楊振寧:我的學(xué)習(xí)與研究經(jīng)歷

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作者簡介:楊振寧奈泪,世界著名物理學(xué)家理郑,中國科學(xué)院院士杂曲、美國國家科學(xué)院外籍院士、香港科學(xué)院名譽(yù)院士、俄羅斯科學(xué)院院士屿良、英國皇家學(xué)會外籍會員,1957年獲諾貝爾物理學(xué)獎乍迄。

以下為楊振寧2012年發(fā)表在《物理》上的題為《我的學(xué)習(xí)與研究經(jīng)歷》的正文:

1933年到1937年我在北平崇德中學(xué)念了四年書管引,第一次接觸到二十世紀(jì)的物理學(xué)就是在中學(xué)那間很小的圖書館看到了Jeans的《神秘的宇宙》中譯本,Jeans把1905年的狹義相對論闯两、1915年的廣義相對論和1925年的量子力學(xué)用通俗的語言描述褥伴,使得我發(fā)生了濃厚的興趣。


▲ 楊振寧的大學(xué)入學(xué)考試準(zhǔn)考證

1938年秋天我成為了西南聯(lián)合大學(xué)第一屆新生漾狼。為了參加那次入學(xué)考試重慢,我借了一本高中物理教科書,閉門自修了幾個星期逊躁,發(fā)現(xiàn)原來物理是很適合我研讀的學(xué)科似踱,所以在聯(lián)大我就選擇了物理系。我在教科書中讀到稽煤,圓周運(yùn)動加速的方向是向心的核芽,而不是沿著切線方向的。最初我覺得這與我的直覺感受不同酵熙,仔細(xì)考慮后才了解轧简,原來速度是一個向量,它不僅有大小而且是有方向的匾二。這個故事給了我很大的啟發(fā):一方面直覺非常重要哮独,可是另一方面又要能及時吸取新的觀念修正自己的直覺。


▲ 青年時期的楊振寧

1942年春天察藐,為了準(zhǔn)備寫一篇學(xué)士畢業(yè)論文皮璧,我去找吳大猷教授,請他做我的導(dǎo)師分飞。吳大猷教授叫我去研究《現(xiàn)代物理評論》中一篇討論分子光譜學(xué)和群論的關(guān)系的文章悴务。父親推薦了狄克遜的《近代代數(shù)理論》。我學(xué)到了群論的美妙和它在物理中應(yīng)用的深入譬猫,對我后來的工作有決定性的影響惨寿。這個領(lǐng)域叫做對稱原理邦泄。我對對稱原理發(fā)生興趣是起源于吳先生的引導(dǎo)。對稱原理是我一生主要的研究領(lǐng)域裂垦,占了我研究工作的三分之二顺囊。

1942年我考進(jìn)清華大學(xué)研究院的物理系,導(dǎo)師是王竹溪教授蕉拢,他的專長是統(tǒng)計力學(xué)特碳,是他把我引導(dǎo)進(jìn)了統(tǒng)計力學(xué)的研究領(lǐng)域。今天估計起來我一生的研究工作有差不多三分之一是在統(tǒng)計力學(xué)里面晕换。

我們所讀的課程里兩個是吳大猷教授教的經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)午乓。許多關(guān)于量子力學(xué)的討論都是在吳教授的演講之后進(jìn)行的。我與黃昆和張守廉經(jīng)常討論和爭辯天下一切的一切闸准,這些辯論以及我自己做教授以后的多年經(jīng)驗益愈,都告訴我:和同學(xué)討論是極好的真正學(xué)習(xí)的機(jī)會。

1946年初我成為芝加哥大學(xué)物理系的博士生夷家,去芝加哥的主要原因是我想跟恩里科·費米寫一篇實驗方面的博士論文蒸其。可是那個時候他的實驗室在阿貢库快,當(dāng)時是保密的摸袁,我不能進(jìn)入,所以費米推薦我先跟特勒做理論工作义屏。

1947年對我是不快活的一年靠汁,我在給黃昆的信中曾用幻想破滅來描述我當(dāng)時的心情。因為一方面我雖然努力闽铐,可是沒有做實驗的天分蝶怔,而理論方面呢,幾個自己找的題目都沒有成果兄墅。博士生為找題目感到沮喪是極普遍的現(xiàn)象添谊。回想起來察迟,當(dāng)年的理論題目包括下面四項:

1)1944年Onsager的關(guān)于伊辛模型的文章;

2)1931年Bethe的關(guān)于自旋波的文章耳高;

3)1941年P(guān)auli的關(guān)于場論的綜合報告扎瓶;

4)1943年以后,許多關(guān)于角分布的文章泌枪。

1948年夏概荷,芝加哥大學(xué)留我做教員。一年后碌燕,我就申請去普林斯頓的IAS误证,待了十七年继薛,1949-1966年。在這十七年間愈捅,上面四個題目都開花結(jié)果了遏考。

伊辛模型開花結(jié)果的經(jīng)過可以濃縮為:王竹溪先生使我對統(tǒng)計力學(xué)發(fā)生興趣。芝加哥時候的努力不成功蓝谨,可是做了必要的準(zhǔn)備工作灌具。最后吸收了新方法,就開花結(jié)果了譬巫。這個過程:興趣→準(zhǔn)備工作→突破口咖楣,我認(rèn)為是多半研究工作必經(jīng)的三步曲。最后的突破口是由新的外來的啟示引導(dǎo)出來的芦昔∮栈撸可是在多半的情形下,啟示是自己“頓悟”出來的:在準(zhǔn)備工作后咕缎,腦子里面下意識仍在尋找新的觀念組合珠十,最后突然找到了正確的組合,就頓悟了锨阿。

