楊振寧100歲了，諾獎都不算他的人生巔峰

本文來自微信公眾號： 果殼 （ID：Guokr42） ，作者：遊識猷，題圖來自：視覺中國

楊振寧開車去紐約看李政道。

那是1956年的四月末或五月初，紐約最好的季節，暖風吹拂，花葉紛披。他在哥倫比亞大學接到李政道，然後一同去附近覓食。他們步行去白玫瑰咖啡館，邊喝咖啡邊討論；出了咖啡館又去了一家中國飯館，邊吃午飯邊爭執；最後他們一併回到李政道的辦公室，在黑板上寫寫畫畫，到那天結束時，他們已經知道需要做些什麼—— 翻閱過往所有關於弱相互作用的實驗，看看到底有沒有跟“宇稱守恆”相關的證據。

記憶在這裡出現了分岔。

楊振寧（左）和李政道（右）｜sciencephoto.com

很多年後，李政道記得是自己先想到了關鍵處，靈感來自他此前與同事斯坦博格的討論，好幾個做宇稱不守恆分析的實驗物理學家在論文裡只感謝了他就是明證。楊振寧一開始強烈反對，聽他分析後，楊振寧才信服並加入一起研究。

楊振寧記得是他自己先想到了關鍵處，靈感來自他1948年和1954年發表的兩篇論文，李政道一開始並不相信，是他條分縷析說服了李政道。

對同一件事，不同的參與者有著截然相反的記憶。這事並不罕見。記憶並不是靜靜躺在腦中某處，能被完整取出又完整放回的事物。而是每回憶一次，就在腦中“重新構建”一次。每重構一次，就多少受當下的心境而扭曲一次。楊李二人想必無數次回憶過這段歷史，他們的記憶也在這一次次各自重構中越行越遠。

發生這次討論的1956年，楊振寧記得當時他和李政道每週規律互訪，他每週四去哥倫比亞大學看李政道，李政道則每週二去普林斯頓見他。李政道記得二人當時已經有了心結，沒有進行合作研究，也不常見面，每週互訪是宇稱不守恆發表後才開始的。

李楊討論的中國飯館，楊振寧記得是上海飯館，李政道記得是天津飯館。

宇稱不守恆的諾獎論文，是誰寫的初稿？楊振寧記得他當時嚴重背痛，臥床休養，於是口述了論文，讓妻子杜致禮寫成了初稿——當然，複雜的公式是楊振寧自己後來加的。初稿交給李政道，李政道做了幾處修改，後交由楊振寧所在的布魯克黑文實驗室一位祕書打字投稿。

李政道則記得，論文初稿是李政道自己執筆寫的，李政道的祕書負責將手稿轉為打字稿。楊振寧收到論文初稿後，只將標題改為了疑問句。但是接收論文的《物理評論》不欣賞問句標題，所以最後依然用了李政道擬的標題《弱相互作用中的宇稱守恆質疑》。

楊李兩位科學家，因為這個發現而共同登上諾貝爾領獎臺，也因為這個發現而割席斷交。很多人曾希望他們有生之年能重歸於好。但也有人認為，楊李的個性都是如此之強，關係又如此親密，早晚要分道揚鑣。

共同獲得諾獎的楊振寧（左）和李政道（右）｜nobelprize.org

生子當如“楊大頭”

楊振寧有兩個生日。

9月22日，這是楊振寧赴美留學時證件上誤寫的生日，諾貝爾獎官網上寫獲獎者生平時，採用的也是這個日期。

10月1日，這是他真正的生日。1922年10月1日，楊振寧出生在安徽合肥的楊家大院。按照輩分，他是“振”字輩。那一年，他爸爸楊武之在懷寧縣教中學數學，於是取了地名裡的“寧“。

很巧的是，楊振寧一生最重要的兩篇論文，也都發表在10月1日：

令他獲得諾獎的《質疑弱相互作用中的宇稱守恆》，發表於1956年10月1日。

可能是他最重要發現的《同位旋守恆和同位旋規範不變性》，發表於1954年10月1日。

1922年11月，楊振寧一個月大的時候，愛因斯坦來到中國旅遊，並在上海得知了他自己獲得了1921年的諾貝爾物理學獎——不是1922年的，因為1921年的諾貝爾物理學獎延遲了一年發，真正1922年的諾貝爾物理學獎頒給了玻爾。

1922年，諾貝爾物理獎頒發了兩次，楊振寧0.1歲，愛因斯坦43歲。27年後，他們將在普林斯頓高等研究院成為同事。他們還將有一個共同點：獲得諾貝爾物理學獎的研究，並不是他們做出的最重要發現。而他們做出的最重要發現，是可以相提並論的存在。

但不必等到那麼多年後，楊振寧的才華就已經顯露人前。最早注意到的是他的父親楊武之，他發現楊振寧唸書毫不費力，在楊振寧的一張童年照片背後寫了句話，“寧兒似有異稟”。

1929年，楊武之去清華大學任數學系教授，楊振寧也隨著父母在清華園裡住下。那時候他外號叫“楊大頭”，一是因為他頭真的大，二是因為他算是個孩子頭。楊振寧是長子，和弟弟妹妹年紀差得比較大，所以有時也擔起弟弟妹妹的管教之責。如果弟弟妹妹表現好，他就給他們記一顆紅星，到了週末，一顆紅星可以用來兌換一顆花生米。不過楊振寧出國後，有些花生米就沒有兌現，堪稱一種楊氏騙局。

楊振寧是那種“別人家的孩子”。曾任復旦大學校長的女物理學家謝希德記得，小時候父親謝玉銘拿“楊武之之子”來教育他們不要貪玩，要好好學習。有一回楊武之跟華羅庚吵架還說，我這一輩子數學趕不上你，但將來我兒子一定要超過你。

