有这样一位物理学家,他35岁时获得了诺贝尔物理学奖,要知道该奖项的平均获奖年龄可是68岁。他的研究成果被认为是颠覆了人们对世界的固有认知。学物理的人都把他奉为偶像,说他的成就可以与麦克斯韦、爱因斯坦、狄拉克等伟人比肩。而不学物理的普罗大众提起他,只会想到一件事,那就是他82岁的时候娶了一位28岁的小娇妻。没错,这位物理学家就是杨振宁。杨振宁的一生究竟经历了什么?为什么研究了一辈子科学的他会在晚年时说世界存在造物者,一切都不是偶然的,他与翁帆的这段忘年恋又有怎么样的内幕呢?今天我们来聊聊杨振宁的故事。
1922年10月1日,安徽合肥县城的杨家大院里,数学老师杨武之喜得长子。当时杨武之在安徽省怀宁县的一所中学里教书,于是就给儿子取名振宁。杨振宁十个月大的时候,父亲杨武志获得了公费留学的名额,前往美国芝加哥大学攻读数学专业。之后的几年里,养家和教育孩子的重任就都落到了杨振宁母亲罗梦华身上。罗梦华的文化水平虽然不高,但很识大体。杨振宁四岁的时候就被母亲教着认字,到五岁时已经能认下3000个字了。1928年,杨武志学成归国,成了中国第一位数学博士。他现在厦门大学任教一年四年级被清华大学聘为数学系的教授。杨武之为中国培养了无数数学人才,著名的数学家华罗庚。就是杨武志的学生。那时刘洋归来,抛妻弃子另娶新式女学生的人不在少数,但杨武志与发妻罗梦华的感情却很好。
几年后,杨振宁又多了四个弟弟妹妹。1929年,杨振宁七岁时,他告别了安徽老家,随父母搬进了清华园西苑19号一间200平米的四合院。在清华园里,杨振宁度过了八年无忧无虑的童年时光,在那里聚集着一批中国最顶尖的教授和学者,他们的子女也成为了要好的玩伴。杨振宁那时候特别喜欢往哲学系邓以哲教授家里跑,因为邓教授的儿子只比杨振宁小两岁,两个孩子又在同一所学校读书,所以关系特别要好。而邓家的那个孩子就是后来两弹一星元勋、著名核物理学家邓稼先。
平日里,除了和小伙伴们在私合院里面疯玩,杨振宁最喜欢做的事情莫过于扒在父亲的书架上阅读各种数学书籍了。从上小学开始,杨振宁的数学成绩就远超同龄人。在旁人看来,枯燥无味的数学题在杨振宁眼中是那么的简单生动,趣味无穷。12岁那年,在北京崇德中学读书时,杨振宁在学校图书馆里发现了一本书,是英国著名天文学家亚瑟艾丁顿所写的神秘的宇宙。这本书用通俗的语言讲述了20世纪头30年里物理学界的一系列重大革命,狭义相对论、广义相对论、量子力学等等。小杨振宁当时还不能完全读懂书中的内容,但心中却有一种莫名的兴奋。他回到家中跟父母说到长大以后我要拿诺贝尔奖。那天,杨武之在儿子的一张照片背面写下这样一句话,振宁似有异禀,这样安稳有趣的生活,随着1937年抗日战争的爆发宣告结束,由于北平不稳,杨武之带着妻儿来到了昆明。同时,北京大学、清华大学和南开大学都被迫迁往。村民共同组成了西南联合大学。杨武之在西南联合大学继续教书,杨振宁则在昆明昆华中学读了半年的高中二年级,没有读高三,就于1938年考入了西南联合大学。四年后,杨振宁取得了物理系本科学位,之后又读了研究生。
1944年8月,杨振宁考取了庚子赔款奖学金,和父亲当年一样取得了公费留学美国的资格。在等待出国的一年里,杨振宁在西南联大附中教高一、高二的数学。工作间隙,只要一有空,他就会跑到西南联大的物理系和教授们去探讨问题。那时,一头扎在知识海洋里的杨振宁未曾注意到在自己所在的班级里有一位比自己小五岁、名叫杜志礼的女孩儿,他也未曾想到,和这个女孩的缘分会跨越几万公里,长达半个世纪。1945年抗日战争胜利的那个夏天,杨振宁踏上了远渡重洋的旅途。动身那天,全家都去送了杨振宁,四个弟弟妹妹哭成了泪人。母亲倒很坚强,没有流泪。父亲一路把杨振宁送上了公共汽车,然后挥手告别。
