諾獎官網專訪晚年李政道:物理學並未過時,仍將有新的巨人出現_風聞
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2007年12月9日,在李政道與楊振寧獲得1957年諾貝爾物理學獎50週年之際,李政道接受了瑞典斯德哥爾摩的諾貝爾獎網站(Nobelprize.org)主編史密斯(A. Smith)的採訪。談話內容廣泛而深入,涉及李先生早年求學、師從費米的經歷,他是如何學物理和做研究的,以及對物理學未來發展的看法。他提到,如今的物理學步伐更慢,但仍然激動人心,這對年輕人是一個很大的挑戰,但真正的巨人將從年輕一代中出現。
深切緬懷李政道(1926.11.24-2024.8.4)先生!
採訪 | A. Smith
受訪 | 李政道
史密斯 (以下簡稱“史”) :您好,李政道教授,歡迎來到斯德哥爾摩。您與楊振寧一起獲得了1957年的諾貝爾物理學獎,2007年您回到這裏慶祝該獎項頒發50週年。您認為公眾當年和現在對諾貝爾獎的認識有改變嗎?
李政道 (以下簡稱“李”) :讓我來評論公眾的觀點,也許並不是非常合適。但如果説公眾的看法改變了很多,我肯定不會感到意外。雖然諾貝爾獎在1957年已完全為公眾所知,但畢竟那時它只有56年的歷史。到今天,諾貝爾獎的設立已經一個多世紀了,我認為諾貝爾獎,至少在物理學方面,見證了整個物理學從20世紀到21世紀初的發展,這是一個令人激動的時代和驚人的紀錄。
史:您得獎時,是否為您舉辦了慶祝派對,就像現在所做的那樣?
李:是的。我認為諾貝爾獎從一開始就受到大家的重視,因為那是一個重大事件。
史:1957年該獎項的獎金和現在相比少很多[1]?對於獲獎的轟動性來説,並沒有太大的改變。人們在當時做的事情和現在幾乎沒有太大差別,對嗎?
李:是的。我認為人們一貫是十分重視的。
史:您推翻了物理學的基本定律之一從而獲獎。我的理解,您指出了在基本粒子的弱相互作用中宇稱不守恆,認為基本粒子具有一種手性,它們要麼是左手性,要麼是右手性。人們能夠通過探索來改變他們對於基本物理規律的理解。現在是否仍然如此,還是那個時代已經過去了?
李:我希望依然如此。對於自然界的每一項理解,總是使我們面臨更深一步的謎團。
史:我記得1973年諾貝爾物理學獎獲得者賈埃弗(Ivar Giaever)[2]在一篇演講中提到費恩曼(Richard P. Feynman)[3],他説費恩曼非常享受作為物理學家的樂趣。費恩曼説,現在正是發現自然界基本規律的大好時機,而這個時機是千載難逢的。費恩曼的話多少意味着,他是在最適當的時候成為了一名理論物理學家。
李:我時常想,很多人,特別是對於那些成功的人來説,常常覺得是恰逢其時。但是如果認為時不再來,我並不同意。
史:對。您在發現弱作用中宇稱不守恆後很快獲獎,這在任何時候毫無疑問都是一件不同尋常的事,特別在現在看來這樣的事情就更不尋常了。
李:很難説。我們首先要問為什麼發生這樣的事情,不是問為什麼你在一年內獲獎,而是問,為什麼一個很深奧的概念,在一年內,每個人都認識到它是真的。這是我們必須要去問的,而不是去問得獎本身。
在探索物理的過程中,有很多比宇稱更重要的發現。所有偉大的發現都有一種模式,源於人類探索自然界的熱情。比如相對論,一個卓越的概念,後來被確認是正確的。但當初概念形成時,要證實它,需要一段時間,因為所有的實驗證據和理論想法通常是相互關聯的。比如,以邁克耳孫-莫雷對於光速與地球的自轉無關的實驗測量為例,你可以順着地球自轉方向和逆着地球自轉方向測量光速。如果這一測量可以一下子就做出很明確的結果的話,每個人都會認識到其中有着某種特殊的意義。但是,實際上那個實驗測量前後經歷了數十年,實驗結果是正是負的差異極小,實驗的艱難影響着理論概念的形成。所以一個理論概念,即使是愛因斯坦的狹義相對論,也需要時間來驗證。正因為實驗要時間,理論家提出概念也要時間,那麼獲獎的時間就要更晚。但是關於宇稱概念的情況大不相同,在宇稱不守恆提出後,吳健雄和安布勒(Ambler)等開始做實驗,幾個月後有了結果,儘管是初步結果,但是一旦大家認識到宇稱不守恆理論是正確的,就有人去做實驗。而在幾天內就看出了左和右,在一個月內近百項不同的實驗也都有了結果。其實只是因為有一種心理障礙,因而沒有人去做實驗研究它而已。
史:您在理論工作中給出了需要測量的參數,之後就沒有什麼技術障礙嗎?