1938年，抗戰開始，清華、北大、南開在昆明成立了西南聯合大學，楊武之去那裡任教，楊振寧也隨之到了昆明。

“楊大頭”的傳奇依然繼續。16歲時，高二的楊振寧直接報考西南聯合大學，全國兩萬考生，他名列第二。報名時他甚至還沒學過高中物理，所以報了西南聯大的化學系，但後來接觸到物理覺得有趣，於是很快轉去了物理系。

楊振寧的大學准考證｜wikimedia commons

西南聯大隻存在了八年，畢業了三千多人。這三千多人裡，出了許多世界一流的學者。除了楊振寧，還有李政道、鄧稼先、朱光亞、黃昆……等等。西南聯大的教授們更是群英薈萃，給楊振寧上語文課的是朱自清、聞一多、王力；給他上物理課的是周培源、趙忠堯、吳有訓。教授們輪流上課，講本人研究最深、最有心得的部分。

楊振寧的學士論文，是在吳大猷指導下寫的，吳大猷讓他關注到了對稱原理。他的碩士論文，是在王竹溪指導下寫的，王竹溪讓他關注到了統計力學。對稱與統計力學，是楊振寧一生深耕的方向。一個科學家能在研究生涯之初，就接觸到一生的課題，可以說是幸運無比了。

在西南聯大，楊振寧依然以讀書好出名——物理100分，微積分99分，是全校成績最好的。和楊振寧一起在西南聯大上過課的翻譯家許淵衝記得，那時候寫英文短文，自己是第二名。楊振寧是第一名。

同在西南聯大讀書的歷史學家何兆武，也曾經看過楊振寧和黃昆——這兩人當時已經是西南聯大有名的才子——在茶館議論。黃昆問：“愛因斯坦最近發表的那篇文章，你覺得如何？”楊振寧把手一擺，不屑地說：“毫無originality （創新） ，是老糊塗了吧。”

何兆武當時暗自乍舌，心想這傢伙好不狂妄，但又覺得，也許就得有這種氣魄，才能超越前人呢？

黃昆後來留英，學成後回國，成為中國半導體方面的頂尖人物之一。

物理學家黃昆和他的學生｜wikimedia commons

以“小環境”來說，楊振寧可以說是幸運至極，父母感情甚篤，弟弟妹妹友愛，身邊環繞著良師益友。他回憶說，自己在科研上也是生逢其時，中國的現代科學，是在三四十年裡從無到有，硬生生跨了三大步。1919年五四運動時，中國幾乎還沒有自己的自然科學研究事業。到他出生時，已經有從國外回來的中國留學生，在各地辦大學。到他上小學時，中國已經能培養出和國外水平相當的本科生。到他上中學時，清北等名校已經有了一批國外回來的博士，可以培養出與國外水平相當的碩士生。到他上西南聯大時，西南聯大已經可以培養與國外水平相當的博士生。

但從國家的“大環境”來說，楊振寧則身處“長夜”。山河破碎的陰影，時時籠在他與家人的頭上。6歲之前，他和母親住在合肥 （父親當時在芝加哥大學讀數學博士） ，軍閥混戰打到合肥，他們就要躲到鄉下或外國教會辦的醫院裡。他甚至記得3歲時一次”跑反“回來，在家裡角落看到一個子彈洞。長大後在昆明時，也常常遇到日寇的空襲，他18歲那年秋天，日軍空襲炸掉了楊家的房子，幸虧全家及時躲進了防空洞，安然無恙，但家當是沒有了。幾天後，楊振寧帶著鐵鍬回去挖家中廢墟，挖出幾本還能用的書，便欣喜若狂。當時沒有什麼娛樂，楊振寧就和玩伴熊秉明 （熊後來成了畫家） 合作土電影，熊秉明畫連環畫，楊振寧搞裝置——在舊的餅乾筒裡裝個燈泡，筒口安個放大鏡，連環畫在放大鏡前抽過，牆上就出現會動的畫面。他們做了一個土電影，畫的是日本飛機轟炸帶來的家破人亡。

楊振寧後來將自己的文集定名為《曙光集》《晨曦集》，意思是，中華民族終於走完了那個長夜。

千秋恥，終已雪。見仇寇，如煙滅。惟我國家，亙古亙今，亦新亦舊。

楊武之曾教給楊振寧一首歌《中國男兒》：

“中國男兒，中國男兒，要將隻手撐天空。睡獅千年，睡獅千年，一夫振臂萬夫雄……”

這首歌，楊振寧常唱。於是周圍的人記住了一件事，楊振寧唱歌很大聲，且很難聽。

置身物理眾神殿

從西南聯大畢業後，楊振寧考取了庚子賠款留美的公費留學。1945年8月28日，是他動身的日子。

那天一大早，楊振寧離開家，弟弟妹妹依依不捨，母親十分平靜、沒有流淚，父親則陪著他去公共汽車站。

上了公共汽車，楊振寧就開始和同去美國的同學討論飛行路線。等了一個多鐘頭，車還沒發動。有人示意楊振寧往窗外看，他一看才驚覺，父親居然一直等在那裡，沒有離開——

“他痩削的身材，穿著長袍，額前頭髮已顯斑白。餚見他滿面焦慮的樣子，我忍了一早晨的熱淚，一時迸發，不能自已。”

