美与物理（下），本文主要内容关键词为：物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
杨振宁：那么我再大概讲一下电磁学发展的经验。电磁学是十八世纪库仑他们几个人做的实验，这是（1）；到了十九世纪安培、 法拉第，他们发展了唯象理论，所以有今天大家所知道的，安培定律、法拉第定律，可是这些定律为什么是这样子，他们并没有能够讲出来，所以这是唯象理论（2）；然后到了麦克斯韦在1865年写的几篇文章， 他写出来就是今天有名的叫做麦克斯韦方程式，这个方程式完全解释了，而且是简要的把那个唯象的理论都包括在里头了。那么大家当然知道，麦克斯韦的方程式写出来以后，他就知道电磁波跟光是一回事情。等到后来赫兹，发现了可以有电磁波，实验可以有电磁波了以后，这就导出后来的无线电电视。今天一切这些通讯都是由这个方程式来的，所以这是从理论架构来的（3），可是这个理论架构是建筑在（1）跟（2）上面的。
海森伯的最重要的方程式就是我刚才讲的one man paper 里的最重要的方程式，后来被写成是测不准原理的一个方程式，念起来是pq－qp＝－ih。这个是历史性的一个文章，是理论架构里头支柱之一。刚才我给大家念过的狄拉克的方程式，〔pα＋mcβ〕ψ＝Eψ，这是另外一个今天的理论架构里头的支柱之一。这两个方程式都是极端的重要，可是达到这两个方程式的路径是非常不同的，海森伯的灵感，这两个方程式都是在第三个领域里头，理论架构里头，海森伯是从“（2 ）”里头走到“（3）”里头，而狄拉克他的灵感是从“（4）”，就是从数学走到这里头。他们两个人所注意的方向不一样，这是他们的风格这样不同的基本的道理。在这点上，有一个非常有意思的事情，海森伯在年轻的时候，他不喜欢数学，我刚才已经跟大家讲过了，他的一个最重要的文章写的时候，他没有学过矩阵，是后来那个two men paper跟three men paper才把他所做的事情跟矩阵连在一起。可是到了海森伯晚年，他改过来了，通过了几十年的经验，他了解到数学是非常重要的，他在74岁的时候，写的一篇文章上讲，“1921、1922到1927年间，我们经常讨论，可是总是遇到各种矛盾与困难，我们就是无法用理性的方法来解决这些困难，有人赞成波动理论，有人赞成粒子理论，所以后来有了一个数学结构的时候，这个数学结构就是量子力学，实际上我们的心态已达到了十分沮丧的地步，这个数学结构对我们来说是一个奇迹，我们看到了数学能做出我们做不出的东西，那当然是一个非常奇异的经历”。请大家注意这句话，“数学能做出我们做不出的东西”，这句话就表示了他当时的心态，他们左冲右突做了很多年，包括他们的老师，前后做了二十几年，可是做不出来东西，觉得实际实验的结果跟以前的想法有对的地方、有不对的地方，当时他们觉得他们已经没有办法了，忽然引进了矩阵这个观点以后，数学做出来了他们做不出来的东西，这就是他晚年回想他在24岁工作时候的一个感受。
既然讲到数学跟物理有这么密切的关系，当然可以问，数学跟物理整个的关系是什么呢？或者可以问，是许多同学，物理系的同学常常要问的，是说“我作为物理系的学生，我应该学多少数学？”这是一个很复杂的问题，不能有一个很简单的解释。我曾经想过，我把数学跟物理的关系，比喻做两个树叶子，一个树叶子向这个方向，一个树叶子向这个方向，一个是物理，一个是数学，这两个叶子大多数的地方都是不重叠的，可是在根的地方有一小块地方是重叠的，这一小块地方不是很大，只是占每一个领域的也许5％、10％这样子。在这个重叠的地方，非常奇怪的，是这两个领域，享有共同的观点，所以它们在根源上面的关系是非常密切的。