《杨振宁讲物理——基本粒子发现之旅》

杨振宁 著

杨振宁 范世藩 译

人民邮电出版社

2025年4月

【内容简介】

本书整理自杨振宁1959年的演讲稿，以平实的语言向读者介绍了物理学研究的本质问题：组成宇宙的“砖块”——基本粒子——是什么，以及它们之间如何发生相互作用。本书按照历史发展顺序，叙述了粒子物理学领域早期的重要发现与不为人知的详细过程，并着重介绍了宇称守恒问题。

【作者简介】

杨振宁，著名物理学家，诺贝尔物理学奖得主，在场论、粒子物理、统计力学和凝聚态物理等领域均有杰出贡献，其研究成果对现代物理学的发展产生了深远影响。同时，他还致力于科学普及和教育工作，其作品以严谨的科学态度和通俗易懂的表达方式，让普通读者也能够领略到物理学的奥妙。

【内容选读】

在 19 世纪末 20 世纪初，物理学明显进入了一个新时代的黎明时期。不仅经典力学和法拉第 – 麦克斯韦（Faraday-Maxwell）电磁理论的辉煌成就已经使经典的宏观物理学时代结束，而且各方面都出现了新的现象、新的疑难、新的激动和新的预见。

阴极射线、光电效应、放射性、塞曼（Zeeman）效应、X 射线以及里德伯（Rydberg）的光谱谱线定律都是当时的新发现。当然，在那个时候还很难预测这个新时代究竟将包含些什么内容。

除此之外，人们对于电可能具有的原子结构也进行过很多讨论。但是要知道，虽然在很久以前就已经有人设想关于物质原子结构的概念，但是这种设想不能被载入科学著作中去，因为除非有定量的实验证据，否则没有任何一种哲学性的讨论能够作为科学的真理来加以接受。

比如晚至 1897 年，19 世纪后半叶物理学界中的一位大师开尔文勋爵（Lord Kelvin）仍旧写道：“电是一种连续、均匀的液体”（而不认为它具有原子结构）的意见还值得加以谨慎考虑。

在同一年，汤姆孙（J. J. Thomson）完成了他的著名实验。在他测定了阴极射线的电荷量和质量的比值 e/m 以后，上述考虑就不再是必要的了。这里我必须给你看一下图 1 —— 这张庄严的半身像描绘的正是这位最先打开基本粒子物理学大门的伟人。这张图片是根据他的著作《回忆与思考》（Recollections and Reflections）中的图复制的。

图 2 展示了汤姆孙所使用的仪器。图 3 是该仪器的简图。从阴极 C 发出的阴极射线，穿过用来将阴极射线限制成为细束的狭缝 A 和 B，然后再穿过金属板 D 和 E 之间的空间，最后在管子右端带有标尺的屏上被加以观察。将金属板 D 和 E 充电，会引起细束向上或向下偏转。偏转的方向说明细束带负电荷。

然后在金属板 D 和 E 之间，再用图 2 所示的线圈加上一个方向和书的平面垂直的磁场。可以观察到，磁场也使细束产生了向上或向下的偏转，而且和它带有负电荷时相符。通过平衡抵消由电场和磁场产生的偏转，就能够计算细束的速度。

然后，从电场或磁场单独产生的偏转幅度，可以计算出细束组成部分的电荷量和质量的比值 e/m。

也许有人会问：为什么看起来这么简单的一个实验，以前竟然没有人做过？汤姆孙本人在后来所写的文章中回答了这个问题 ：

我使一束阴极射线偏转的第一次尝试，是使它通过固定在放电管内的两片平行的金属板之间的空间，并且在金属板之间加上一个电场，结果没有产生任何持续的偏转。

然后他解释了他所猜想的困难的根源：

根据这种看法，偏转之所以没有出现，是因为有气体存在——气压太高——因此要解决的问题就是如何获得更高的真空度。这一点说起来比做起来容易得多。当时高真空技术还处于发轫阶段。

事实上，电磁波的发现者、物理学家赫兹（H. Hertz）以前也做过同样的实验，并且错误地得出了这样的结论：阴极射线是不带电的。这段插曲清楚地表明了一个基本事实：技术的改进和实验科学的进展是相辅相成的。我们以后还会遇到这个基本真理的更多例证。