楊振寧一家

那時赴美的旅途十分波折，楊振寧先從昆明乘飛機到印度加爾各答，在那裡等了兩個多月，才登上了美國海軍的運輸船。那艘船要運載幾千個美國士兵從東南亞返回美國，順便留了一兩百個床位給普通百姓，楊振寧與同學們便是“普通百姓”中的一員。

1945年11月24日，離開昆明的三個月後，楊振寧終於在紐約哈德遜河的一個碼頭下了船。他先花了兩天熟悉環境，買些日常用品，第三天，就興致勃勃地去哥倫比亞大學找他心目中的偶像——物理學家費米。結果晴天霹靂，費米居然已經不在哥倫比亞大學了。楊振寧四處打聽，從紐約追到普林斯頓，又從普林斯頓追到芝加哥大學，終於等到了費米。

在西南聯大時，楊振寧已經形成了對科學研究的品味。並不是所有大科學家的風格都能讓他佩服，比如他就不太能與發現測不準原理的海森堡共鳴。他最欣賞愛因斯坦、狄拉克、費米三位，單刀直入，正中要害，從複雜現象中提煉出簡單精神，再用數學方式表達出來。

這三位的狀況楊振寧都考量過：愛因斯坦年紀大了，幾乎不招研究生，狄拉克還在英國劍橋，倒是費米為了逃離義大利的反猶主義，已經到了美國。費米是中微子的命名者，原子彈的設計者之一，理論和實驗上都是超一流學者。對於非常複雜的物理問題，他可以丟開細節，分析本質，再加上幾個數量上的估計，在半小時裡就能給出解決問題的清晰思路——這種對困難問題做個快速估算數量級的方法，現在被稱為“費米估算”。

當時在美國的洛斯阿拉莫斯實驗室，費米和馮·諾依曼是兩位齊名的“賢哲”，其他物理學家無論遇到什麼難題，都可以拿去問他們。美國試爆第一枚原子彈時，費米在9千米外的基地裡等著，手裡預先握了一些碎紙片。爆炸的閃光一出現，他便鬆手讓碎紙片落下——如果沒有衝擊波，紙片會落在他腳邊，但當爆炸的衝擊波到達時，就會帶動空中的紙片發生幾釐米的位移。費米根據自己距離爆炸點的距離，以及紙張被推動的距離，便準確估算出了那個原子彈的能量大概兩萬噸TNT炸藥。

1946年，楊振寧成功“追星”，在芝加哥大學見到了費米。費米對楊振寧的物理功底也十分認可，有時候費米出差，甚至讓楊振寧代他給研究生上課。但出於政治因素，楊振寧沒法當費米的研究生。

那時候，芝加哥大學還沒建好做粒子物理實驗的迴旋加速器。費米則在美國的阿爾貢國家實驗室做實驗，那裡是美國進行“曼哈頓計劃”的地方，有許多機密，基本只收美國籍研究者。楊振寧一個初來乍到的中國人，絕無可能去那裡做研究。

科學沒有國界，但科學家都有祖國。楊振寧下一次深刻意識到這點，是1950年後中美交惡，杜魯門總統下令，所有在美國取得博士學位的人不可返回中國。他離開中國那一刻，從未想到自己要26年後才能再次踏上故土。

回到1946年，費米把楊振寧推薦給了愛德華·泰勒教授。泰勒的特點是想象力豐富，直覺強，想法多又敢講。想法多到什麼地步呢？當年他參加美國的原子彈計劃，但想法過於發散，今天一個想法，明天又一個新想法，跟他合作的人都叫苦不迭。奧本海默就發揮了一下管理的藝術，讓泰勒獨自去做氫彈——結果，泰勒就這麼成了“氫彈之父”。

雖然泰勒的直覺裡90%可能是錯的，但他不怕犯錯，反正有10%正確的突破就足矣。

費米則是泰勒的知己兼“翻譯”。在討論會上，常常是泰勒先說一通自己的直覺和想法，然後費米站起來補充說，“泰勒要表達的意思是這樣的……”

楊振寧後來回憶說，“泰勒和費米不同的地方是，費米講出來的見解通常對的多，而泰勒所講出來的見解多半是不對的。按照中國傳統，你要是對某個問題沒有完全懂，就不要亂講話。人們認為亂講話是不好的，而且亂講話的人一定是不可靠的。泰勒的見解非常之多，而且總要講出來。不過如果你指出他是錯的，他就立刻接受，向正確的方向走。”

美籍義大利裔物理學家費米｜wikimedia commons

跟著泰勒做了一陣子，楊振寧思想又波動了，找泰勒說，“我總得回中國去。我覺得中國需要的是實驗物理，所以我要做這方面的工作。”

於是楊振寧去了塞繆爾·艾里森的實驗室，這個實驗室當時在建一個40萬電子伏的加速器，準備用來做一些低能核物理實驗。楊振寧參與了加速器的建造和此後的實驗。

在艾里森實驗室，楊振寧有了兩個領悟，一是理解了實驗物理學家在做什麼，二是領悟到，自己動手是不太行的。

說起來，楊振寧小時候手工就不太行，有次他用泥做了一隻雞，拿去給父母看。父母說：“做得很好， 是一隻藕吧？” 長大了做實驗，也是“害人害己”。艾里森實驗室當年甚至流傳一個笑話，說“哪裡炸得乒乓響，那裡準有楊在場” （Where there is a bang， there is Yang.） ，雙押。

有個美國同學叫瓊·辛頓，後來移居中國，改名叫寒春。有一次楊振寧做實驗時，不慎用帶有高壓電的器材觸到了寒春的手，寒春自此手上留了一道疤，而且一見到楊振寧在做實驗就有些害怕。