可是，我底下要讲的，虽然物理与数学有如此密切的关系，可是二者共同的地方并不多，它们有各自的目的跟截然不同的价值观，以及不同的传统，在最基本观念的层面，他们令人惊讶的共享某些观念，但是即使在这个领域里头，这两个学科的生命力仍然按着各自的脉络成长，一个向这个方向走，一个向这个方向走。把这个落实到对于研究生的建议是什么呢？就是假如你是念物理的研究生。那么你必须要对于这个根源的地方有一些了解，可是，更重要的，除了你对于这个了解以外，你要了解到前途是向什么方向发展，换句话说，你要了解物理的价值观，假如你不了解物理的价值观，那么你很可能是走到另外一个方向去了，当然走到另外一个方向，你在数学上做很大的贡献也很好，不过这也许与你当初想要做一个好的物理学家的初衷略微不一样就是了。
关于数学跟物理之间的区别，爱因斯坦在他的晚年也有过很有意思的一个分析。因为他的一生的工作对于物理跟数学后来都有极大的影响，那么，他在晚年的时候问了他自己这样一个问题，说为什么他做了一个物理学家，而不是做一个数学家，他说“在数学领域里头，我的直觉不够，不能辨认哪些是真正重要的研究，哪些只是不重要的题目，在物理领域里头，我很快学到怎样找到基本的问题来下工夫”。这几句话对极了，因为在他26岁的时候，在一个很不重要的瑞士伯尔尼的一个专利局里头做一个小职员的时候，他写了三篇震惊世界的文章，这三篇每一篇都引导出来物理学里头的一个革命。这就是代表他有一个直觉的观念，知道物理里头哪一个是最重要的问题，哪个是琐碎的、没有什么大意义的问题，而他的这个能力，能够辨别到什么是重要的问题，什么是不重要的问题，在历史上我想只有牛顿能够跟他比。
让我现在回到主题，“美与物理学”，物理学我刚才讲了有三个领域，大的领域，（1）、（2）、（3），这三个领域， 每一个领域有不同的美。先讲在实验，比如说是我们讲虹跟霓，我想在座每一位，小时候看见了虹跟霓都会说这是非常之美，等到你年纪稍微大了一点的话，你如果会做实验的话，那么你可以量那个虹是多少度，霓是多少度，你如果去量了以后，你就发现虹是42度，就是它这个角是42度，而霓是50度，而且你继续观测以后，你就知道红在外、紫在内，霓是反过来的，是红在内、紫在外，这些都是你观测了以后了解到的，这个非常美妙的现象是实验的美。可是你进步到了唯象理论以后，你就懂为什么会有虹和霓呢？是因为太阳光在水珠子里头可以有一个全反射，一次全反射就出来虹，两次全反射就出来霓，而且你经过全反射这个计算可以算出来，一个是42度、一个是50度，这个是唯象理论的美。我想任何一个学生，第一次算出来这个42度和50度的时候，不可能没有一个非常深的感受，觉得这真是妙不可言。可是这个还不够，为什么要有全反射、为什么要有折射？这些要到理论架构里头，到了麦克斯韦方程出现以后，你就可以了解到，为什么缘故要有全反射，而且可以知道为什么在水里头要有折射，把它的根源找出来，所以这个是更高层的美。
今天我们如果看物理学的理论架构，里面有也许八九个、九十个方程式，其中刚才我给大家已经介绍了狄拉克的方程式，我也给大家大概介绍了海森伯方程式、麦克斯韦的方程式、牛顿的方程式、爱因斯坦的方程式，这许多方程式里边所描述的是宇宙的秘密，这些许多方程式，大可以讨论到星云现象，小可以讨论到基本粒子里头的内部结构，时间长，可以讨论到十亿年，短，可以到十的负二十七次方秒，这么多包罗万象的东西，它的解释都建筑在这几个支柱上边，而且它们都是非常浓缩的语言，所以我想了解了这些以后，你会同意我讲的这几个基本结构是造物者的诗篇。说它是诗不只是因为它们是非常之浓缩的语言、浓缩的符号，还因为它们的内涵，往往随着物理学的发展而产生新的、当初所完全没有想到的意义。