,经过鼓励,将来就有可能发生改变。

每个人的兴趣和能力都不一样,而兴趣和能力都是需要培养的,所以我希望年轻同学,尽早发现自己的兴趣,培养自己的兴趣和能力。

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