几分钟后,父亲便被人群挤到远处去了。一上车,杨振宁就和一同前往美国的同学们聊了起来。等了一个多钟头,车子竟然没有发动。此时,邻座的一个美国人示意杨振宁向窗外看。杨振宁这才发现,父亲依旧默默站在那里,消瘦的身材,穿着长袍,额前的头发已经斑白。
多年后,杨振宁在父亲和我一文中写道,姚健,他那满面焦虑的样子,我忍了一早晨的热泪一时迸发,不能自已。杨振宁在美国就读的是父亲的母校芝加哥大学,芝加哥大学的物理系在全世界都是首屈一指的,而杨振宁选择这里主要是因为费米教授在这里执教。恩里克费米是一位既能动手做实验又精通理论物理的全能物理学家,也是1938年诺贝尔物理学奖的得主。杨振宁本来是想跟着费米做实验的,可费米所在的美国阿尔贡国立实验室当时还是保密机构,杨振宁不能进入。
不过,费米把杨振宁推荐给了芝加哥大学的另外一位物理学家,有美国氢弹之父之称的爱德华泰勒。就这样,泰勒成为了杨振宁的博士论文导师。可杨振宁的动手能力是着实不太行,每每做实验他都手忙脚乱,事故频发,以至于同学们都编了一个顺口溜,哪里炸的乒乓响,哪里准有羊在场。后来泰勒建议杨振宁不一定非要死磕实验物理,也可以进行理论物理研究。此话是一语惊醒梦中人,数学功底扎实的杨振宁转向做理论研究,是一个明智的选择,也是一次华丽的转身,此后,他开始在学术界大放异彩。
1948年,杨振宁顺利取得了。芝加哥大学的博士学位,之后进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作。当时普林顿研究所所长是原子弹之父奥本海默。69岁的爱因斯坦虽然已经退休,但依然坚持每天到研究所工作。至今为止,对于杨振宁而言,和爱因坦共事过这件事仍旧是他人生中的一份骄傲。杨振宁与爱因斯坦还有过一次长达一个半小时的交流,这背后的故事还请回看我们之前的视频。杨振宁本来打算只在普林斯顿研究院待一年的,可一个女生的出现打乱了他的一切计划。
1949年圣诞节,杨振宁在普林斯顿的一家中国餐馆里邂逅了自己曾经的学生杜志礼,此时距离杨振宁在西南联大教书已经过去四年了。多年后,杨振宁曾经回忆起这次相遇说,我并不知道杜志礼到了美国,我是无意中走进那家饭店的,早到或者迟到都将错过与杜志里的相见,可命运之神安排我们在那一天。那个地点相聚,这不能不说是一个奇迹。在那一次重逢之后,两人就陷入了热恋。后来,普林斯顿研究院希望杨振宁能够继续留下来工作,杨振宁几乎没有犹豫就答应了。在一篇论文的后记中曾经深情的写道,最终我决定留下,是因为我正在同杜志礼小姐谈恋爱,他在纽约读书,而我从普林斯顿乘车到他那里只需要一个钟头。1950年8月26日,杨振宁与杜志礼在普林斯顿教堂举行了婚礼。
那一年,杨振宁28岁,杜志礼23岁。1951年,在杨振宁的举荐下,另外一位物理学天才李政道也来到了普林斯顿研究所。李政道比杨振宁小四岁,算是杨振宁西南联大的学弟,后来也以公费留学生的身份来美国求学。
上个世纪50年代,杨振宁和李政道合作撰写了超过30篇论文。在一篇题为对于弱相互作用中宇称守恒的质疑的论文中,他们提出了宇称不守。守恒的猜想一举拿下了诺贝尔物理学奖,也是中国人第一个诺奖。那么问题来了,什么是宇称不守衡呢?很多人在之前的视频下面留言说不喜欢看科普的内容,但是我认为想要客观的评价一位科学家,一定要了解他的核心成就,否则说再多都是索然寡味的。接下来我就尽量用通俗易懂的语言来解释一下什么是宇称不守恒。从字面意思就可以看出,与称一词是描述对称性的,而对称性又是物理学中的一个最基础的规律。比如说空间平移对称性指的就是一条物理规律,不会随着空间位置的变化而发生变化。