比如说爱因斯坦在1916年写出来他的“广义相对论”的时候，他并没有能够完全了解到那个里边的含义，而这个含义最近这三四十年，通过宇宙学的发展，比如说是黑洞，这个里头有非常深邃。现在还没有能完全了解的一些新的内涵，那么这个当然跟诗一样。你们大家都晓得你在10岁的时候所念的诗，到20岁时候再看，原来10岁时候没有完全懂，你到30岁时候再看，你就了解到你20岁的时候也还没有完全懂这个诗。诗有这个现象，而刚才我所讲的这几个基本结构也有这个现象。所以我想如果要描述一个学物理的人或者是一个做物理工作的人，在了解到一个基本结构的时候是什么感受？最好用诗人的话来描述。
200年以前威廉·布莱克曾经说“To see a World in a Grain Of Sand，And a Heaven in a Wild Flower，Hold Infinite in the palm of your hand And Eternity in an hour”，台湾有一个散文家把它翻译成一粒沙里有一个世界、一朵花里有一个天堂，把无穷无尽握于手掌，永恒宁非是刹那时光。
在牛顿过去的时候， 一个大诗人蒲柏写了这样两句“Nature andnature's law lay hid in night：God said，let Newton be! And all was light。”，我把这个翻译成“自然与自然规律为黑暗隐蔽，上帝说让牛顿来，一切遂真光明”。这些用诗人的语言来描述物理学的美，当然是描写得很好，可是我觉得不够，一个对于物理学的基本结构了解，知道它们能够对于那么多的复杂现象给一个那么准确的解释的时候，还有一些美的感受，这个感受是诗人所没有写出来的，是什么感受呢？是一个庄严感，是一个神圣感，是一个第一次看见宇宙秘密的时候的畏惧感。那么我想这个所缺少的感受，正是哥德式建筑的建筑师，他们在设计哥德式这个建筑的时候，他们所要歌颂的是崇高美、灵魂美、宗教美、是最终极的美。
观众：刚才听杨先生介绍，我了解到有些科研，尤其是重要的科研活动，需要很长时间的积累，比如说您刚才举了一个海森伯例子，可能是二十年。我现在在清华大学，存在一些以SCI收录论文情况作为评价标准，甚至是惟一标准的现象，我认为导致了一些，就是说非常急功近利的现象，尤其是以当年论文数量为评价标准，然后给导师发奖或者说是评职称。我想您对这个现象有什么看法？谢谢。
杨振宁：我想这个跟许多问题有类似的性质，对于老师的评比，看他的论文数量，这个是一个很自然的现象。这个现象操之过急，当然会发生毛病出来，可是，说这个想法是完全不对的，我想也是站不住脚的。所以我想做这种事情，也要一方面做，一方面了解到它的局限性，事实上我在美国教了很多年书，看过很多的研究生、很多的同事，有种种不同的研究方法，有种种不同的研究态度，确实是有一些人，是文章写的很少，却可以写出非常重要的文章来。所以，我想回答你这个问题，是一个很复杂的问题，要看当时的环境，以及你所讲的是哪几个学生或者学者。
主持人：好，谢谢您。
观众：今天非常高兴能够与杨教授面对面的交流，看到您非常的健康，我们非常高兴。我有一个问题想问您，您在发现宇称不守恒的过程当中，是怎么得到这个想法的？然后，您对现在量子计算机的发展有什么更好的想法？谢谢。