那時候加速器電路常常出問題，又會漏氣，有個叫阿諾德的同學，往往兩分鐘就找到漏氣處，而楊振寧花上兩小時還找不到。楊振寧請教阿諾德尋找的訣竅，阿諾德也解釋不出。最後楊振寧只得放棄說，“有些人對實驗有直覺的瞭解，而我是沒有的”。

在艾利遜實驗室做了一年半，楊振寧沒做出什麼結果，倒是注意到泰勒有個直覺猜想，這個猜想可以用數學裡的群論表示出來，就在閒時寫了個簡單的證明文稿給泰勒。

泰勒問他，是不是實驗不太成功。楊振寧承認是。泰勒說，要不你就用之前那篇證明文稿為基礎，寫篇理論物理論文吧，一樣可以博士畢業。

楊振寧回去痛苦地想了兩天，決定接受這個建議。他如釋重負，他朋友也如釋重負，說，這恐怕是實驗物理學的幸運。

楊振寧就回去寫了一篇只有3頁的論文，拿去給泰勒看。泰勒說這論文挺好，但是作為博士論文是不是應該長一點呢，你再把它推廣一下怎麼樣？幾天後，楊振寧交了一篇7頁的論文。泰勒忍不住說，能不能再詳細一點？幾天後，楊振寧交了一篇10頁的論文。

泰勒欲言又止，雖然論文依然偏短，但的確很優秀。 1948年，楊振寧拿到了芝加哥大學的物理博士學位。

楊振寧的導師泰勒｜wikimedia commons

楊振寧的這篇博士論文，到宇稱不守恆，再到後來的楊-米爾斯規範場理論，其實都是關於“對稱性”的工作。

費米和泰勒是楊振寧接觸現代物理“眾神”的開始。此前，他遇到的是能宣講教科書的老師，此後，他開始越來越多地遇見改寫教科書的人物。他向“眾神”學習，接受“眾神”的挑戰，並最終成為“眾神”裡的一員。

普林斯頓最美的風景

身為長子的“楊大頭”在對待小兄弟們時，某種意義上是以“保護者”自居的。

鄧稼先比楊振寧小2歲，兩人在北京念崇德中學時認識，一起閒聊，一起聽貝多芬的《英雄交響曲》，一起讀牛頓的《自然哲學的數學原理》，先後考進了西南聯大的物理系。1948年，楊振寧的弟弟楊振平和鄧稼先同去美國，兩人都是自費出國，所以十分拮据。鄧稼先後來只花了一年多就飛速讀完博士，拿到博士學位9天后就坐船回國。

當時楊振寧剛剛拿到博士學位，在芝加哥大學留校當講師，月薪是375美元。他幫鄧稼先申請了普渡大學，還資助了一些鄧稼先出國的經費。對自己的弟弟，他更是每月拿出自己月薪的三分之一，給楊振平當生活費。楊振平自己都覺得，楊振寧待他可說是“長兄如父”。後來跟楊振寧合作“楊-米爾斯方程”的米爾斯也說過類似的話，“富蘭克 （楊振寧的英文名） 待我就像一個父親。”

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1946年秋天，20歲的李政道來到美國讀研究生。他與楊振寧親如兄弟的日子就此開始。

楊李二人在國內沒有來往，但可以算是同門師兄弟。1942年，吳大猷指導楊振寧寫了學士論文。1945年，楊振寧出發去美國的那一年，一個胖胖的十幾歲孩子找到吳大猷自薦，正是李政道。吳大猷發現李政道的確是物理奇才，便將他錄進西南聯大，又在李政道大二時，推薦他去美國留學。李政道先陪吳大猷的夫人去芝加哥大學找楊振寧。到了那兒不久，李政道就同樣入了芝加哥大學的研究生院。和楊振寧一樣，李政道也很快顯現出他的天賦和勤奮，而且他也很希望能拜師費米——和楊振寧不同的是，他成功了。費米博學謙和，是個極好的老師，李政道在他指導下獲益匪淺。

當時李政道常與三個研究生往來——同樣師從費米的斯坦伯格；師從泰勒、但和李政道共用辦公室的羅森布魯斯；還有師從泰勒的楊振寧。1949年，李政道發表了自己的第一篇論文，就是與楊振寧和羅森布魯斯合寫的。楊振寧和李政道還聯合另外幾個物理系研究生一起“不務正業”，參加了一家芝加哥報紙舉辦的字謎競賽，第一名可以得到五萬美元獎金，這群高材生一路凱歌到最後一輪決賽，發現題目裡有個規則模稜兩可，可做兩種解釋，於是他們根據兩種解釋提出了兩組解——結果因為提出了過多的解，喪失了競賽資格，痛失獎金。

有一年放假，楊振寧、李政道，再加上另一箇中國留學生凌寧，三個不會開車的人合買了一輛淺綠色的二手雪佛蘭。楊振寧先去找羅森布魯斯教他開車，然後他再教李政道和凌寧，最後三個人都考了駕照，就立刻開著這輛車去美國西部自駕遊。他們一路從芝加哥開到舊金山，又開到大峽谷，在大峽谷裡還差點遇了次險。

李政道對這事的回憶是，出發前，楊振寧建議三人按比例出錢買那輛車子，等回來後，再由李政道一人出錢買下車子。李政道欣然同意，旅行回來後就把楊和凌出的錢還給了他們。後來楊振寧在傳記裡提到這部“三人合買的車”，李政道再回想當年的事情，硬是又琢磨出一番滋味來。

