楊振寧的幾位恩師

文/關(guān)品方

2025年8月17日楊振寧（現(xiàn)已103歲）是科學(xué)界的巨人。他在學(xué)術(shù)生涯中受到過多位大師指導(dǎo)，對其研究的方向及其后的成就，影響最深的有以下幾位。

吳大猷是楊振寧在西南聯(lián)大時的學(xué)士論文導(dǎo)師，指導(dǎo)其完成《用群論方法于多原子的振動》。吳大猷是量子力學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)。楊振寧很懂得感恩，曾表示當(dāng)年從他那里學(xué)到的物理“已達(dá)到當(dāng)時世界水平”。在西南聯(lián)大期間，吳大猷引導(dǎo)楊振寧進(jìn)入對稱原理領(lǐng)域，成為他后來獲得諾貝爾獎的重要研究方向。

然后是王竹溪，楊振寧的碩士論文導(dǎo)師，指導(dǎo)其完成統(tǒng)計力學(xué)方向的論文《超晶格》。王竹溪是統(tǒng)計力學(xué)權(quán)威，楊振寧承認(rèn)自己對統(tǒng)計物理的興趣是受到王竹溪的影響。王竹溪引導(dǎo)的統(tǒng)計力學(xué)方向，貫穿了楊振寧的學(xué)術(shù)生涯，與對稱原理并列為楊振寧的兩大核心研究領(lǐng)域。

吳健雄是著名實驗物理學(xué)家，驗證了楊振寧與李政道提出的“宇稱不守恒”理論。嚴(yán)格來說，她并非楊振寧的導(dǎo)師，但楊振寧對她有高度評價，充滿溢美之詞。因為沒有吳健雄的實驗，無法證明“宇稱不守恒”理論。

楊振寧的恩師名單中還包括趙忠堯（物理學(xué)）、吳有訓(xùn)（電磁學(xué)）和周培源（力學(xué)）等，但吳大猷和王竹溪對他學(xué)術(shù)路徑的影響最為深遠(yuǎn)。

換言之，楊振寧的兩位關(guān)鍵恩師是吳大猷（對稱原理）和王竹溪（統(tǒng)計力學(xué)），吳健雄是其關(guān)鍵支持者和合作者。吳健雄與楊振寧的合作契機(jī)是對“宇稱不守恒”理論的驗證。1956年，楊振寧與李政道提出“弱相互作用中宇稱不守恒”的顛覆性理論，但缺乏實驗支持。這方面的理論需要一位實驗物理學(xué)家驗證。吳健雄因其在β衰變領(lǐng)域的權(quán)威地位成為當(dāng)然首選。楊李聯(lián)系吳健雄后，她決定暫時放棄原定的回國計劃，投入實驗設(shè)計，提出利用鈷-60原子核在超低溫、強(qiáng)磁場環(huán)境下的自旋極化實驗，通過觀測β衰變電子發(fā)射方向，驗證宇稱是否守恒。吳健雄憑借人脈，爭取到美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的資源支持，組建團(tuán)隊攻克技術(shù)難題，包括極低溫實現(xiàn)、磁場均勻性等必備要求。1957年1月，吳健雄團(tuán)隊通過實驗數(shù)據(jù)、確鑿證明宇稱在弱相互作用中不守恒，轟動全球科學(xué)界。楊振寧驚嘆吳健雄是個神人。這個實驗成果直接推動楊振寧與李政道獲得同年諾貝爾物理學(xué)獎。吳健雄雖未獲獎，但被學(xué)術(shù)界公認(rèn)為楊李理論成立的核心人物，因為是通過她的實驗的驗證而獲得證實。奧本海默等科學(xué)家曾公開為吳健雄作不平之鳴。

楊振寧多次強(qiáng)調(diào)吳健雄的貢獻(xiàn)，并在晚年回憶中稱她為最杰出的實驗物理學(xué)家之一。楊吳合作的意義，不僅奠定了現(xiàn)代粒子物理的基礎(chǔ)，也展現(xiàn)了理論物理與實驗物理協(xié)同創(chuàng)新的典范。吳健雄做實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，為我方科學(xué)家在國際科學(xué)界贏得極高聲譽，其墓碑刻有“一個永遠(yuǎn)的中國人”，彰顯其家國情懷。

關(guān)于這個諾獎的爭議，楊振寧曾推測或因同一獎項獲獎?wù)哂腥藬?shù)限制（吳健雄的實驗中還有低溫物理學(xué)家安伯勒參與），但具體原因沒有定論，而吳健雄從未對此表示任何不滿。相對后來楊李兩人鬧翻爭功，吳健雄的格局更為后人稱道。