杨振宁：我曾经讲过好多次，我非常幸运，我这一生可以说是一帆风顺，从学问方面讲起来，我也是非常幸运的。我到美国去念书的时候，是1945年底，1946年开始，那个时候物理学里头出现了一个新的分支，这一支在50年代、60年代、70年代可以说是最热门的物理学，而我跟与我同一辈的研究生，跟这个领域，可以说是共同成长，能够共同成长这是最幸运的，因为可以说是遍地黄金。那个时候，比如说我去参加一个会议，我是初出茅庐的，写下了一些笔记，回来看第一页，上面讲某某人讲了一个什么现象，我去想想，想了三天想不出什么结果来，就翻一页，看第二页、第三页、第四页，这个代表什么呢？就是当时这个领域里头，不断有新的发展，你如果能够在这个时候走到这个领域里头，这是最幸福的。
那么，今天，你刚才问，说是量子力学前途的发展是什么。量子力学发展到今天，有一些方程式，可是这些方程式的解释，并没有完全达到最后的定论，这个解释几十年来，最重要的解释叫做哥本哈根，就是玻尔跟海森伯他们的解释，这个解释从1925年、1927年到今天呢，是与所有的实验都符合。可是，这个解释有一些令人不能满意的地方，而最最有名的不满意这个解释的，就是爱因斯坦，爱因斯坦终其一生，对于哥本哈根对量子力学的解释是不满意的。而他的这个不满意是有道理的，所以很多人，包括我在内，觉得跟爱因斯坦有一个同感，就是觉得不错，到现在为止，量子力学是跟所有的实验都符合，可是这不是最后的故事，这个故事还没有完。
那么这个故事什么时候可以再继续下去呢，什么时候可以再有下一阶段非常重要的发展呢？那么，我想以后，十年之内不大会有，可是，最近这十年、二十年来，发展了一个新的在微观物理学跟宏观物理学之间的一个物理学，叫做介观物理，是不是翻做介观物理学。这个介观所研究的是在宏观物理学，那就是像日常大小的东西，或者更大的东西，跟微观物理学就是原子物理之间的，所以比如说是10的负6 次方埃或者是10的负7次方埃这种物理学，这个学问现在正在澎湃的发展。 这个澎湃的发展，倒不是因为那么多的人要想去研究量子力学的解释，是因为这个领域与工业有密切的关系。
大家知道，计算机的原件可以越做越小、越做越密，要想做到更密，就要走到这个领域里去。现在全世界都在向这个方向投资，所以这个领域前途大大有发展，这个发展的结果之一，就是可以对于哥本哈根的解释多做一些了解。不是不可能，二十或者三十年以后，因为工业发展的推动，所发展出来的介观物理学可以使得量子力学的解释发生新的革命性的发展，这是可能的。
观众：杨教授您好，我想问一个问题。刚才您谈到了，比如说您在想到“美与物理学”这个问题的时候，您是和几个文史方面的朋友谈了这个话题，然后您想到“美与物理学”的问题，就是说，作为文史类的知识，对您来说，在您物理领域所取得的成就来说，您认为它对您有哪些推动作用？您能不能举一个例子来说明，比如说您和某些文史类的朋友，谈过了一些什么话题，促使您想到的“美与物理学”这么一个问题。谢谢。
杨振宁：假如我刚才讲的话，给大家觉得杨振宁所注意的事情只是物理学，那就是错误了。我想每一个人，人生是很丰富的，有很多方向，所以我也很愿意跟我的文史界的朋友交谈或者是辩论，那么这个对于我自己生活上增加了很多的趣味，增加了很多的我的思路。这个是不是影响到我自己的物理学的研究工作呢？我曾经想过这个问题，我想恐怕没有。在1956年、1957年，我跟李政道在研究宇称不守恒这个问题，后来变成非常有名了，有新闻记者问我，他说杨教授，你们搞的宇称不守恒，基本上是讲左右对称不对称这件事情，这个与你们中国文化传统有没有关系？我想了想，我跟他说，我觉得没有关系。他说，那你是在怎样情形下就想出来宇称不守恒呢？我说太具体的，我没法跟你讨论，不过我知道，我平常什么时候最容易有好的物理学的见解，是什么时候呢，是在早上刷牙的的时候，所以后来有一个牙刷公司打电话给我，他问我要不要给他们做广告。我说不要不要，谢谢。