這事還有個後續。差不多40年後再聚時，羅森布魯斯才告訴楊振寧，他教楊振寧開車時，自己還沒有駕照。

1949年，楊振寧有了一個去普林斯頓高等研究院的訪學機會。

普林斯頓高等研究院1930年成立，目標是“追求真理”。這裡的研究者不需要教課，唯一的任務就是思考自己的課題。楊振寧去那裡的時候，研究院的院長是“原子彈之父”奧本海默，終身研究教授約有20位，愛因斯坦也是其中一人。

費米曾經跟楊振寧說：“普林斯頓高等研究院很不錯。但不宜長久待在那兒。因為那兒有點像古代修道院，研究方向太理論化，很容易向形式主義轉變，最後與物理學的實際問題脫離關係 。”他建議楊振寧在那裡做一年博士後，再回歸芝加哥大學。

楊振寧覺得費米所言有理，然後在普林斯頓高等研究院呆了十七年，做出了他一輩子最重要的幾項研究發現。

在普林斯頓研究院呆了兩年後，楊振寧還將李政道也招去了普林斯頓高等研究院。

那時候李政道已經從費米那裡博士畢業，畢業論文是《白矮星的含氫量》。畢業後，他先去了威斯康辛的天文臺，跟著後來也是諾獎得主的錢德拉塞卡爾做研究，據說做的不是特別愉快。兩個人都有點獨斷的暴脾氣。錢德拉塞卡爾是這樣的人：學生們如果知道他在辦公室裡，都不走途徑他辦公室的近路，而情願繞更遠的路走。李政道後來在哥倫比亞大學，也是研究生口中的一霸。後來也拿了諾獎的史蒂文·溫伯格當年在哥倫比亞大學讀研，說李政道演講的時候，他都不敢中途去上個廁所。同樣是後來拿了諾獎的丁肇中也記得，自己1963年見到李政道，跟他講自己的博士論文，李政道聽了幾分鐘，就跟丁肇中說，你做的工作裡面沒有多少物理。

兩個暴脾氣的人一共相處了8個月。李政道就跳槽去了加州大學伯克利分校，楊振寧當時也給他寫了推薦信。沒過多久，楊振寧又向奧本海默推薦了李政道，於是李政道也來了普林斯頓高等研究院。兩人比鄰而居，楊家住在古德曼路3F，李家住在3E。兩人一起工作，很快合寫了兩篇統計物理的論文。兩家孩子也在一起玩，還拍過一張兩家的大兒子在一起洗澡的照片。

1957年10月，楊李兩家人在普林斯頓高等研究院

那兩篇合作論文還引來了愛因斯坦。愛因斯坦讀到那兩篇統計物理論文，主動約他們問一些相關的細節。

楊李二人終於第一次和愛因斯坦相約見面。此前他們謹慎剋制地不去打擾那個神一般的物理學家，以至於楊振寧自己跟愛因斯坦甚至沒有一張合影，倒是他的大兒子楊光諾有一次和愛因斯坦遇上，合照了一張。

那是一場粉絲的偶像見面會。楊振寧當時情緒過於激動，過後幾乎想不起具體和愛因斯坦談了些什麼，只記得愛因斯坦說話聲音很低，英語有口音，還夾雜了不少德語詞彙。

李政道則記得更多談話內容的細節，他本來想帶手頭的一份愛因斯坦作品《相對論的意義》請他簽名，但最終沒這麼做，為此後悔良久。分別時，愛因斯坦握了他的手說，“祝你們未來在物理上成功。”愛因斯坦的手又大又溫暖。還有，楊振寧後來回憶這次會面，竟然忘記了李政道也是一同去的，真是有意思。

奧本海默那時候正想改革普林斯頓高等研究院，他不喜歡研究院裡總是散落著一個個孤零零的老頭子，沉默徘徊著思考自己的難題。他希望一是多招點年輕人，二是促進研究院裡面的合作和交流。

楊李二人正是奧本海默理想中的圖景。奧本海默曾說，他看到楊李走在一起，便心生驕傲。兩個極端聰明的年輕中國人在一起，語速極快地激烈討論，他們用黑板和紙筆推演，甚至用手指在空氣中凌空計算。許多物理學家都對這一幕印象深刻。

這樣的親密合作，持續到他們因宇稱不守恆而共同獲得諾貝爾獎。

宇稱不守恆

要講“宇稱不守恆”，還得從“θ-τ粒子之謎”講起。

1950年代，實驗物理學家們用高速質子去轟擊各種物質，然後記錄產生的各種“奇異粒子”。θ粒子和τ粒子就是這樣發現的。從各種實驗資料來看，θ粒子和τ粒子的很多性質都相同，它們的壽命差不多，質量差不多，電荷一樣，自旋也一樣。

但是，θ粒子會衰變成2個π介子。τ粒子則會衰變成3個π介子。

到底是同一種粒子發生了兩種衰變，還是自然界裡真的存在幾乎一模一樣的“雙胞胎粒子”？

楊振寧打過一個比方，那時候所有物理學家就像在一間漆黑的屋子裡摸索出口，所有人都堅信出口一定存在，但到底往哪個方向找呢？

楊振寧和李政道摸索的方向，是物理學“眾神”們雖然也想到過、但卻不相信會成功的方向。

楊振寧和李政道在普林斯頓高等研究院的辦公室裡討論問題｜普林斯頓IAS

說實話，物理學家們希望這兩粒子其實是同一種，但根據當時被廣泛認可的物理定律去分析，無論如何都會得到“不可能是同一種粒子”的結論。

在“當時被廣泛認可的物理定律”裡，有一條就是“宇稱守恆”，可以理解為“物理過程遵守映象對稱”，一個物理系統跟它的映象，應該能遵守同樣的物理定律，形成左右對稱的過程。

