他是中信出版作者阵营中无可比拟的泰斗。
8月5日,李政道研究所发布讣告,李政道先生与于美国当地时间2024年8月4日凌晨在旧金山家中去世,享年97周岁。
李政道1926.11.25~2024.8.4
作为一名物理学家,李政道成果斐然。
1956年,李政道与杨振宁一起提出弱相互作用中宇称不守恒的理论论断,第二年经实验验证后,共同获得诺贝尔物理学奖,当时李政道才31岁,创造了华人首次诺奖的纪录。
但在此之前,李政道便已屡屡刷新历史,23岁获博士学位有“神童博士”之称,29岁成为哥伦比亚大学200多年的历史中最年轻的教授。
以上,仅是李政道学术生涯的一小部分,之后,他还在分立动力学理论、高温超导理论、玻色-爱因斯坦凝聚等领域作出了卓越的贡献。
但这些,都不足以解释李政道在中国家喻户晓的影响力。
李政道先生一生心系华夏,1972年起多次回国讲学,改革开放以后更是不遗余力地推动中国科学教育事业进步,为中国科学教育战略布局、高能物理前沿探索、高水平人才培养和国际交流与合作做出了无可替代的贡献。
1979年至1989年,李政道发起并组织实施中美联合培养物理类研究生计划(CUSPEA),选拔推荐915人赴美深造,造就了一批领军学者和社会栋梁。
1985年,倡导建立博士后制度和成立中国博士后科学基金会,持续打造我国科技创新生力军数十万人。
此外,李政道倡导建立国家自然科学基金制度和成立国家自然科学基金委员会,为推动我国基础研究和提升我国原始创新能力发挥了引领带动作用。
李政道倡导建设我国第一台高能加速器——北京正负电子对撞机(BEPC),促成北京谱仪(BES)、大亚湾中微子实验国际合作组,为我国在世界高能物理前沿取得一系列突破性成果提供了全局指导和倾力帮助。
李政道还倡导成立北京现代物理研究中心、中国高等科学技术中心、浙江近代物理中心、北京大学高能物理研究中心等,推进前沿科学研究,促进国际交流合作和青年学者成长……
1979年3月26日,李政道访问上海交通大学,图:李政道图书馆
李政道以自己的身体力行改变了无数学子的命运,全方面推动了中国科教事业发展。
但回顾一生所行,晚年的李政道引用杜甫所作《曲江二首》中的诗句说:“细推物理须行乐,何用浮名绊此身。”
步入老年,李政道几乎很少出现在公众视野中,会不时重读年轻时自己的论文,更老一些后,他开始做物理习题,以此保持头脑的清晰。
李政道先生出生于20世纪20年代,16岁之前的教育,反倒很少在西方自然科学上着力,中国传统文化的底子打得极好。
这些都掩藏在了他大量的物理学学术著作之下。2021年,中信出版再版了李政道先生写于上世纪90年代的科普经典《对称与非对称》。
书中旁征博引,涉及了文学、哲学、艺术绘画、建筑、考古学等众多知识领域,全方位展现了李政道先生的人文修养。
“宇称守恒问题”是李政道学术桂冠上的明珠,但却是个高深的物理学问题,没有扎实的物理基础很难被其奥妙所吸引。
李政道用通俗易懂的语言、简明生动的比腧、形象传神的图片、引人入胜的奥秘、深入浅出的道理,带我们走进他不朽的思想世界……
为什么对称是重要的?
迷恋“对称性”,似乎是人类与生俱来的天性。
李政道在《对称与不对称》一书中说了这样一段不为大众熟知的往事。
李政道回忆:“1974年,毛主席会见我时,也饶有兴趣地用了很多时间,从哲学观点上和我讨论这个问题。”
“为什么对称是重要的?”当毛主席见到李政道时,想了解的第一件事情就是物理学中的对称性。
按照韦氏字典的注释,Symmetry的意思是“均衡比例”,或“由这种均衡比例产生的形状美”。在汉语中,Symmetry的意思是“对称”,这个词带有几乎完全相同的含义。因此,这实质上是一个静止的概念。
按照毛主席的观点,人类社会的整个进化过程是基于“动力学”变化的,动力学是唯一重要的因素,而静力学则不是重要的因素。
毛主席认为,这在自然界也一定是对的。因而,他不太理解,对称在物理学中为什么会被捧到如此高的地位。
李政道从这段往事开始,回顾了中国文学史。
他认为,最早认识到对称重要性的也许要算生活在公元前4世纪的屈原,他在著名的诗《天问》中运用对称性论证了天地都是圆的。李政道举节选了屈原《天问》中的如下两首:
九天之际,安放安属?隅限多有,谁知其数?东西南北,其修孰多?南北顺椭,其衍几何?