观众：杨先生，我有一个关于您今天演讲题目的问题，就是“美与物理学”这方面的问题，我在读一些关于对称性方面的书的时候，我发现这个世界上有很多非常对称的，就是感觉有很多对称性，使得这个世界非常的完美，而您和一些其他的一些物理工作者作出一些成绩告诉我们，实际上这个对称性是有一定的破缺的，而我想问问您，您是怎么理解这种破缺的对称的这种美的？
杨振宁：我刚才演讲里头，没有提到对称，对称确实是越来越重要的一个基本的观念，这个重要性，是在20世纪，可以说是与日俱增，在20世纪开始的时候，虽然对称在物理中也有人讨论，也有一些用处，比如大家，我不知道晓得不晓得居里夫人的丈夫皮埃尔·居里就写过很长的很有意思的文章，讨论对称。从今天看起来，那个时候的重要性，不是最最重要的方向。
到了今天的话呢，对称已经是变成了物理的主流思想，我明天早上要演讲，演讲的题目是“二十世纪理论物理学的主旋律”。这三个主旋律，一个是量子化，这个我刚才再三提过，一个是对称，一个叫做相位因子。这三个我认为是在二十世纪的物理学，用一个宏观来看的话，是三个好像扭起来的观念，而这个影响是非常之大。在二十一世纪，这三个我想很长的时期是主流的思想。
至于说为什么是对称，而且是对称中很复杂的一些现象，为什么这个是支配了物理学的基本结构，这个我想，就又回到刚才宗教的问题了，这个我想是不解之谜，而且我不相信在这方面，在五十年、一百年之内，会有更多的了解。不过我刚才讲的三个主旋律，我相信一定在三五十年之内，还是最重要的。
主持人：好，谢谢您！
观众：我有两个问题。第一个问题是，您刚才提到了现在的介观物理学就像当年的粒子物理学一样，拥有广阔的发展前景，我想问一下，就是在其他的领域，有没有也像介观物理学或者像当年的粒子物理学那样发展前景很广阔的，比如说非线性科学，或者说高能天体物理等等，这些学科的发展前景是怎样的。然后第二个问题，我从其他的渠道了解到，对于引力场量子化，您可能不赞成在这个问题上投入太大的精力，您能否结合物理学发展的前景，来谈一下对这个问题具体的看法。
杨振宁：关于第一个问题，物理学的前沿现在非常之广，为什么发生这种现象，原因是因为在第二次世界大战里头，因为物理学的重要性跟战争的发展有决定性的影响，最主要的两个，一个是雷达的发现跟发明，跟第二个原子弹的发明。所以第二次世界大战以后，全世界的国家都极力支持物理学的发展。物理学是因为这个支持，以及因为他在工业界所产生的巨大的影响，所以今天在这里面工作的人数目，比五十年以前是多得多了。
在这情形之下，里头有很多发展，很多的领域，比如说是激光，激光是五十年代才发现的，今天激光能够用的方向是数不清楚的，而且前途的应用也是现在没有办法想象的，但是对于医药的影响，这个是一个大的方向。在座哪位对于光学发生兴趣、对于激光发生兴趣、对于光纤发生兴趣，我想这是非常好的领域。天文物理，现在在发生非常不可思议的，而还不完全了解的现象，这个我想是一个极为重要的科目。至于跟工业有关系的物理的发展，那更是数不清楚的，所以我觉得我的建议，对于年轻的人，是尽可能的在没有选专业以前，多把你的触角伸得远一点，使得你对于整个这个领域，有什么发展的方向，多注意一些，然后本着你自己的能力，跟你过去的经历，选择一个最能够可能发展的方向。至于你刚才问的第二个问题，我想太专门了一点，我不必讨论了吧。
主持人：好，在节目马上就要结束的时候，想让您用一句话回答我，您说的“美和物理”的关系是什么样子的？只能说一句话。
杨振宁：我想只用一个很长的话来回答。
主持人：我们洗耳恭听。
杨振宁：自然界现象的结构，非常之美、非常之妙，而物理学这些年的研究，使得我们对于这个美有一个认识，这个是我今天主要要跟大家谈的。
主持人：好，谢谢您。