楊振寧打過一個“鏡中人”的比喻，假如有個人活在鏡中世界裡，他的心臟長在右側，其他內臟也都長在和我們相反的一側，構成他身體的分子也都是我們世界分子的映象……那麼，他的身體應該能遵從同樣的物理定律，和我們的身體一樣有效地運作。

映象對稱，天經地義。在此前的無數物理實驗裡，“宇稱守恆”也從未讓物理學家們失望。這就是為什麼許多物理學家不願質疑這條規則。拿了1945年諾獎的著名毒舌物理學家泡利就說，“我不相信上帝是個左撇子。”著名的費曼也勸過想做實驗檢驗此規則的拉姆齊 （Norman Ramsey） 說，“那是個瘋狂的實驗，不要在那上面浪費時間。”費曼還建議以10000 : 1來賭這個實驗絕不會成功。

與大多數物理學家背道而馳，提出“宇稱可能不守恆”就需要足夠的勇氣了。更難的是，怎麼證明“宇稱發生了不守恆”？

楊振寧和李政道的靈光一閃就在於此。

他們想到，全世界一共有四種基本相互作用——引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用 （把原子核聚在一起的那種力） 、弱相互作用 （讓放射性同位素衰變的那種力） 。此前支援“宇稱守恆”的實驗，都和前三種基本作用相關。

他們花了三星期，做了大量的計算，發現在弱相互作用的衰變實驗裡，可能反應“宇稱不守恆”的項恰好被消除了。現在只需要再做一些針對性的新實驗，就能知道，弱相互作用到底遵不遵從“宇稱守恆”？

從那次紐約聚餐，到寫出諾獎論文《弱相互作用中的宇稱守恆質疑》，只花了兩個月左右。1956年6月底論文寫完，10月初論文發表。在論文裡，楊李二人列出了一大堆實驗的詳細介紹，並說明這些實驗可能證明宇稱不守恆。現在，他們需要的就是等待慧眼識珠的實驗物理學家，用實驗結果來證明或者否定他們的猜測。

英雄識英雄，當屬吳健雄。

吳健雄是李政道的哥倫比亞大學物理系同事，當時已經定好了聖誕期間闔家出遊的遊輪船票，但是她憑著對物理學的直覺意識到了驗證“宇稱不守恆”的重要性，於是她讓丈夫一個人去坐遊輪，而自己留下來與同事們一起做實驗。

1958年，吳健雄於哥倫比亞大學｜Smithsonian Institution @ Flickr Commons

泡利聽說了這事，他跟吳健雄共事過，非常尊重這位“對核物理的興趣簡直濃厚到了令人難以想象的程度”的科學家，於是跟另一個物理學家坦默爾 （G. M.Temmer） 說，“像吳健雄這麼好的實驗物理學家，應該找些重要的事去做，不應在這種顯而易見的事情上浪費時間。誰都知道，宇稱一定是守恆的。”

實際上，在找對了方向以後，實驗推進得很快。1957年1月4日恰逢星期五，是哥倫比亞大學物理系傳統的“中國菜午餐日”，在聚餐時，李政道當著十幾個物理學家興奮地宣佈，吳健雄給他打了電話，說她的初步資料表明了一個“驚人的效應”。

李政道的同事萊德曼 （Leon M. Lederman） 聽了後忍不住反覆琢磨，那天的聚餐他都心不在焉。一回到實驗室，他就開始做另一個可以驗證宇稱不守恆的實驗，只花了3天就得到了結果——實在是太簡單、太明確、太成功了，甚至比吳健雄的實驗結果還要顯著，只可惜應了他的名字，終究來得慢了一步。

1月8日早上6點，萊德曼給李政道打電話說，“宇稱完蛋了。”

“θ-τ粒子之謎”當然也迎刃而解——它們是同一種粒子，只是衰變成了不同宇稱的產物。不過此時，這個“謎”本身反而沒那麼重要了。

訊息像野火一樣在物理學家們間蔓延，燒得他們坐立不安。奧本海默給楊振寧發了電報，“走出了房門”——指的是楊振寧那個“在黑屋子裡摸索”的比方。哈佛大學的首席理論物理學家施溫格 （Julian Schwinger） 打聽後說，“我要向大自然致敬！”1月15日，哥倫比亞大學物理系史無前例地為這個發現舉行了一次新聞釋出會，在會上，諾獎得主拉比 （Isidor Rabi） 鄭重宣告，“一個相當完整的理論結構已從根本上被打碎，我們不知道這些碎片將來如何能再聚在一起。”

就連泡利也不得不認輸，1月27日他給自己的學生、在MIT的物理學家魏斯科普夫 （Victor Weisskopf） 寫信說，“幸好我沒有真的和人打賭，要不我可能會輸一大筆錢……上帝可能是個左撇子。然而，當他強烈地表現他自己時，他仍然是左右對稱的。”

物理學家薩拉姆 （A.Salam） 打過一個比方來形容“宇稱不守恆”有多麼不可思議，“當作家們描寫獨眼巨人時，總是把那隻獨眼放在前額的正中間。而宇稱不守恆相當於物理學家們震驚地發現，空間原來是個虛弱無力的左眼巨人。”

楊李二人在1957年當年就獲得了諾貝爾獎——此時距離他們的靈光一閃也不過是一年多。費曼說，這是“最快頒發的諾貝爾獎”，這個記錄迄今仍未被打破。

而楊振寧覺得，自己獲得諾獎最重要的意義，是“幫助改變了中國人自己覺得不如人的心理作用”。

楊李二人獲得諾貝爾獎時，均是中國國籍。

李政道（左）和楊振寧（右）在諾貝爾獎現場

楊-米爾斯規範場論

獲得諾貝爾獎當然是楊振寧的高光時刻。但在那一刻還不為人知的是，再往前推幾年，楊振寧的另一個發現，意義甚至更為深遠。

聊“宇稱不對稱”，要從“θ-τ粒子之謎”聊起。而要聊“楊-米爾斯理論”，則要從牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦和諾特 （Emmy Noether） 聊起。

