[原创] 纪念李政道和杨振宁获诺奖50周年(1)

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                                 曾富   
    摘要：当前关于什么是科学的争论十分激烈，我们来纪念李政道和杨振宁获诺贝尔物理学奖50周年，就有不同平常的启示意义。
    关键词：李政道、杨振宁、诺贝尔物理学奖、宇称
    当前关于什么是科学的争论十分激烈，我们来纪念李政道和杨振宁获诺贝尔物理学奖50周年，就有不同平常的启示意义。例如，时东陆先生《关于科学的定义》（《科学》杂志2007年第3期）中就有三点值得一提：
    1、科学应该是指现代科学，并且是以学术机构和学术团体的形式进行的研究。包括社会科学家，必须归属于某一个学术机构，以所在学术机构的名义在学术团体的范围内进行学术活动。科学的基础是数学，对象是宇宙，手段是假说、实验、推理和质疑，特征是唯一，目的是解译自然和社会。而科学概念也特指那些在近代和现代科学中已经确立的、公认的、在教科书里准确定义的概念。比如在自然科学里的概念：原子、电子、电压、重力、温度、流体、能带、导体等等。在社会科学和艺术理论里：市场、股票、阶级、民主、自由、智商、心理、思维、审美、蒙太奇、文艺复兴、历史、批判、现代派、抽象派等等。所有以上概念都在现代科学的范围里具有清楚的定义和公认的解释，而学术研究必须基于这些概念。例如，在用科学的方法解释自然现象的时候，必须运用以上概念和定义。除此之外，没有任何其他可能的方式。
    2、科学是一种西方的现代文化，现代科学的产生实际上是一种新型文化思维在西方的出现，而现代的西方理念包括自由、民主、科学，再加上市场经济。西方的现代启蒙运动来源于两个方面：1688年英国的“辉煌革命”与1789年的“法国革命”。前者强调自由和宪法，而后者更要求民主与理性。但是对于“工业革命”，欧洲各国的反应却有明显的差别。对于英国和美国，现代启蒙更倾向于自由、宪法和市场调制的经济体制。而其他社会却产生了马克思主义并采纳了由政府主导的经济发展，但是这两种理念都应该归纳于西方现代文明。
    3、科学的传播也就是西方文化的传播，科学对于非西方的世界仅仅有很短的历史。在科学传播到西方世界以外的地方时，这些文化和国家还没有对科学的认识和理解，例如在中药药性的描述中，有许多中医的概念，比如寒、凉、温、热、清热、解毒、滋阴、助阳，所有这些概念都是中医理论里面的概念，但是这些概念在现代科学里没有任何定义，说明它们不属于科学的范畴。
    我们想以时东陆先生上面的三层划界来看李政道和杨振宁获诺贝尔物理学奖50年来的意义。
                         一、宇称守恒定律是怎样被动摇的
    虽然《人民日报》早在1957年2月23日发表朱光亚、周光召、于敏的文章《推翻宇称守恒定律》，就介绍过那年在世界各地传播、影响甚广的一个被称为宇称守恒的基本定律，被两位中国科学家李政道和杨振宁推翻。李政道和杨振宁为此获得了1957年度的诺贝尔物理学奖，这是中国人第一次获此殊荣，也是迄今为止，诺贝尔奖的正式记录书上，仅有的中国籍获奖者。但对于今天60岁以上的中国人来说，当年就知道的人也许并不多。
    那时我们也才十多岁，而知道李、杨获诺奖已是第二年的金秋十月。
    1958年我们在四川省一个偏僻农村新建的初中校读书，大跃进向科学进军的号子如火如荼，那是个阳光明媚的下午，我们班的同学正在修建学校养猪场，我们的班主任老师、一个教植物学的年青教师小声对我们说，他听收音机，得知两位在美国的中国人获得了全世界著名的诺贝尔奖，据说是打破了“下雨”的规律。也许是1957年“反右”斗争才没有过去了多久，同学们没有敢多问老师，但我们和老师都为中国籍获奖这件事很高兴。有同学说：“掌握了下雨这样大的规律，当然应该获得世界大奖。”同学们小声的议论也是这个意思。
    这是一个刻骨铭心的下午，因为再过了不到一年，1959年我们家乡那个农村的天干快到闹大饥荒了；班主任老师说的中国人掌握了“下雨”的规律，为什么没有发挥作用？1958年那个下午还存在的一点半信半疑，开始强烈起来：国家广播电台播送的天气预报，都有不准的时候；即使下雨，方圆一里路之内，也有不下雨的地方，完全正确掌握下雨这样大的规律，也非易事。我们那时还是少年，这件事的真伪没有人去过问，但它深深埋在我们的心里，挥之不去。