李:吳健雄的實驗並不是很容易做的,但是它肯定能驗證我的概念。吳的實驗需要一個低温環境,她花了幾個月的時間,雖然算是短的了。那是一個百分之百的效果,因此我毫不懷疑其準確性。接下來的幾天之內,十多個實驗做出來了,在一個月內,有近百項實驗都做出來了。因此,該理論的準確性能夠在短時期內毫無異議地被核實,也使諾貝爾基金會較容易做出決定,這也許可以解釋我很快獲獎的原因。
史:以愛因斯坦的相對論為例,必須等待日食的出現,才能做一次驗證性的測試。
李:的確。由於理論思想和實驗精確度通常相互關聯,一方有所進展,另一方有時需要花費十年時間去驗證其正確性。即使在最好的情況下也要不少時間。
史:讓我們集中討論一下您提到的一點,需要改變人們已有的概念,人們已經接受了宇稱守恆,他們不能跳出這個概念,是嗎?
李:這種説法只是部分正確。因為宇稱是一個相當古老的概念,當量子力學開始發展的時候,人們從對稱性認識到宇稱,之後有檢驗其存在的許多實驗,還寫了書。但是,認真分析這些實驗,發現它們並不是驗證。雖然宇稱的概念被人們使用並且檢驗過,擬合過數據,但是實際上數據並沒有支持左右對稱或者左右不對稱。一個非常好的例子是考克斯(Cox)[4]等在1930年代做的實驗,他的第一個實驗用電子去嘗試驗證理論公式,結果並不符合理論。當時每個人都説實驗是錯的,因為違反了宇稱守恆。然後他改變了實驗。事情是這樣的,他的第一次實驗用的是來自β衰變的電子,其束流較弱。第二次他改用熱發射電子槍,結果就與理論符合,皆大歡喜。這是一個例子:人們是怎樣相信宇稱守恆的。
史:在1930年代,人們在β衰變中尋找過這個問題,在那個實驗中已見到宇稱不守恆。
李:那個實驗的電子源較弱,人們試着去加強,用更強的電子源去重複實驗,然後核對。但是強的電子源不是β衰變,而是熱電子發射,因此兩次實驗互相不符合。沒有人質疑第二次實驗,人們一致認為它是正確的。人們在許多場合運用宇稱的概念,他們發現實驗與這個概念一致,因此便認為已經進行了驗證。我是説有上百次實驗,而不僅僅是一個。
史:所以,您和楊教授一起把所有的實驗證據都檢驗了一遍,看是否支持宇稱守恆?
李:在物理學上作了全面的檢查,我們得出結論,到那時為止,沒有什麼證據可以證明宇稱守恆,因而必須用特定的實驗去檢驗它。現在做這種實驗的技術已經成熟,因此一旦理論有所發現,在短時間內,幾天的時間內實驗就做出了突破性的結果。在幾個月的時間內就毫無疑問地證明了宇稱不守恆這個真理。
史:下一個問題。是什麼原因使得少數人在他30多歲,20多歲出來挑戰這種公認的理論呢?
李:我認為起因之一,是在宇宙射線中發現的稱之為奇異粒子的特性,我們稱之為謎。説來話長,簡單地説,有這麼一個謎,有兩種粒子,很明顯它們是不同的,因為它們有不同的宇稱。但是在實驗誤差範圍內,所測出的它們的壽命、質量都相同。為什麼它們是這樣一個雙重態呢?
史:這項發現是您和別人所觀察到的嗎?
李:不是我,是實驗學家觀察到的。我只是看到了他們的工作。這個激烈爭論之謎,在我們發現宇稱不守恆之前兩三年就有了。可能我是以不同的方式來學習物理的,因此我用不同的方法,帶着盤根問底的好奇心去挑戰已證實的問題,也許我自己的背景導致了我的這種思維方式。然後在1956年,有一個關於奇異粒子的實驗,這個實驗是由施泰因貝格爾(Jack Steinberger)和施瓦茨(Melvin Schwartz)等完成的。他們後來和我在哥倫比亞大學的實驗室合作另一項實驗而獲得了諾貝爾獎[5]。1956年,他們的實驗結果顯示了宇稱不守恆。但是,由於所得的事例不夠多,因而不夠明確。然而一旦有了這個實驗結果,我認識到可以推廣到其他方面,特別是用在β衰變方面。第二個測試,吳健雄的實驗,採用流強較大的β衰變源代替宇宙射線或加速器產生的電子。這一實驗證實了宇稱不守恆。這要用不同尋常的思維去思考,跳出先驗的左右對稱的概念。
史:您的背景讓您總是向已被證明的“真理”提問。那麼是否所有的理論物理學家都要不斷地尋找真理,質疑以前的知識基礎呢?
