60多年前的那场科学挑战
  • 来源:科普时报
  • 作者:王渝生
  • 2021-10-12 10:16

2007年12月10日,杨振宁在中国科技馆参加“大师讲科普”活动。    

    一年一度的诺贝尔奖如约而至,这让我想起了2007年12月10日,杨振宁在获得诺贝尔物理学奖50周年纪念日来到中国科技馆参加“大师讲科普”的情景。

    在那个特殊日子,诺贝尔奖委员会特别邀请李政道、杨振宁到瑞典首都斯德哥尔摩出席获奖50年后的颁奖典礼。李政道应邀前往。杨振宁则来到中国科技馆,参加了由中央电视台《大家》栏目和中国科技馆联合主办的大型公益活动“大师讲科普”,同公众一起分享他们质疑和推翻宇称守恒定律的过程和启示。

    杨振宁是在1957年35岁时同31岁的李政道一起获得诺贝尔物理学奖的。50年后,85的杨振宁健步登上中国科技馆学术报台,作了精彩的演讲。

    杨振宁首先回顾了在50年前的1957年1月,吴健雄宣布她的实验证实了在β衰变中宇称不守恒。差不多一个月以后,2月2日,在美国物理学会的大会上,杨振宁宣读了那篇与李政道合作的论文,给国际物理学界带来了一场威力不亚于原子弹爆炸的冲击。杨振宁很生动地说,事后,对于那天大会的情形有这样一个报道:最大的演讲厅挤满了人,有人几乎从厅中央悬灯的铁缆上爬下来。

    为什么这篇论文的影响如此巨大?杨振宁从当时他所从事的粒子物理研究说起,讲到了构成世界的最小微粒究竟是什么?在很长一段时间里,人们一直以为答案应该是原子。到了20世纪初,科学家们在原子中发现了质子、中子和电子,很多人以为这些粒子已经不可拆分了。然而基本粒子的发现颠覆了这一观念。随着科学仪器的不断更新,兴奋的物理学家们就像剥洋葱一样,一层一层地将更小的微粒剥离出来。

    杨振宁详细讲述了当时在粒子物理学研究中,普遍认为每一个粒子都有一个特性,叫做宇称;而有一个基本定律,叫做宇称守恒。粒子物理学研究前沿要想有所突破,除非推翻宇称守恒定律。然而在当时的世界物理学界,“宇称不守恒”是绝对不可思议的事情。因为人们相信宇称守恒有3个主要的原因:宇称守恒的意思就是说物理世界是左右对称的,物理世界的左右对称通过牛顿的定律跟麦克斯韦尔的定律是完全符合的;左右对称有很大的直觉和审美的感召力,大家都愿意多有一点对称;1920年到1930年以后,量子力学研究证实宇称非常准确地在原子物理中守恒。

    杨振宁接着扩展开来说,20世纪物理学一个非常重大的革命性的发展,就是在前30年间量子力学的发展。量子力学不仅是对于物理学,对于今天我们的生活也有极大影响。比如你们手里拿的手提电话,之所以有手提电话,是因为里面有一个芯片;之所以有芯片,是因为有半导体;之所以有半导体,就是因为有量子力学的革命。而在量子力学里,宇称是非常准确地守恒,宇称在理论跟实验研究上已经成为一个很重要的工具。这个工具在原子与分子物理、核衰变的物理及在核反应的实验里也非常有用处,所以大家认为宇称绝对是守恒的。1956年,杨振宁和李政道聚到了一起,开始联手向宇称守恒观念发起挑战。

    杨振宁说,物理世界有4种力量,叫做强力、电磁力、弱力、引力。强力就是把原子核合在一起的力量,所以原子弹可以有很大的能量爆炸出来;电磁力就是电跟磁的力,我们平常所看见的很多现象,其实都是电磁力各种不同的表现;弱力是20世纪才发现,比强力和电磁力都要弱得很多的力,其中大家最熟悉的就是放射性,现在到医院检查身体,常常给你吃一些放射性的药物,帮助医生检查你身体里有什么问题;还有就是万有引力。这4种力,在上世纪四五十年代,已经很清楚了。

    杨振宁和李政道大胆地猜测,或许宇称守恒对绝大多数的力量而言是正确的,但在弱力作用下未必如此。于是他们对弱力,尤其是β衰变进行了非常深入的研究,这使他们有了一个十分惊人的发现,原来以前所有的β衰变实验都跟宇称守恒没有关系。于是他们接着就提出来几个实验,来测试β衰变跟其他的弱相互作用中宇称是否守恒。当时他们就写了一篇文章,题目是《宇称在弱相互作用里是不是守恒?》。结果在几个月以后,在10月1日文章登出来的时候,这个题目改成了《在弱相互作用之下宇称守恒的问题 》,为什么变成这样呢?因为当时叫戈特斯密特的编辑是一个有名的物理学家,他说一个题目里不可以有问号,就把它改成这样。

    “但我自己一直是觉得,还是原来有问号的那个题目比这个更传神一些。”杨振宁用这个问号的话题结束了他独到的演讲,赢得了在场听众热烈的掌声。

    听众们踊跃向他提出问题,他一一做了精炼的回答。对于大学生提出的问题,他总是采取循循善诱的态度。

    今天,回顾十多年前杨振宁的“大师讲科普”,使我进一步深刻认识到习近平总书记在2016年5月30日全国“科技三会”上讲的话:“要尊重科学研究灵感瞬间性、方式随意性、路径不确定性的特点,允许科学家自由畅想、大胆假设、认真求证。”

    (作者系国家教育咨询委员会委员,中国科技馆原馆长、研究员)


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