    转眼到了六十年代，我们上了县城里的高中，以后又到省外读了大学，知道李政道和杨振宁不是打破了“下雨”的规律，而是他们的事业巅峰和“宇称”紧紧联系在一起的。现在我们更知道李政道和杨振宁符合时东陆对科学的第一层定义：是以学术机构和学术团体的形式进行的学术活动；基于的科学概念都在近代和现代科学中已经确立的、公认的、在教科书里准确定义的概念，具有清楚的定义和公认的解释。                       “宇称不守恒原理”影响深远， 有人说：“假若没有杨和李等的工作，今天的理论物理很难想象会是什么样子？！”早在世纪50年代，物理学家先后发现一些守恒定律有时并不完全满足对称性，杨振宁和李政道提出弱相互作用中宇称不守恒理论并经实验证实，之后美国人詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇又发现Ｋ介子衰变过程违背宇称和电荷联合对称法则，他们都因此而获诺贝尔物理学奖。1999年美国费米实验室又以前所未有的精度直接观测证明电荷宇称定律有误，宣布证明中性Ｋ介子在衰变过程中直接违背了电荷宇称联合对称法则。
    而一直以来认为，除了基本物理定律不受时间方向性影响外，物体在空间物理反射的过程以及粒子与反粒子的变换过程也应遵循对称性；时间、宇称和电荷守恒定律被认为是支撑现代物理学的基础之一，现代宇宙理论曾认为，宇宙大爆炸之初应该产生等量物质和反物质。但当今的宇宙却主要为物质世界所主宰，宇宙中物质量为何远远超过反物质量，目前欧洲核子中心也有新实验证明，反物质转化为物质的速度要快于其相反过程。
李政道和杨振宁的贡献在于，当几乎所有物理学家都相信空间反演（宇称）不变性已被实验确定时，他们指出，在一大类物理过程中，包括β衰变、μ衰变和π衰变，宇称守恒从来没有被检验过。
    他们给出了可以进行这种检验的一系列实验条件，并在此基础上提出了几种检验弱相互作用宇称是否守恒的实验设想。1957年1月，吴健雄小组通过β衰变实验，得到弱相互作用中宇称不守恒的明确实验证据。紧随吴健雄实验之后，有近百个不同的实验得到同一结论。正是李政道、杨振宁和吴健雄的突破性工作，彻底解放了人们对于物理世界最基本结构的思想，以对称性原理为出发点的研究成为1960年代粒子物理的主流。今天，物理学界公认对称破缺是自然界相当普遍的规律，这在1950年代以前是不可想象的。
    早1948年，李政道和杨振宁就合作研究衰变及俘获，发现这些相互作用与衰变具有非常相似的强度。1946年李政道到芝加哥大学当研究生。1948年杨振宁被聘为芝加哥大学物理系的讲师。他们的兴趣有时在基本粒子理论方面，有时则在统计力学方面，很快就成了好朋友，但是在气质、感受和趣味等诸方面又很不相同。1953年，李政道到了哥伦比亚大学。为了继续合作，李政道和杨振宁订立了相互访问的制度，这种例行互访保持了6年。接着迎来的1957年，他们双双获得诺贝尔奖。
    在杨振宁、李政道和宇称不守恒的背后，还有一位杰出的中国女性是吴健雄博士，在宇称不守恒的革命中也有着重大贡献。因为杨振宁和李政道从理论上怀疑宇称律作用于基本粒子弱相互作的正确性后，提出如果在弱交换作用下奇偶性不守恒，那么一群有向原子核的贝塔射线应呈轴向的不对称分布。杨振宁和李政道找到吴健雄提出了协助请求，因为她有许多新巧的物理实验技术广泛为其他物理学家所采用。吴健雄与美国国家标准局的阿贝尔博士商讨合作这一实验的可能性，她在绝对零度以上0.01摄氏度极低温度的磁场中，观测钴60衰变为镍60，及电子和反微子的弱交换作用，果然电子及反微子均不遵守宇称守恒原理。实验成功，吴健雄证明了杨振宁和李政道的理论，推翻了物理学上屹立不移三十年之久的宇称守恒定律。被称之为科学史上转折点的对物质结构内层的认识，开启基本粒子“弱交换作用”一些规则的研究，促进了基本粒子理论的发展。
    近代理论物理学许多领域的发展，都与杨振宁的名字分不开。1949年，杨振宁与世界著名的物理学家费米一起，提出了基本粒子的结构模式，即费米－杨模型；与米尔斯合作，提出的规范场理论，确立了杨振宁20世纪后半叶物理学奠基人的地位。杨振宁自始至终认为，青少年时期在国内受到中国传统文化教育的影响，对自己事业取得成就至关重要。
    从事物理科学研究已经五十多年的李政道，在高能物理、天体物理、流体力学、统计物理，凝聚态物理和广义相对论等领域都卓有建树。但是这位功成名就的杰出学者，始终不满足，还希望在21世纪再作新的贡献，例如他认为解决诸如质量起源、电荷本质、量子引力、基本粒子世代重复之谜等，必将引发新的物理学进展。    吴健雄1934年毕业于中央大学物理系，后赴美国留学，先后获得加利福尼亚大学、普林斯顿大学、耶鲁大学、哈佛大学等院校的理学博士学位。1954年加入美国籍。1973年，她当选为美国物理学会会长，并为英国爱丁堡皇家学会荣誉会员，美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。1994年，她获得全美华人杰出成就奖。从1973年起吴健雄教授多次到中国访问讲学，并是北京大学、南京大学的名誉教授。1994年当选为中国科学院首批外籍院士。1997年吴健雄教授逝世，享年85岁，她的骨灰被安葬在江苏苏州太仓市浏河镇她接受启蒙教育的母校明德学校的“吴健雄墓园”内。[/watermark]