李:這個不好回答。不過,我自己開始進入科學的大門是與別人不同的,也許就是因為這個原因。我受的教育因戰爭而中斷。所以,我並沒有真正從頭開始受過正規的培訓,而是在中途學到了更多。
史:您出生在中國,什麼讓您對物理產生了興趣呢?
李:我出生在一個知識分子家庭。1941年,也就是日本偷襲珍珠港那一年,我離開了家。當時我並不知道什麼是物理。從那時起到我來到美國之前這段時間,我的教育在中學四年級中斷了,一般應該在中學六年後才上大學。在戰爭時期,我只上了兩年大學。在那段時期,我沒有系統地學習,因此傾向於用我自已的方式更深入地思考。
史:關於您學習方面的一些事情,您是從身邊的環境中學習的,您渴望學習,但在那種困難的時期,世事多變,而您的願望一直是學習。我想如果我親身經歷的話,那時候生存也是很困難的吧。
李:是這樣的。學習和學習物理,後者是前者的子集,它們並不等同。我的家是知識分子家庭,但不是學物理專業的。以前我不知道任何關於物理的知識。我接觸物理是偶然看到物理學書籍,書中講自然規律。傳統的中國式教育非常不同,書本中講的不是自然規律而是大量的行為準則。我相信,自然規律是客觀存在的,如牛頓定律。使我發生疑問的是為什麼,這激發了我自己的判斷思路。我想,這或許是我與其他幸運而接受了系統教育的人不同的地方。
史:您學習物理沒有受過正規的教導,您怎樣自學有關的數學呢?
李:數學比較容易,因為是從條件推出結論,相對來説容易些。物理更難,我清楚地記得我當時的反應。我偶然看到了一本書,《達夫物理學》[6],然後看到一本中文物理學教科書[7],我知道了牛頓的三大定律,感到很有趣,它們是自然的法則。第一定律、第三定律,都很合理。牛頓第二定律f=ma,我認為是牛頓最偉大的貢獻。我學習時的反應依舊生動地保存在我腦海中。方程式左邊是f,並不知道它是什麼。右邊是加速度,這是要把它求出來的。我思考並查閲書籍,我瞭解到在兩種情況下,牛頓認識到力是空間的函數。這個函數是與彈性有關的,f與距離R有線性關係。另一種情況是重力。所以,一旦左側是一個已知的空間函數,就可以解這個方程式,求出右邊加速度的值。我感到這很有趣。但是,這不是我在書中看到的,而是我自己的入門過程。
史:當您有這些想法時您多大?
李:16歲。在中國比較幸運,在戰爭期間,即使你沒有接受過正式的教育,同樣有機會讀大學,以同等學力報考。只要你能證明自己的能力,就可以進大學,當然要困難得多。我讀了兩年大學,然後我得到獎學金去芝加哥大學留學,在費米的指導下做研究生。
史:這樣,通過您自己讀物理學,您開始質疑正在閲讀的有關定律。您花了短暫的時間在中國的大學裏學習物理?
李:是的,然後我就去了美國。
李:我很幸運,在戰爭年代,我得到深造。由於戰爭,我竟然在兩所不同的大學就讀。在第一所沒完成學業,由於戰火而逃難;第二所是在昆明。但在這兩個地方,教授都非常好。我是一個二年級學生,只要參加考試,就可以念任何我想念的課。當時我試圖在整個學院內跨越年級選修課程。這就是為什麼我能得到在美國讀研究生的獎學金的原因。
史:您説在整個學院內跨越年級選修課程,您指的是物理還是全部科目?
李:物理和數學,我並沒有學習其他方面的課程。大學裏的教授都非常好,他們給了我很大的自由。
史:所以,您以優異成績畢業,贏得了獎學金,使您能進入美國芝加哥大學?
李:是的。我並沒有畢業,但是得到了獎學金。正是這個獎學金讓我在戰後,也就是1946年到美國學習。因為我當時沒有本科學位,被研究生院錄取是非常困難的。費米那時在芝加哥大學物理系,系裏作了很大的努力,最終我成了費米的博士研究生。
史:多麼不平常的過程!1938年諾貝爾物理學獎獲得者費米教授接收一個來自中國的沒有學位的學生到他的實驗室工作,那是怎樣發生的?