事實是，吳健雄分別和不少物理學(xué)家都有密切合作。她是上世紀(jì)最杰出的實驗物理學(xué)家之一，已成公論。她與物理學(xué)家們有重要的合作和交集，其中與她關(guān)系特別密切的物理學(xué)家首先是袁家騮，她的丈夫，著名物理學(xué)家。兩人在哥倫比亞大學(xué)相識并合作研究，共同發(fā)表了多篇重要論文。此外還有恩里科?費米，吳健雄在芝加哥大學(xué)期間和他合作，共同參與了曼哈頓計劃中的核物理研究。此外還有尼爾斯?玻爾，吳健雄訪問哥本哈根的玻爾研究所期間，和他探討原子核物理問題，對量子力學(xué)的深度思考有所貢獻(xiàn)。吳健雄通過實驗驗證了楊李提出的 “弱相互作用下宇稱不守恒” 理論（稱為“吳氏實驗”），只是吳健雄一生在實證物理學(xué)方面的功業(yè)之一。

吳健雄與奧本海默的合作也相當(dāng)經(jīng)典。吳健雄在加州大學(xué)柏克萊分校攻讀博士學(xué)位期間（1936至1940）年），奧本海默是她量子力學(xué)課程的老師。彼此熟稔到這樣一個地步，她親切地稱呼老師為 Oppie，奧本海默叫她 Jiejie（姐姐），師生情誼無間。1944年，吳健雄受邀加入哥倫比亞大學(xué)“曼哈頓計劃”附屬實驗室，負(fù)責(zé)解決鈾濃縮和核反應(yīng)堆鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷的難題。她發(fā)現(xiàn)漢福德區(qū)B反應(yīng)堆停堆的原因是氙-135過度吸收中子，從而提出解決方案，確保了钚-239的順利產(chǎn)生。這一成果具突破性，直接推動了原子彈的研發(fā)進(jìn)程。盡管吳健雄因某些原因，未能進(jìn)入洛斯阿拉莫斯核心團(tuán)隊，奧本海默多次公開肯定她的專業(yè)權(quán)威，尤其贊賞她在β衰變領(lǐng)域的研究。奧本海默主持普林斯頓高等研究院工作期間（1947至1966），吳健雄也在普林斯頓工作，兩人長期保持學(xué)術(shù)交流，不少重要實驗都是由奧本海默推薦給吳健雄參與的。

奧本海默稱吳健雄為“β衰變研究的權(quán)威”，在曼哈頓計劃中極度依賴她的實驗?zāi)芰Α＿z憾的是她未被選入奧本海默的柏克萊研究團(tuán)隊，未被獲頒諾貝爾獎。2023年上映的電影《奧本海默》更對她只字未提、沒有半秒鏡頭，好像吳健雄對原子彈的發(fā)明沒有任何貢獻(xiàn)。

白人深藏在骨子里的傲慢與偏見，其實俯拾皆是。今年是我國抗日戰(zhàn)爭及全世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利80周年。日本無條件投降，可以毫不夸張地說，吳健雄的貢獻(xiàn)抵得上十萬雄師。

我國政府對吳健雄高度肯定。國際編號2752 號小行星被命名為 “吳健雄星”，我國積極參與和重視這一紀(jì)念成果的宣傳。命名體現(xiàn)了對吳健雄在科學(xué)領(lǐng)域巨大貢獻(xiàn)的銘記，是國際科學(xué)界對她的尊重，也是我國對她成就的重視。小行星命名是永久性的紀(jì)念標(biāo)識。國內(nèi)追授吳健雄不少榮譽稱號。她被稱為是 “世界物理女王”和“核物理女皇”，高度肯定她在核物理領(lǐng)域的卓絕貢獻(xiàn)。我國在科學(xué)史的研究、宣傳和教育過程中，以吳健雄的一生業(yè)績激勵我國科研工作者尤其是女性科研人員。

在國際科學(xué)交流合作的大框架下，近年我國積極推動和吳健雄研究專業(yè)有關(guān)的學(xué)術(shù)交流。在高端國際物理學(xué)術(shù)會議上，參會的科學(xué)家們常常引用吳健雄的成果作為典范，強(qiáng)調(diào)我方科學(xué)家在世界科學(xué)舞臺上的重要貢獻(xiàn)。吳健雄在我國科學(xué)界以及國際科學(xué)合作交流中的影響力正不斷提升，更多的年輕科學(xué)家以她為榜樣，積極投身科學(xué)研究。我國更舉辦各種紀(jì)念吳健雄的活動，包括吳健雄誕辰學(xué)術(shù)研討會等，得到中央相關(guān)研究部門、高等院校、科研機(jī)構(gòu)的鼎力支持。通過這些活動，深入研究和探討吳健雄的科學(xué)思想、研究方法以及她的科學(xué)精神對當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的啟示，并且進(jìn)一步促進(jìn)我國物理學(xué)界乃至整個科學(xué)界的學(xué)術(shù)氛圍營造和人才培養(yǎng)。

基礎(chǔ)研究和理論研究，還有應(yīng)用研究和轉(zhuǎn)化研究，這四個方面全部離不開通過實驗室進(jìn)行驗證。從科學(xué)實驗的角度看，筆者認(rèn)為，理論的論證也許比較理論的提出更為重要。