诗中的“九天”是指天半球的九个方向:昊天(东)阳天(东南)、赤天(南)、朱天(西南)、成天(西)、幽天(西北)、玄天(北)、鸾天(东北)、钧天(中)。
在第一首诗中,屈原论证了天和地都应该是球状的。因为假如地是平的,那么,天和地的交界一定是充满了边和角。怎么可能有这些边和角呢?它们属于天还是地呢?这是不可理解的,也是不合理的, 因而应该被否定。因此,天和地不可能相交,二者都必定是球状的,天好像是蛋壳,地好像是蛋黄(当然中间的蛋白是没有的)。
在第二首诗中,屈原猜测地球的形状与理想的球有偏离,他提出问题:是赤道圈的周长长还是子午圈的周长长?另外,他还提出椭圆弧长如何度量长度的问题。
现在我们知道,赤道圈直径为12753.6千米,比子午圈直径(为 12732.2千米)略长。但是,早在公元前5世纪,屈原在得出地是球状的结论后,又进一步提出地球是椭球的可能性,这实在是太令人惊奇了!
李政道写道:这也许是最早的宇宙学著作,而且也许是唯一运用几何对称来论证的,同时又是用诗的语言写成的绝妙篇章。
对称的问题,不仅对于人类观察自然界、创作艺术作品十分重要,对于整个科学发展、认识宇宙的本质来说,也至关重要。
镜像对称与“宇称不守恒”
我们对李政道的第一印象,往往就是1957年,和杨振宁一起发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖。
可是究竟什么是“宇称不守恒”,这对人类来说有什么重要意义,则不甚了解。
在《对称与不对称》一书中,李政道亲自向大众科普了自己的诺奖理论。
他首先打出了《爱丽丝镜中奇遇记》中的一首诗:《爱丽丝镜中奇遇记》中是这么描写的:这把她难住了好半天,但是最后她闪出了一个聪明的念头:"哦,这是镜子里的书呀!只要我把它对着镜子,这些字就会恢复原样了。”
物理学家与爱丽丝一样知道左与右的区别。
但不同的是,物理学家还相信这个区别并不是绝对的。如果你从镜子里去看,那么右就变成左,左就变成右了。
如果镜中世界是不同的,我们怎么能够确信我们的世界实际上不是另一镜中世界的镜像呢?
李政道说:长期以来,人类一直把自然规律应该在镜像反射下是对称的(左右对称)看成一条天经地义的原理;也就是说,镜中世界也是一个可能的真实世界。
李政道与学生在一起,图:李政道图书馆
在1956年底李政道和杨振宁发现左右对称破坏(宇称不守恒)以前,认为自然规律在左—右变换下理所当然是对称的,这点几乎从来没有任何人怀疑过。李政道接着举了一个例子。
设有两辆汽车,除了一辆是另一辆的镜像之外,造得完全一模一样:
现在,我们将两辆汽车灌满了同样多的汽油,假设汽车b的司机顺时针方向开动点火钥匙,把汽车发动起来,并用右脚踩油门踏板,使得汽车以一定速度,比如每小时40千米,向前驶去。汽车d的司机做完全一样的动作,只是左右交换一下。现在我们问:汽车d将如何运动呢?