李:讓我現在去問費米教授已經來不及了。
史:但我要弄清楚一點,他是如何瞭解您的呢?
李:事實上我從來沒有請求過他,但是之後我從芝加哥大學瞭解到,物理系和系裏的幾位教授,包括費米,都希望破例錄取我。你看,我只讀了兩年大學,但是在那裏我學到了非常深刻的學習物理學的方法,這對我來説是一個難得的經歷。
史:但是,他們是怎樣發現您的?由於這獎學金而使您到芝加哥大學,他們是怎樣選中您的?
李:是我自己申請進芝加哥大學的,在很短時間內,我被錄取了。當然,我並不太瞭解具體的錄取手續。芝加哥大學是很有名的大學,二戰後名聲更加顯赫。我在1946年進入芝加哥大學時,物理系只有一位諾貝爾物理學獎得主,就是費米。1946年到1956年,當時在物理系的學生和教師中,如果我數的話,除了費米外,在當時和後來一共出了11位諾貝爾物理學獎得主。那是一個非常好的時期。
我隨便提幾位諾貝爾物理學獎獲得者,張伯倫(Owen Chamberlain)[8],施泰因貝格爾(Steinberger),瑪麗亞·邁耶(Maria Mayer)[9]。
史:費米作為一個導師是怎樣的,人們喜歡跟他一起工作嗎?
李:他只有非常少的幾個學生,我是他理論方面的學生。每週我們都花一個下午的時間交流,就我們倆個。
史:您是他的理論學生,那麼在當時他只有一位理論學生嗎?
李:是的,當我是他的學生時,他只有一位理論學生和幾位實驗方面的學生。他每星期要花一個下午來跟我討論,這是非常耗費時間的。那時正值二戰之後,他正處於事業的頂峯。後來,我體會到這樣做是非常好的。
史:您感到很好嗎?準備每次下午的討論你覺得有壓力嗎?
李:之後我認識到這是一個非常好的方式,讓我知道不少事情。他叫我“李”,因為我的名字“政道”對他來説發音太難了。“要不你準備一下,下週給我來次講座?”他每週都有準備,我很高興能給費米作報告,這是師生互相理解的一個非常好的方法。他提出問題,我作回答。一切都需要作證明,給出是什麼原因。後來,我意識到這是費米的巨大的努力,通過一對一的指導,傳授知識,建立學生和青年人的信心。這就是為什麼費米有許多優秀學生的原因。
史:他選擇的學生都是高標準挑選的。
李:的確。他沒有時間帶更多的學生。他本人非常忙,除了建造迴旋加速器、做實驗外,在二戰後,他在發現π介子方面做出了重要的貢獻,他開創了人工利用原子能的先河。我一直銘記費米是一位偉大的老師,也是一位偉大的物理學家。我從他那裏受益匪淺。
史:他於1954年去世,在您獲得博士學位後有一段時間您不太熟悉他的工作。在那段時間,您一直保持跟他聯繫,還是您就自己做研究呢?
李:是的。當我經過芝加哥的時候,我會去拜訪他。他總是非常友好,並且還邀請我去其他地方。我的感覺非常好。回頭看,就像當你年輕的時候有父母的照顧一樣,但是到你長大後才能深刻體會。
史:很遺憾他沒能再等三年,看到他的天才學生因證明宇稱規律而獲獎。
李:對於他來説,我想影響他健康的部分原因是由於他被輻射傷害過。
史:他去世時太年輕。您從他那學到的教授學生的方法一直在您自己進行的教學生涯中運用嗎?
李:我也用。是的,我也總是花整個下午的時間和我的博士研究生交流。當然具體也會因人而異。
史:我想真正能運用這種高效方式的人是很少的。
李:那是因為費米是一個好老師,而我不是。
史:您希望能教給學生什麼呢?
李:嘗試着把對物理的喜愛傳授給年輕一代,當然還要上課教書,上課教書是面向一批人的。
史:您仍然與學生有一些互動嗎?
李:現在我還在大學裏,由於我的年齡大了,直接的上課教書我不再做了,但我還是和我的同事們一起做研究工作。
史:您有沒有想過,您學習物理時是帶着追根究底的好奇心去學習的,我猜想,大部分聰慧的年輕物理學家都是按照常規途徑學習物理的,因為他們已接受和遵守已有事實,不總是帶着追根究底的好奇心。當您遇到他們時,您能教他們更加好問嗎?