諾特是位超一流的數學家，她生活在一個女性研究者備受打壓的年代，因術後感染過世時只有53歲。她一生裡做出了無數傑出的數學工作，她證明的“諾特定理”，更可說是如今理論物理的基石。

“諾特定理”講出來就一句話——每個連續的對稱性，都對應著某個守恆。反之亦然。

舉個例子，物理定律今天成立，明天也成立，過了多久都成立，這是時間的對稱性。

物理定律在北京成立，在紐約也成立，移動多遠都成立，這是空間的對稱性。

時間對稱性，對應著能量守恆。

空間對稱性，對應著動量守恆。

旋轉對稱性，對應著角動量守恆。

某種勢能的對稱性，對應著電荷守恆。

之所以存在種種守恆，是因為世界本身內建了各種對稱性。

諾特定理，實在是很美的一條定理。

如今，“審美”已經成為現代物理研究的推動力。物理學家們驚訝地發現，這個宇宙的最底層基礎，被設計得很美。如果有兩種可以描述自然現象的方程，物理學家們永遠會選擇更美更對稱的那個。愛因斯坦創立廣義相對論，就是從引入“廣義座標的對稱性”開始的。傳說愛因斯坦只要覺得某個方程醜，就立刻對之失去興趣。

楊振寧也是“唯美派”裡的一員。他的想法甚至更為大膽——

對稱性支配著守恆，也支配著相互作用。或許可以先從某種守恆出發，利用合適的對稱性，直接推匯出描述粒子間強相互作用的方程。

楊振寧選擇的守恆，是“同位旋守恆”。

關於同位旋，有一個比方——同位旋就像一個標籤，標記了電荷不同、但其他方面相同的粒子。想象一對同卵雙胞胎兄弟，長得一模一樣，只是哥哥穿著外套，弟弟沒穿。一旦哥哥把外套脫掉，就無法區分他倆了。在“強相互作用”這種力上，質子和中子就像這樣的雙胞胎，只要去掉“電荷外衣”，從強相互作用的角度看不出這兩種粒子有什麼不同。可以說，某種意義上，中子和質子是同一種粒子的兩種“量子狀態”。這種“量子狀態”用數學描述出來，就是同位旋。

他懷著這種直覺，思考了許多年，運算過於複雜，所以他總是卡住。但過一陣子，他又忍不住再回去思考，又在同一個地方卡住。已經卡了至少7年。

1953年夏天，楊振寧去紐約長島上的布魯克海文實驗室待一段時間，和他共用一間辦公室的，是個還在讀博的研究生羅伯特·米爾斯 （Robert Mills） 。

羅伯特·米爾斯｜Peter A. Frisch/wikipedia

楊振寧開始和米爾斯討論很多物理問題，包括他曾經做過的一些失敗的嘗試。在某一次討論裡，他們忽然想到一個數學方法，可以解決計算後期產生的一大堆複雜的二次項和三次項。

這就是“楊-米爾斯方程”的誕生。它相當於經典力學裡的牛頓方程組，電磁學裡的麥克斯韋方程組。

粒子物理學家克莉絲汀·薩頓 （Christine Sutton） 這麼描述楊振寧與米爾斯的相遇——“就像一次罕見的行星排列，短暫地同處於同一個時空。這一場並存誕生了一個方程，這個方程將是物理學聖盃‘萬物之理 （A theory of everything） ’的基石。……他倆很快分頭踏上不同的道路，但楊-米爾斯方程確保了他們的名字從此不再分離。”

楊-米爾斯理論實在太超前了，以至於一開始只被其他物理學家們認為是一個美麗但無用的數學遊戲。比如說，理論裡預測了一種有電荷但沒有質量的粒子，但這樣的粒子怎麼可能存在呢？1954年2月，楊振寧回普林斯頓高等研究院報告這個新理論時，臺下唯一感興趣的，是毒舌的泡利。

泡利其實做過和楊振寧幾乎同樣的嘗試，但他也遇到了同樣的問題，零質量的場粒子。所以泡利就直接問了，“這個場粒子的質量是什麼？”

楊振寧說，我們研究過，但太複雜了，還沒有得到確切的結論。

泡利嚴厲地說，“這是個不成理由的託辭。”

楊振寧不知如何是好，乾脆不再說話，坐了下來。

還是奧本海默出來打圓場，說讓楊接著講下去吧。

那天泡利沒再提問，但他第二天給楊振寧送了張便條——

“親愛的楊：很抱歉，你在會上的說法，使我無法再跟你討論。祝好。誠摯的泡利。2月24日。”

嚴厲的泡利｜wikimedia commons

楊振寧後來糾結了很久要不要發表這個理論，最終還是決定發表，因為理論本身實在非常漂亮。

於是，就有了楊振寧和米爾斯共同發表的兩篇經典論文，《同位旋守恆和同位旋規範不變性》和《同位旋守恆和一個推廣的規範不變性》。

物理學家徐一鴻在《可畏的對稱》裡寫，“楊振寧和米爾斯的的論文並不是為了解釋過去得不到解釋的現象，而是為完全對稱的上帝獻上的讚歌。這篇論文好像是說，‘看，這裡是人類思維所能夢想的最美的理論。如果自然在她的設計中不選用這個理論，物理學家就只能對自然失望了。’”