你在美国做一个物理实验和你在中国做一个物理实验,得出来的结论应该是一样的。在量子世界中,与称描述的是粒子的空间繁衍对称,也就是说,一个粒子和镜子中的这个粒子应该遵循的是相同的运动规律。打一个很简单的比方,我们在篮球场上投篮,篮球划过一条抛物线进入篮筐。假设篮球场上有一面大镜子,镜中的篮球也一定会划过一道抛物线。如果单看这条抛物线,我们会分不清镜中世界和境外世界。所以宇称可以粗略的理解为镜中和境外世界的左右对称,而宇称守恒就是左右交换不变。正是因为宇称守恒,我们很难定义绝对的左和右。有人可能会说。多了,说着说着,怎么连左右都不分了,左手边对应的就是左边,右手边对应的就是右边呀。但是你细想,你的左手其实对应的是镜中人的右手,你的右手其实对应的是镜中人的左手,你冲镜子挥挥左手,镜子里的你挥舞的一定是右手,否则那就叫恐怖片诶,但是李政道和杨振宁就发现了,有时候镜子里的你挥舞的竟然也是左手,吓不吓人?
上个世纪50年代,实验物理学家们喜欢用高速质子去撞击各种物质,然后记录产生的奇异粒子,西塔粒子和套粒子就是这样被发现的。从实验数据来看,西塔粒子和套粒子有非常多的相似性,比如说它们的质量是一样的,寿命是一样的,自旋方向是一样的,所在电荷也是一样的,唯一不同的是,西塔粒子会在贝塔衰变中变成两个派介子,而套粒子会衰变成三个派介子。也就是说,西塔粒子和套粒子除了在弱相互作用下的衰变过程不同,其他性质。完全相同,这也太不可思议了。难道说自然界中真的存在两个如此相似的双胞胎粒子吗?西塔粒子和套粒子的离奇相似性也被称为西塔套之谜。此时,科学家们面临两种合理的解释,A认定西塔粒子和套粒子是两种不同的粒子,因为根据宇称守恒定律,同一粒子在贝塔衰变中不可能与称不同,可能只是人类太垃圾了,除了衰变过程,还没有找到西塔粒子和套粒子的其他区别。B承认西塔子和套粒子就是同一种粒子,这就相当于变相承认了在弱相互作用下与称守恒定律不成立。
毫无疑问,绝大多数物理学家都选择了选项A,为什么呢?这里还要先解释一下什么是弱相互作用。自然界中存在着四大基本作用,分别是万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。前两种我们在上中学时就已经学过了,不再赘述,而后两种听起来可能就比较陌生了。所谓强相互作用,就是原子核中把质子和中子束缚在一起的力。三体中的武器水滴就是运用强相互作用原理制造的,而质子和中子也不是固定不变的,它们之间可以互相转化,这种转化就叫做贝塔衰变,是由弱相互作用导致的。宇称守恒定力在引力、电磁力和强相互作用的情况下都得到了大量实验的印证,科学家们就理所应当的认为宇称守恒定律在弱相互作用的情况下也是成立的。这就好比唐僧师徒四人去过安检,安检员检查了唐僧、孙悟空和猪八戒,他们身上都没有携带危险物品,最后还剩一个沙悟净,一脸老实样,安检员心一大,没检查就让他混进去了。这个时候突然有人跳出来说了,沙悟净还没查呢,结果一查,沙悟净身上带了一颗手雷,而李政道和杨振宁就是发现这颗手雷的人。
1956年10月1日,他们发表论文,大胆提出西塔和套就是同一种。粒子两者之间之所以会在衰变过程中产生数量不同的介子,完全是因为互为镜像的粒子在弱力作用下的运动是不对称的,即弱相互作用中不存在所谓的宇称守恒。就好像你在篮球场上向东投篮,镜子里的抛物线却是向西的。论文一经发表,大批科学界泰
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