李:我不知道。我想這個問題不能明確回答,因為每個人都不同,你可以看到,大部分的問題是你如何去提問,這與個人的性格和過去的經歷有關,因此這件事説不清楚。對於整個物理學和科學來説,你需要有一顆追根究底的好奇心。是的,每個人都應提問題,很困難的是,提出關於未來的物理的問題。我一直認為從事物理學是很幸運的,我們能夠不斷地前進。
史:您能否談一下,在您的職業生涯中會碰到各種問題,那麼在不斷髮現新東西的過程中,您是如何選擇哪個問題是要去研究的?
李:這個問題很難回答。通常是指按什麼準則,首先必須找那些吸引你的東西,讓你覺得這就是未來的發展。然後要問:假如答案是這樣,會有什麼樣的結果,假如答案是那樣,結果會是怎樣。如果問題是基本性質的,不管得到什麼樣的結果,它都有巨大的影響。那麼,你應該努力看能否找到答案。這也許是衡量哪一類問題是你應努力去解決的準則。
史:有一件事您沒有提到,就是您是如何解決問題的?
李:考慮一段時間後,立刻進入這個問題,從幾個方面着手去解決。一個方面是靠自己思考,另一方面也許是通過新的實驗給予的啓示。然後將兩者結合,如果能從實驗的參數得到更多信息,那麼這個問題就可能被解決。在這樣做了以後,如果問題還不能解決,應該問不同的問題,再嘗試着去解決,就這樣繼續前進。
史:您有一份問題的清單嗎?我的意思是在您職業生涯中,除了成功解決的外,您涉及的問題中還有沒解決的嗎?
李:沒有解決的問題的數目是解決的十倍之多。但是應該堅持不斷地提問題。重要的是,當一個問題導致了一個領域的發展,而開始蓬勃發展時,你就應該問不同的問題,因為留下的是些更細節的東西。要繼續前進,就要堅持不斷地嘗試新的問題。
史:目前,我看到您的一項工作是用新方法解薛定諤方程。這方面我不太瞭解,但我很感興趣為什麼您要用新方法去解像薛定諤方程這種已經被解決的問題?
李:主要是因為我有新方法去解它,假如有新方法去解的話,你也會想去嘗試的。事實上,目前我在兩個方面做工作。我有了一個解薛定諤方程的新方法,對於某些種類問題,我的求解方法可以從高一點的能量向嚴格解趨近,也可以從低一點的能量向嚴格解趨近,這樣可以同時得到解的上限和下限。得到下限的技術過去還沒有在求解上用過。我很偶然地跟我的同事一起想到了這樣的方法。然後我們試着去發展這個方法。幾年前我用這種方法解薛定諤方程,並逐步發展。現在我開始做另一類問題,進入理解粒子結構的新時期。
史:您總是尋找非常複雜的問題,好像您總嘗試着去尋找那些問題,正如您所説的,可以開闢一條還沒有被很多人開發過的新路,它好像就在您面前,您就挑戰這條新路。聽起來好像這些問題需要有一個人單獨花大量的時間去解決?
李:也許是,也許不是。舉一個具體的例子,這正是我現在所做的工作。什麼時候可以得到答案,我不知道。今天的物理學很像一百年前的物理學那樣,不過問題更深入了,挑戰也更大了。這與1950年代的物理學不同。20世紀初的物理學和20世紀中期我開始物理學生涯時的物理學是有所不同的。而今天的物理學與20世紀初的物理學很相像。
史:哪方面很像呢?
李:這需要花一點時間來説明。首先看1950年代中期的物理學,正是第二次世界大戰後,物理學磅礴發展,費米正好是領頭人。從宇宙射線和新建的加速器得到的新信息推動着剛剛開闢的領域,我認為,那時幾個月的工夫,就會有新物理產生,宇稱的問題就是在那時冒出來。如果看看過去五十年諾貝爾物理學獎的記錄,那個時期是非常令人興奮的。現在再看看20世紀初諾貝爾物理學獎,你覺得當時的物理怎麼樣?當然非常棒。但是時間的節拍不一樣,那不是幾個月而是幾年才會有所發現。是更加深奧的問題,1905年狹義相對論、1912年玻爾原子模型,盧瑟福的α、β、γ射線,所有這些重大的發現都是在20世紀初。然後再看看20世紀中期,那個時候研究的步伐越來越快了。但是假如你問研究的深度,也許20世紀初要更深入些,現在我們正處於這樣一個時期。
史:真是很令人興奮。我們如何再次進入輝煌時期?發生了什麼呢?