結果證明，大自然沒有令物理學家們失望。楊-米爾斯理論是一個極其有用的工具。1983年找到的重光子，證明楊-米爾斯方程不但是個漂亮的理論，更符合實驗結果。甚至後來的許多個諾貝爾物理學獎，都是在楊-米爾斯理論的框架內做出的——

1979年獲獎的電弱統一理論，建立在楊- 米爾斯理論上。

1999年的獎，是關於楊- 米爾斯理論的可重正性。

2004年的獎，是關於楊- 米爾斯理論的漸近自由。

還有2013年獲獎的希格斯粒子，實際上是對楊-米爾斯理論的重要補充。零質量粒子問題被解決了，希格斯機制可以賦予零質量的粒子質量。從此，楊-米爾斯理論再無弱點，真正成為今天的粒子物理標準模型“萬物之理”的基石。一切基本相互作用，都可以被納入楊-米爾斯理論的框架之中。

物理學家戴森在一篇《鳥與青蛙》的文章裡這樣評價楊振寧——“對稱性決定了相互作用這個觀點，是楊振寧對物理學最偉大的貢獻。這個貢獻是一隻鳥的貢獻，她高高翱翔在小問題的雨林之上，而我們大多數人在雨林中消耗著我們的一生。”

四位意氣風發的理論物理學家：派斯、李政道、楊振寧、戴森｜普林斯頓IAS

物理學家格羅斯則說，“對稱性支配相互作用，而楊振寧支配對稱性。”

如今，有四大理論被認為是物理學最閃耀的明珠——牛頓的引力理論，麥克斯韋的電磁理論，愛因斯坦的廣義相對論，以及楊-米爾斯理論。

楊振寧還發現，物理學裡“規範場”的許多概念，竟然能一一對應到數學裡“纖維叢”的許多概念。研究萬物至理的物理，和純粹理性的數學竟然殊途同歸。

結果是，楊-米爾斯理論還帶來了一些數學裡的進展和突破。2019年的阿貝爾獎 （相當於數學界的諾貝爾獎） ，其中部分成果就是對楊-米爾斯方程的拓展。

有一次，楊振寧和大數學家陳省身談起這種精確對應，楊振寧說，想不到你們數學家可以憑空想象出這些概念來。陳省身立刻反駁說，這些概念可不是憑空想出來的，是自然的、真實的。

得失寸心知

楊振寧曾經從自己1945年到1980年的論文裡選了幾篇，編了一本自選論文集，還加了點評。

在論文集的扉頁，是他自己譯成英文的杜甫詩句——

A piece of literature
 
Is meant for the millennium.
 
But its ups and downs are known
 
Already in the author's heart.

文章千古事，得失寸心知。

這句詩也被刻在2012年清華大學送給楊振寧的90歲生日禮物上，那是一個黑色大理石方塊，頂部刻著杜甫的詩，四個側面則刻著楊振寧在物理四個領域的13項重要貢獻——

統計力學：

• 1952年 相變理論

• 1957年 玻色子多體問題

• 1967年 楊—巴克斯特方程

• 1969年 1維δ函式排斥勢中的玻色子在有限溫度的嚴格解

凝聚態物理：

• 1961年 超導體磁通量子化的理論解釋

• 1962年 非對角長程式

粒子物理：

• 1956年 宇稱不守恆

• 1957年 時間反演、電荷共軛和宇稱三種分立對稱性

• 1960年 高能中微子實驗的理論探討

• 1964年 CP 不守恆的唯象框架

場論：

• 1954年 楊—米爾斯 規範場論

• 1974年 規範場論的積分形式

• 1975年 規範場論與纖維叢理論的對應

費曼曾經提過一個問題，“如果發生了某個大災難，所有科學知識都被摧毀，如何用最少的詞傳遞最多的資訊給未來的人類？”

費曼自己的回答是一句話，“萬物都是由原子構成的。”

現在，物理學家們認為，除了原子這句之外，最好再加上一句——

“對稱性決定了守恆定律。”

被稱為“對稱之王” （Lord of Symmetry） 的楊振寧所做的工作，將與此句一起，永遠流傳。

參考文獻

[1]楊建鄴著. 楊振寧傳. 北京：商務印書館， 2020

[2]江才健著. 楊振寧傳 規範與對稱之美 2011年全新修訂. 廣州：廣東經濟出版社， 2011.05.

[3]楊振寧，翁帆.曙光集[M]. .生活·讀書·新知三聯書店， 2008

[4]楊振寧，翁帆.晨曦集[M]. 商務印書館， 2018.

[5]徐一鴻， 可畏的對稱: 探尋現代物理學的美麗[M]. 清華大學出版社.2013

[6]季承.李政道傳[M].國際文化出版公司， 2009.

[7]李政道，破缺的宇稱

C.N. Yang:Selected Papers 1945－1980 with Commentary

[8]施鬱. 物理學之美：楊振寧的13項重要科學貢獻[J]. 物理， 2014， 43(01): 57-62.

[9]施鬱.物理學的美與真：楊振寧的科學貢獻[J].世界科學，2021(12):50-58.

[10]Jeremy Bernstein，A Question of Parity ，New Yorker， Vol.38，49－104， May 12， 1962

[11]長尾科技，深度：楊-米爾斯理論說了啥？為什麼說這是楊振寧超越他諾獎的貢獻？. (2021). Retrieved from http://zhuanlan.zhihu.com/p/55922673

[12]The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 1: Atoms in Motion. (2021， July 12). Retrieved from http://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_01.html

[13]Farmelo， Graham. It must be beautiful : great equations of modern science. London: Granta， 2002. Print.

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