相信不少人對楊李兩人有關(guān)弱相互作用下宇稱不守恒定律的實際意義了解不多。這要從宇宙間的四大基本力說起。自然界的四大基本力是強(qiáng)核力、弱核力、電磁力和萬有引力。強(qiáng)核力是強(qiáng)相互作用力（核裂變和核融合），弱核力是造成放射性原子核或自由中子衰變的短程力（存在于粒子以及射線之間）。電磁力是電荷、電流在電磁場中所產(chǎn)生受力的總稱（蘊含發(fā)電的原理）。萬有引力是物質(zhì)之間互相存在的吸引力，和物體的質(zhì)量有函數(shù)關(guān)系（例如地心吸力和地月引力）。

弱相互作用下的宇稱不守恒定律，改變了傳統(tǒng)的對稱性觀念。該定律打破了人們對鏡像對稱（宇稱守恒）的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了自然界在弱相互作用下，存在左右不對稱性。這就促使物理學(xué)家重新審視對稱性原理，認(rèn)識到“對稱破缺”與“鏡像對稱”共同構(gòu)成自然界的普遍規(guī)律。該定律還推動了粒子物理學(xué)的發(fā)展，引發(fā)了對其他對稱性（如電荷共軛對稱性、CP 聯(lián)合對稱性）的研究，推動了 《CP 對稱破缺》等重要現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。

“CP 聯(lián)合對稱性”是指電荷共軛（C）和宇稱（P）聯(lián)合變換下物理定律的不變性。若 CP 嚴(yán)格對稱，粒子與反粒子行為完全相同，宇宙應(yīng)充滿等量物質(zhì)與反物質(zhì)，但實際觀測到的是物質(zhì)主導(dǎo)，物質(zhì)與反物質(zhì)并不對稱。是不是十分稀奇？是不是因為這樣，物質(zhì)（多于反物質(zhì)）在早期宇宙中得以幸存并形成今天的宇宙？宇宙為什么不斷膨脹？黑洞的背后是什么？這牽涉到人類探索宇宙起源的問題。楊李發(fā)現(xiàn)的并被吳健雄驗證的定律，不只是粒子物理的重要里程碑，更為人類理解宇宙的規(guī)律和物質(zhì)的起源提供了關(guān)鍵線索。物質(zhì)和能量守恒的細(xì)微偏差，可能就是大爆炸之后引發(fā)出宇宙生成的基本原因。

該定律更促進(jìn)弱作用理論邁向完善。為了解釋宇稱不守恒，費曼和蓋爾曼提出了弱作用的 V-A 形式，格拉肖、溫伯格和薩拉姆在此基礎(chǔ)上建立了弱電統(tǒng)一模型，最終發(fā)展出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的重要組成部分。

楊李和吳健雄敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念的科學(xué)精神，激勵了后續(xù)科學(xué)家在面對未知時勇于突破既有的理論框架，從而推動科學(xué)的進(jìn)步。今天，該定律與人工智能的發(fā)展也有關(guān)聯(lián)，實際體現(xiàn)在信號處理與機(jī)器學(xué)習(xí)。弱相互作用信號具有低信噪比和高靈敏度的特點，需要復(fù)雜的信號處理技術(shù)。人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法（包括深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）被應(yīng)用于自動識別和分類微弱的脈沖信號，從而提高了信號分析的效率和準(zhǔn)確性。在粒子物理學(xué)界利用大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）的底夸克實驗中（LHCb），人工智能算法被用于處理海量數(shù)據(jù)、識別信號事例、抑制背景干擾。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析底重子衰變數(shù)據(jù)，科學(xué)家首次觀測到重子衰變中的上述《CP聯(lián)合變換對稱性破缺》的現(xiàn)象。最后，該定律的研究更為量子信息處理提供了新的視角，可以推動量子加密技術(shù)的升級，利用微觀世界的對稱性破缺，可以設(shè)計出更安全的加密算法，同時為量子計算機(jī)的糾錯機(jī)制提供理論基礎(chǔ)，提升量子計算的穩(wěn)定性。人工智能技術(shù)被應(yīng)用于分析宇宙射線和中微子數(shù)據(jù)，可以推斷天體物理事件。反過來，人工智能在理論物理研究又可以發(fā)揮作用，為進(jìn)一步探索該定律及其相關(guān)物理現(xiàn)象提供了強(qiáng)大的工具。

楊李和吳健雄的重大發(fā)現(xiàn)，到今天已過去了68年。這方面的相關(guān)科學(xué)研究，進(jìn)展一日千里，已上了好幾個臺階。我國1919年開始覺醒之初，曾經(jīng)一度懷疑中華文化、懷疑中華民族缺乏科學(xué)頭腦是否無可救藥。現(xiàn)在證明是妄自菲薄。筆者如果能夠從頭再來，回到大一當(dāng)年，一定選修物理學(xué)。筆者謹(jǐn)以此文，奉獻(xiàn)給香港特區(qū)的高中物理學(xué)生作為參考。