李:現在這個時代將發現什麼?在宇宙中,除了我們不清楚的暗物質、暗能量外,已知的物質只佔大爆炸所產生的宇宙的5%。它們是由什麼成分構成的?遠遠超出了質子、中子的範疇。我們要問已知物質的基本成分是什麼,現在我們知道是由六個夸克和六個輕子構成。50年前發現宇稱不守恆時,我們只知道兩個基本粒子。50年前和20世紀初大不一樣,現在是探尋新物理的新世紀的開端,就像20世紀初探索α、β、γ那樣。
史:看來現在我們正在為開始探索下一輪深層次的疑難問題提出方向。
李:是的。現在我們知道,所有已知的物質是由六個夸克和六個輕子構成。在50年前,並沒人知道六個夸克,甚至有人對此提出過質疑。至於六個輕子,那時我們只知道電子和μ子,那時提出的中微子也不是我們現在所知道的真正的中微子。我們現在正處在和20世紀初類似的一個時代。
史:我感覺在20世紀初,人們有更多的時間坐下來思考,然後慢條斯理地工作。而現在生活的節奏太快了,每個人都關心着籌措經費、在下一代對撞機上做實驗,大學的院系怎樣才能發揮他們的功能呢?人們已經沒有沉思的空間了,可能理論物理不是這樣的?
李:噢。大多數人也許是這樣的。但是,如果想培育下一世紀的諾貝爾獎獲得者,那不是正確的道路。
史:這不是諾貝爾的本意,給人們錢,並不是為了鼓勵人們追求獎。
李:我要説的是,現在是一個非常令人激動的時代。物理學正處在一個極其富有挑戰性的時代,就像20世紀初那樣。20世紀的前25年,相對論、量子力學相繼被提出。20世紀中期,當我開始做研究的時候也是很興奮的,但是時代不同,因而我們以更快的步伐做研究來發展相對論和量子力學。今天我們面臨着與20世紀初期同樣巨大的挑戰,並且相信我們做出的結果將與相對論和量子力學具有同樣深刻的意義。
史:那些剛進入物理研究的人是否知道這些信息呢?那些年輕人認識到他們將面臨的挑戰嗎?
李:我不知道。但是我想很多人可能還沒有意識到,因為他們以為物理學已經過時了,我認為這是完全錯誤的。在我們的宇宙中,除了暗物質和暗能量外,我們已知的物質的基本成分是12種,但50年前我們僅僅知道2種。現在是一個非常激動人心的時代,我們期待新的愛因斯坦、新的玻爾、新的費米的出現。
史:這非常富有挑戰性,非常驚人。
李:我感覺對於年輕的一代,這是非常劇烈的挑戰。對於你來説,《諾貝爾獎新聞》將報道下一個愛因斯坦、玻爾,或者費米,真正的巨人將會出現。
史:您事業中的另一大方面,是管理運行由您的努力而建立的一些大型研究機構,比如擔任RIKEN-BNL研究中心[10]的所長。除了喜歡挑戰重大問題之外,這也是您所喜歡做的事情嗎?
李:在某種意義上,這樣我能看着它發展。也許你要問為什麼要這樣做?人們要問這個問題。
你知道,為了尋找答案,需要集體的努力。一個人能做他所擅長做的任何事情,但是對於物理的探索,需要一種集體的模式。我幾年前有一個想法,現在我堅信它是跟暗能量和宇宙學常數相關的。換句話説,在所有我們已經發現的場中,其中有一個慣性場,什麼場能夠改變慣性呢?我相信那個場就是大家稱之為希格斯場的場。我們已經發現了W、Z和所有在電弱相互作用中的新粒子,以及光子。我們沒有發現引力子,但是我們相信它是存在的,它還沒有被發現只是技術上的問題。已發現的場的粒子都有自旋,有角動量。希格斯場的角動量是零,它還沒有被發現,我想這是由於我們用了找共振的方法去尋找希格斯粒子,不是所有的粒子都能被共振的方法所發現。任何有複雜結構的粒子都不能被共振的方法發現。一個很好的例子是超導的庫珀機制,即庫珀對。庫珀因而獲得了諾貝爾獎[11],但是也不能用共振的方法去發現庫珀對。庫珀對擁有很多耦合道,因而它很寬,所以它不能被像針一樣地撿出來。這就是一個集合模式,需要用不同的方法去尋找集合模式。
希格斯場有類似慣性的變換,因此,如果取一個較大體積,希格斯場就有一個平均值,而且定義它跟慣性的值成比例。因此如果此值改變,這一體積內的每一個粒子的慣性也隨之改變。這種集合模式我們從沒有在實驗中研究過,這需要用重離子碰撞去實現。因此大約在30年前,我和我的同事威克 (Gian-Carlo Wick) 嘗試提出一個理論模型,我們意識到需要用相對論重離子碰撞去改變背景。也許這個想法是正確的,這也是為什麼建造相對論重離子對撞機[12]的原因。我們為此在實驗上做了極大的努力。我並沒有做這個實驗,但我願意鼓勵人們參加,這也是我為什麼盡力幫助實驗學家去建立新的裝置。在新的領域中,現在至少已有了一些初步的成果。
史:您是運用您的組織能力去推動它的建造,使它運行起來,是嗎?