第三個題目是關(guān)于Pauli的有名的綜合報告中關(guān)于電磁學(xué)之規(guī)范不變性宵睦。這是外爾于1918-1929年間發(fā)現(xiàn)的。我對此很妙的不變性非常感興趣墅诡,想把它推廣壳嚎,但沒成功。1953-1954年末早,我在布魯克海文國家實驗室訪問時烟馅,和米爾斯談到了關(guān)于推廣規(guī)范不變性的不成功的嘗試。我們當(dāng)時決定先嘗試二次的多項式然磷,幸運(yùn)地郑趁,我們發(fā)現(xiàn)加上極簡單的二次多項式,以后的計算就越算越簡單姿搜。有了這項突破寡润,我們很快就寫下了很漂亮的規(guī)范場方程式【斯瘢可是新問題出現(xiàn)了:這些方程式似乎顯示要有帶電荷而質(zhì)量為零的粒子梭纹,這是沒有見過的粒子,也是理論上講不通的致份。雖然此問題沒有解決变抽,但整個想法太漂亮,應(yīng)該發(fā)表文章。這篇文章是我一生最重要的工作绍载,從中認(rèn)識到:物理中的難題诡宗,往往不能求一舉完全解決。關(guān)于和米爾斯合作击儡,我認(rèn)為:和別人討論往往是十分有用的研究方法塔沃。


▲ 1957年,楊振寧和李政道獲諾貝爾物理學(xué)獎

1956年夏天曙痘,李政道和我在仔細(xì)檢驗過去五類所謂證明弱相互作用中宇稱守恒的試驗后芳悲,發(fā)現(xiàn)原來它們都并沒有證明宇稱守恒:它們都不夠復(fù)雜。我們也從而指出幾類夠復(fù)雜的試驗可以檢測宇稱在弱相互作用中究竟是否守恒边坤∶福可是同行們一致的回應(yīng):宇稱絕對不會不守恒,楊李所建議的實驗都是浪費時間與資源茧痒!只有吳健雄獨具慧眼肮韧,她雖然受了Pauli的影響也不相信宇稱會不守恒,可是她認(rèn)為既然過去在β-衰變中并沒有證明宇稱是否守恒旺订,那么現(xiàn)在就應(yīng)該用實驗去測試這個基本定律弄企。

經(jīng)過六個月的努力,她于1957年初宣布:在弱相互作用中宇稱并不守恒区拳,而且是極度不守恒拘领。這項結(jié)果影響了物理學(xué)里面的多個領(lǐng)域,震驚了整個物理學(xué)界樱调。吳健雄的成功的啟示是:永遠(yuǎn)不要把所謂“不驗自明”的定律視為是必然的约素。


▲ 2019年4月29日,楊振寧先生再次與中國科學(xué)院大學(xué)的研究生分享自己的學(xué)習(xí)與研究經(jīng)歷

上面講到了好多項我個人多年來得到的啟發(fā)與感受:

1)一方面直覺非常重要笆凌,可是另一方面又要及時吸取新的觀念修正自己的直覺圣猎。

2)和同學(xué)討論是極好的真正學(xué)習(xí)的機(jī)會。

3)博士生為找題目感到沮喪是極普遍的現(xiàn)象乞而。

4)最好在領(lǐng)域開始時進(jìn)入一個新領(lǐng)域送悔。

5)興趣→準(zhǔn)備工作→突破口。

6)物理中的難題爪模,往往不能求一舉完全解決欠啤。

7)和別人討論往往是十分有用的研究方法。

8)永遠(yuǎn)不要把所謂“不驗自明”的定律視為是必然的屋灌。

9)把問題擴(kuò)大往往會引導(dǎo)出好的新發(fā)展方向洁段。

10)一個研究生最好不要進(jìn)入粥少僧多的領(lǐng)域。

其中我覺得特別值得注意的是:興趣→準(zhǔn)備工作→突破口声滥。下面我對從興趣到準(zhǔn)備工作到突破口的三步曲做兩點補(bǔ)充:

1)我父親是研究數(shù)學(xué)的,我小時候他很自然地給我講了一些“雞兔同籠”、“韓信點兵”等四則問題落塑。我學(xué)得很快纽疟,他很高興。很多年以后在美國憾赁,我有三個孩子污朽,他們小時候我也介紹給他們“雞兔同籠”、“韓信點兵”等問題龙考,他們也都學(xué)得很快蟆肆,我也很高興』蘅睿可是我與他們有一個區(qū)別:我父親介紹給我四則問題之后炎功,過了一年他再問我,我都記得很清楚缓溅;我的孩子們蛇损,我一年后再問他們,他們就把四則問題完全忘得精光坛怪。這給我們一個啟示:外來的信息如果能夠融入個人腦子里面的軟件之中淤齐,就可能會“情有獨鐘”,有繼續(xù)發(fā)展的可能袜匿,像是一粒小種子更啄,如再有好土壤、有陽光居灯、有水祭务,就可能發(fā)展成一種偏好,可以使這個人喜歡去鉆研某類問題穆壕,喜歡向哪些方向去做“準(zhǔn)備工作”待牵,如果再幸運(yùn)的話,也就可能發(fā)展出一個突破口喇勋,而最后開花結(jié)果缨该。

2)詩人、畫家范曾于2004年作了一張大畫送給南開大學(xué)陳省身數(shù)學(xué)研究所川背。畫上他題了一首詩贰拿,其最后七個字是錘煉出來的美麗詩句:真情妙悟鑄文章。范曾從來沒有和陳先生熄云、也沒有和我膨更,談起科學(xué)創(chuàng)作的過程。他的詩句似乎表明藝術(shù)家的創(chuàng)作過程也和科學(xué)家一樣遵循同樣的三步曲吧缴允。

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