如果牛顿贡献值是100,爱因斯坦是90,那么杨振宁大概是多少?
如果把物理学比作一座大楼,牛顿负责打地基,爱因斯坦改造了时空结构,杨振宁做的事情,则是重新设计了微观世界的语法。
所以,杨振宁到底该打多少分?有人愿意给90分,也有人认为80分左右更稳妥。这个问题不好回答,不是因为他的成就不够,而是因为他和牛顿、爱因斯坦解决的根本不是同一类问题。
先看1957年的诺贝尔物理学奖。
在此之前,物理学家普遍相信,宇宙中的基本规律应该经得起镜像检验。一个实验放在镜子前后,结果不能变,这种镜像对称叫宇称守恒。
听起来有点抽象,其实可以这样理解。一个篮球向前方飞出,在镜子里,它会变成向相反方向飞行,但运动规律仍然一样。如果镜内外的规律不同,那就说明自然界能够分辨左右。
能量守恒、动量守恒、角动量守恒,背后都和某种对称性有关。德国数学家诺特在20世纪初提出的定理,把这些关系说得很清楚。时间规律不变,对应能量守恒,空间位置换了,规律仍然成立,对应动量守恒,方向转了,规律不变,对应角动量守恒。
宇称也被放进了这套整齐的框架里。问题是,自然界真的处处都喜欢对称吗?
1956年,杨振宁和李政道提出一个大胆解释,弱相互作用可能不遵守宇称。说白了,同一种粒子在弱力作用下,可能走出两种不同的衰变路径,镜像规律并不一定成立。
这不是小修小补,而是直接动了物理学的一块根基。谁来验证?
实验任务交到了吴健雄手里。1956年底,她放弃休假,进入低温实验室,把钴60冷却到0.003 K,再用磁场让原子核的自旋方向排列起来,观察电子究竟更喜欢向哪个方向飞出。
为什么一定要降温?因为原子核平时运动太乱,方向不统一,镜像差异很容易被噪声淹没。温度降下来,再加上磁场控制,实验才能看得清楚。
结果出来后,镜像对称真的出了问题。钴60发出的电子,在不同方向上的数量明显不一样,原子核的自旋和电子发射方向呈现出固定关系。真实世界和镜像世界,无法再简单重合。
这一下,宇称守恒被推翻了。
当时不少顶尖物理学家都不愿接受这个结果,泡利甚至表示不相信上帝是左撇子,费曼还押了50美元,认为实验可能做错了。可数据没有因为名人怀疑就改变。
宇称不守恒的意义,不只是解开了θ和τ之谜。后来人们研究中微子、CP破坏等问题,都要面对自然界并不总是保持完美对称这一事实。物理学家曾经相信镜子里的世界和现实世界没有差别,杨振宁和李政道让大家看到,弱相互作用可能偏爱某一边。
不过,杨振宁真正影响更深的一项工作,还要追溯到1954年。
这一年,他和米尔斯提出杨米尔斯理论,也就是非阿贝尔规范场论。名字听着复杂,简单说,它提供了一套描述基本粒子和相互作用的数学框架。
今天粒子物理学里的强力、弱力和电磁力,都离不开这套思路。标准模型能够解释夸克、胶子、希格斯玻色子等粒子,背后都有杨米尔斯理论的影子。1979年,格拉肖、温伯格和萨拉姆因弱电统一理论获得诺贝尔奖,这项工作就是在杨米尔斯框架上继续向前推进。
有意思的是,这套理论刚提出时并没有立刻赢得掌声。因为它当时预言的规范粒子没有质量,和实验现象对不上,泡利等物理学家都提出过质疑。直到人们后来理解了对称性破缺,才知道质量问题可以通过另一套机制解决,杨米尔斯理论的价值这才真正显现出来。
这也说明,伟大理论不一定一出场就被所有人看懂。杨米尔斯理论等了大约20年,才逐渐露出完整力量。
那他和牛顿、爱因斯坦相比,应该怎么排?
牛顿在1687年用运动定律、万有引力和微积分,为近代物理搭出完整框架。桥梁、天文、工业技术,至今仍在使用牛顿力学。爱因斯坦则改变了人们对时间、空间和引力的理解,1905年的狭义相对论、光电效应和布朗运动,1915年的广义相对论,几乎每一项都足以写进物理学史。
杨振宁的路线不一样。他没有像爱因斯坦那样推翻宏观世界的时空观,也没有像牛顿那样建立一套人人都能直接感受到的运动定律。他深入的是微观世界,研究粒子之间的相互作用,以及对称性什么时候成立,什么时候会破裂。
这三个人很难用一把尺子衡量。牛顿像是在荒地上建城,爱因斯坦像是改写城市地图,杨振宁则为微观世界设计了新的交通规则。
杨振宁本人也曾把爱因斯坦排在自己前面,认为爱因斯坦是牛顿之后唯一能与牛顿相比的人。这个自我评价,反而说明他对科学史的位置看得很清楚。
给杨振宁打80分,可能是比较克制的说法。若只看影响范围,他未必超过牛顿和爱因斯坦,若看现代粒子物理的基础作用,他又绝不是普通的诺奖得主。
真正关键的不是给他多少分,而是看他改变了什么。一次,他证明自然界未必尊重镜像,另一次,他为基本相互作用搭出理论骨架。
这两件事,一件打破旧信念,一件建立新框架。放在20世纪物理学史里,杨振宁的位置,至少已经无法绕开。







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