李:更準確地説,我更想鼓勵別人去做。我指出了這個物理方向,盡全力支持。我要指出很重要的一點,沒有集體合作我們就不能前進。物理學不能只靠一個人的思索去探索,需要一個集體合作的模式去發展,就像自然界中的集體模式那樣,也是集體的成果。我們需要集體的努力,因此我一直潛心花一部分時間去幫助青年人,同時也幫助實驗學家組織起來去探索自然。
史:是啊,相對論重離子對撞機是大家合作的成果。
李:是的,他們一起合作。僅在兩年前,物質的集體運動模式被美國物理學會認為是一大發現。這個集體運動模式的性質仍然不太清楚。可能是夸克-膠子等離子體,我十分相信最終能證明它和暗能量是同一種東西。也許對,也許不對,但值得我們努力探索。宇宙學常數自從大爆炸以後就已經改變。為什麼現在75%的能量都是暗能量?這就是我們的宇宙,我們必須去了解它。暗能量可能是簡單的,跟希格斯場是同一種東西。我相信這可能是一個答案,但必須查證它。而且不能夠僅僅根據純粹理論的思考去查證,需要實驗,需要把大家組織起來共同工作。我認為這非常令人興奮。
史:另一件事情是您花費了大量的時間來促進美國和中國之間的關係,而且您設立的獎學金項目培養了一大批中國科學家。您可以説點這方面的事情嗎?
李:我只談其中的一部分,特別是CUSPEA項目[13],從1979年開始到1988年止。那時因為中國經歷了“文革”後剛剛起步,中國的大學畢業生沒有辦法去美國、加拿大或者其他地方深造,這不單單是錢的原因。因此我在十年時間內為物理方面的學生的深造做些貢獻,其他學科的朋友把這個事情擴展到其他方面[14]。在那段時間,每年大約有90位學生入選當研究生,並且免去所有費用。我盡我個人的力量,做得非常成功。這些人,這些研究組,其中的一些在美國,有一些在中國,共同為今後的發展努力。我常想,假如當時沒有我在中國的導師和費米教授的幫助,不會有今天的我。
史:聽起來像您以您的工作方式去做這些事。的確,如果沒有CUSPEA項目,很多人才將會喪失。我認為中國物理學者顯然正在強大起來。由於需要的發展,正如您提到的,不斷要求新的聯合的實驗設備,這意味着物理學發展更需要全球性合作了嗎?
李:是的,我是這樣希望的,我認為這樣做非常好。
史:不單單是物理學,很多學科的研究花費越來越多。一些小國家越來越難於維持做研究的經費。在物理學方面,在基本的物理學方面,情況也許不是這樣。
李:是啊,我們也有同樣的問題,因為公眾對物理的支持減少了,部分原因是我們沒有很好地強調研究自然的基本的重要性。假如和大多數物理學家談及此事的話,他們可能不會同意我的觀點。換句話説,物理學不是數學,任何我們在宇宙中不瞭解的事情都是一個挑戰。對於物理學的自然現象,我們必須找到答案。不能只是生活在大爆炸後的宇宙中,而不去努力地理解它。
史:人們是否把大量的注意點集中在與人類日常生活密切相關的應用知識上,而不在對自然的探索上?
李:我們來看看萬維網(WWW)。它來自哪裏?它是1993-1994年從歐洲核子中心發展出來的。由於歐洲核子中心加速器的複雜性,他們發展了一種系統,即萬維網,作為一個傳遞數據的系統,這就是它怎樣發展起來的。歐洲核子中心決定把萬維網無償地推廣給整個世界。在一年之內,就發展到每個人都能免費使用了,但是現在沒有人知道它來自高能物理。如果歐洲核子中心要向每次使用收一分錢的話,歐洲核子中心將會有充裕的經費。這些都需要讓公眾瞭解。
史:科學實驗所開創的應用將會以料想不到的方式發展嗎?