从常识角度看来,人们大概会认为,两辆汽车将以完全一样的速度向前行驶。
如果那样的话,你们就和1956年以前的物理学家一样了。
吴健雄
令人吃惊的是,后来被发现是不真实的。在1956年,吴健雄和她的同事们研究了极化钴核到电子的衰变。
实验由两套互为镜像的装置组成。然而,实验物理学家们发现,这两套装置得到的末态电子分布图案都并不是互为镜像的。简单说来,初态是互为镜像的,但末态位形不是互为镜像的。吴健雄等证实宇称不守恒的实验
从这个物理学实验延展到我们对世界的一般理解,我们可以说,对称的世界是美妙的,但世界的丰富多彩又常常在于它不那么对称。李政道说:
有时,对称性的某种破坏,哪怕是微小的破坏,也会带来某种美妙的结果 。画家常沙娜和吴冠中的两幅画, 就体现了"似对称而又不对称"的美妙:
常沙娜的画:“水边铁花两三枝, 似对称而不对称”
吴冠中的画:“对称乎,未必,且看柳与影”
展望21世纪科学发展前景
在19世纪末至20世纪初,物理科学中有两个相当重大的科学发现 :一个产生了狭义相对论,另一个产生了量子力学。
从1925年之后,几乎所有20世纪的物质文明都是从这两个物理基础科学的发展衍生的,而且现在还在继续更广泛地开发出新的科学及应用的领域。
关于21世纪的科学发展,李政道写道:
目前的情况况正像20世纪初出现的情况一样,也有两个科学疑难,一个是对称性破坏,而另外一个就是夸克禁闭。
我们现在认为,这两个疑难可能都来自真空。什么是真空?真空是没有物质的态,可它仍有作用,有作用就有能量的涨落。这能量的涨落是可以破坏对称的。
另一个在宇宙中的大问题是暗物质。从引力我们知道有暗物质存在,可是用光看不见,用红外、紫外、X光也都看不见。宇宙里90%以上是暗物质。
所以,在宇宙中有90%以上的物质我们不知道,有极大的能量来源我们不知道。真空有可能被激发。
在大约100年前,汤姆逊发现了电子,从那以后影响了我们这个世纪的物理思想,即大的是由小的组成的,小的是由更小的组成的,找到了最基本的粒子就知道最大的构造。
这个思想不仅影响到物理,还影响到20世纪生物学的发展,要知道生命,就应研究它的基因,知道基因就可能会知道生命。
现在我们发现事情并非如此简单。小的粒子,是在很广泛的真空里,而真空很复杂,是个凝聚态,是有构造的。
20世纪的文明是追踪微观的。李政道认为,在21世纪,微观和宏观应结合成一体。
例如造计算机,是不是越小的集成电路就越好呢?我们可以把集成电路越造越小,小到氢原子,可是我们对氢原子完全懂,这里不可能再有什么更多的信息。
可能21世纪的计算机要的是较大的,是个凝聚态的单位,这里的信息才更多。
20世纪是越微小越好,我们觉得小的是操纵一切的,而我猜测,21世纪将要把微观和宏观整体地联系起来,这不仅会影响物理,也许会影响到生物学的发展。
微观和宏观必须要结合起来,这个结合对应用科技也可能会有极大的影响。
目前,微观和宏观的冲突已经非常尖锐,靠一个不能解决另一个,把它们联系起来一定会有一些突破。这个突破将会影响到科学的未来 。
作为诺贝尔物理学奖获得者,李政道是在国际上享有盛誉的物理学大师。对于他的研究领域之广、开拓精神之强,中国科学院原院长周光召先生曾有过非常精到的评价:
在所有的理论物理学家中,一般一生学术上能在一二个领域做出有分量的工作就很了不起。很少有理论物理学家的研究领域有像政道先生那样几乎涉及全部理论物理领域。
他获得诺贝尔奖的工作只是他成就的一部分。
他的研究领域涉及天体物理、凝聚态物理、粒子物理、量子力学、量子场论、核物理、流体力学、统计物理,直到最近的暗物质、暗能量等等。
李政道宽广而精深的科学研究志趣与贡献,给予我们的启示就是,做科学研究一定要大气,永远不要有满足或是沾沾自喜。
1996年11月,李政道在夫人秦惠䇹去世后,将全部私人积蓄以及部分亲友的捐赠拿出来设立了“秦惠䇹—李政道中国大学生见习进修基金”,以支持祖国的教育事业。
2011年6月,李政道又将毕生积累和收藏的各类科学文献、研究手稿、通讯信件等文件捐赠给上海交通大学,建立李政道图书馆。
他曾对好友朱光亚说:“平生最大的心愿和安慰就是能够为祖国做点有益的事情。”
如今先生已经故去,谨以此文,悼念李政道先生。