李:到現在為止,所有的新技術,包括激光和其他新技術都來自於物理學。在我看來,物理學未來的發展很重要。生物學很重要,但其源頭是物理學。
史:這幾年中,有許多事例,比如一位諾貝爾醫學獎得主,在諾貝爾獎演講中他着重強調,他在做與幹細胞相關的研究,引起了大家對拯救生命的技術的廣泛關注。但是他的本意不是真正努力去解救生命,而是去了解自然。他也在做着與您剛才談論的有點相似的事情。
李:這就是為什麼諾貝爾獎和諾貝爾基金保持的記錄,是人類和自然關係的記錄,成就和未來期望的記錄。
史:最後一個問題,您在準備接受採訪時提到,您並不經常使用計算機,那可能使人有一點點吃驚:理論物理學家不使用計算機。那麼,您如何工作?在辦公室中,您做什麼呢?
李:實際上我的研究小組就建造了超級計算機。做量子色動力學的計算,需要超級計算機。我領導,同時也努力在布魯克黑文成立RBRC研究所,作為第三位投資者共同建造超級計算機。RBRC、布魯克黑文國家實驗室和哥倫比亞小組共同努力進行這一工作,他們成為我的左右手。我幫助他們組織,但是我並不用那個計算機,因為我自己的思考是不同的,目標也不同。計算機非常重要,可以用它證明理論思想是基本正確的,人們需要這些計算。對理論概念追根究底,不是依靠複雜的電腦程序,而是用基本的規律,這是人類直接面對自然,兩者是不同的。
史:謝謝您!我認為這個結尾非常好。
李:謝謝,我想也許我説得太久了。
史:一點也不。跟您談話非常高興。您的講話非常振奮人心,也十分感謝您參加關於宇稱的諾貝爾獎頒發50週年紀念,並且接受我們的採訪。
注:本文原載《科學》2011年第06期,由中國科學院高能物理研究所張敏、遲少鵬根據錄像翻譯成文,葉銘漢校對。原標題為《李政道訪談錄》,現標題為編者所加。英文訪談及文字稿地址:
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/lee/interview/
譯者注
[1] 1957年諾貝爾獎金額約為20萬瑞典克朗,現為1000萬瑞典克朗。
[2] 賈埃弗 (I. Giaever),因實驗發現半導體和超導體的隧道效應而獲1973年諾貝爾物理學獎。
[3] 費恩曼 (R.Feynman),由於在量子電動力學基礎方面的貢獻,從而對於基本粒子物理產生了重要影響,在1965年與朝永振一郎(Sin-ltiro Tomanaga)和施温格 (J. Schwinger) 共獲諾貝爾物理學獎。
[4] 考克斯 (R.T. Cox) 的文章參見:R.T. Cox et al, Proc. Natn. Acad. Sci. U. S. A., 14(1928), 544
[5] 施泰因貝格爾 (J. Steinberger)、施瓦茨 (M. Schwarz) 和菜德曼 (L. Lederman) 因實驗發現μ子中微子而獲1988年諾貝爾物理學獎。
[6] 《達夫物理學》(Duff Physics) 是1930-1940年代在美國流行的大學普通物理教科書,在中國有影印本。
[7] 李政道曾經講過,那本書是1933年出版的薩本棟編著的《普通物理學》,是我國首次用中文正式出版的大學物理教材。此書在1930-1940年代被各大學選用,我國當代科學技術專家中不少人在年輕時都學習過此教科書,至今談起來猶感受益匪淺。
[8] 張伯倫 (O. Chamberlain) 因發現反質子而獲1959年諾貝爾物理學獎。
[9] 瑪麗亞·邁耶 (Maria Goeppert-Mayer) 因發現原子核殼層模型而獲1963年諾貝爾物理學獎。
[10] 理研-布魯克黑文研究中心 (RIKEN-BNL Research Center,RBRC) 是日本理化學研究所 (RIKEN) 和美國布魯克黑文國家實驗室 (Brookhaven National Laboratory,BNL)於1997年聯合成立的研究單位,李政道對研究中心的成立起了很重要的作用,並任第一屆所長,現任所長為薩米奧斯 (N. Samios)。
[11] 庫珀 (L. Cooper)、巴丁 (J. Bardeen) 和施裏弗(R. Schrieffer)在1972年因超導BCS理論獲得諾貝爾物理學獎。
[12] 相對論重離子對撞機 (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) 1999年在布魯克黑文國家實驗室建成。可加速金原子核,讓兩束金原子核對撞,金原子核的每個核子的能量達100吉電子伏。
[13] CUSPEA的全稱為China United States Physics Examination and Application Program (中美聯合招考物理研究生項目) 。是李政道提出設立的。從1979年開始試行,到1988年截止,共送出915名學生通過CUSPEA項目進入美國一流大學攻讀博士學位。所有費用都由美國大學提供。李政道為此項目,親自參加全部具體工作。
[14] 例如,由吳瑞教授擴展到生物學方面,名叫CUSBEA。
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