传奇-34

在中学物理课上做实验是免不了的，实验室的老师总怕学生一不小心搞出点啥事来。不过总的来说物理实验还是要比化学实验稍微安全一些，化学实验要么怕化学药品对人造成伤害，要么怕学生打碎烧杯试管之类的。到了大学以后大家都是成年人了，实验安全方面倒是不必太担心了。但是有这么一个人，到了实验室以后弄不好就噼啪作响，而且还笨手笨脚。他在实验中总要出现一些不大不小的事故。他在实验室待了20个月，快两年的时间算起来也不短了，但他就是不擅长做实验。到最后他是彻底没信心了，他感觉自己还是不适合做实验。这人是谁？他就是我们都很熟悉的杨振宁。

杨振宁

杨振宁上大学的时候正是战火纷飞的年代，他上的大学是著名的西南联大。在抗战时期，西南联大根本没有条件来搞复杂实验。所以他就去了美国，在芝加哥大学跟着费米搞实验物理。当时芝加哥大学汇集了一批物理学的精英，同在芝加哥大学的还有杨振宁的同胞李政道，他们都是费米的学生。但是当时费米参加美国核计划，这个项目是美国国家的绝密军事项目，所以外国人是不能参加的，他也就没法再带着杨振宁做实验了。正好费米的同事艾里逊教授正在研究40万电子伏特加速器，费米就推荐杨振宁去了艾里逊的门下。艾里逊当时带了6个研究生，结果就在艾里逊的实验室就传出一个笑话，杨振宁出现在哪里，哪里就有爆炸。杨振宁在实验方面搞的很不顺利，他自己也着急，因为他要写论文，到时候论文拿不出来怎么办。这时候有一个之前一直冷眼旁观的人站出来了，此人就是氢弹之父爱德华·泰勒。泰勒一直在关注杨振宁，有一天他就问杨振宁实验是不是搞不定啊。杨振宁一脸诚恳的说是啊，这事搞不定啊。泰勒就说了：“我认为你没必要一定要写一篇实验论文，你之前已经写了一篇理论论文了，我建议你把它充实一下作为博士论文就行了，我可以做你的导师啊。”要不怎么说泰勒是慧眼识才，杨振宁是真的不适合搞实验，但是他在理论物理学方面那可是有天赋的。就在1949年杨振宁进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作，在那他开始和李政道合作。当时的院长奥本海默说，他最喜欢看到的景象就是杨振宁和李政道两个人一起走在普林斯顿的草地上。杨振宁刚到普林斯顿的时候，他在四处找房子住，正好他看到个空房子，原来是数学家外尔搬走了，外尔退休了所以就把房子空出来了，杨振宁正好就接着租。但是杨振宁当时一定没想到，他不仅仅在租房子上接了外尔的班，在学术上也接了外尔的班。1953年杨振宁去了布鲁克海文国家实验室，这个实验室那可是名声在啊。实验室隶属于美国能源部，这个实验室先后诞生了5个诺贝尔奖，可见它有多厉害。杨振宁在布鲁克海文实验室的办公室里还有另外一个人，这个人叫米尔斯。当时是大肆造加速器的时代，布鲁克海文国家实验室就在搞一个规模非常大的加速器。布鲁克海文国家实验室有当时世界上最大的加速器，能量高达3G电子伏特，它能产生π介子和各种各样的“奇异粒子”，有这么个利器在手，实验物理学家们心里可是开心坏了。结果他们从20世纪50年代开始到20世纪60年代这段时间里不断拿加速器撞，各种基本粒子撞出来能有200多个，这些粒子要么是研究宇宙射线发现的，要么就是大型对撞机里面撞出来的。实验物理学家心里乐翻天了，可是理论物理学家彻底蒙了，哪出来这么多基本粒子啊。看过前文的同学可能知道，量子力学的研究起点就是研究电子轨道的问题，电子轨道主要描述的是电磁相互作用，这种研究的粒子种类也是极其有限的，比如电子光子之类的。后来发现原子核了，再发现原子核里面还有质子和中子，但是质子和中子并不是基本粒子，因为它们内部其实还有结构。用大型强子对撞机一撞，啥粒子都出来了。由狄拉克开创，费曼、施温格、朝永振一郎等人向前推进的量子电动力学在解决电磁相互作用的时候大放异彩，可是把它拿来处理其他的相互作用就不好用了，比如说强相互作用和弱相互作用都套不进去。于是出现了一大堆的问题摆在了理论物理学家的面前。

布鲁克海文国家实验室重粒子对撞机

不管事有多少，看上去千头万绪，总还是要一件件去处理。这时候杨振宁就理出头绪来了，他认为应该有一个统一的理论能解决现在碰到的这些问题。杨振宁就把注意力集中到外尔的工作上了。外尔本来是数学家，数学功底特别好，但是他后来把注意力转向物理学，在物理学领域内的贡献也不小。他研究的东西叫做规范场，就是从对称性出发经过一系列推导，在数学上自然而然推导出麦克斯韦电磁方程。这个推导过程很漂亮，不仅让外尔着迷，也让杨振宁着迷了。在芝加哥大学的时候杨振宁就花精力想把这个思想推广到强相互作用的领域，也就是推广到原子核范围里。后来他到布鲁克海文国家实验室，眼睁睁的看着对撞机撞出来一堆的新粒子，可是这么多粒子没有一个合适的理论去解释它们的存在，他就跟米尔斯一合计，发誓要啃下这块硬骨头。他和米尔斯意识到这东西的计算不能像电磁场那样，把外尔算电磁场的方法搬过来那不行，一定要用不同的算法。脑子一旦开了窍那就好说，开始算起来挺麻烦，后面的计算就变得比较顺利了。后来杨振宁在回忆中说：“我们知道我们挖到宝贝了！”通过两人的合作，最后他们在《物理评论》杂志上接连发表了两篇论文，提出了杨-米尔斯规范场理论。在寄出文章之前，在1954年的2月，杨振宁就应邀到普林斯顿研究院作报告，台下坐的那都是熟人。杨振宁往那一站，刚往黑板上写了几笔，就听身后有人大声的问，你这个场的质量究竟是多少？杨振宁回头一看，我的妈，怎么是这个人，当时就吓得一身冷汗。发问的这个人胖胖的，看上去生活很不健康，这人正是号称上帝之鞭的泡利。杨振宁当时半身都麻了，只好硬着头皮回答现在还不知道。他转回身去想继续在黑板上写完，泡利不依不饶还在追问，你这个场的质量到底是多少？杨振宁答不上来，只好支支吾吾地说这个事情很复杂，泡利听后便说出一句他常说的话：“这是个很不充分的借口。”这话一说出来其实就是在贬低杨振宁，搞的杨振宁下不来台，场面一度十分尴尬。领导奥本海默也在旁边坐着呢，这时候起来打圆场。泡利你先别问了，你先让他把东西讲一遍吧，泡利这才作罢。

其实杨振宁当时想到的规范场，泡利早就想到了。其实1953年泡利也做过类似尝试最后无果而终，他没有写出相关的动力学场方程。但是泡利提出的质量问题，才是关键。规范场理论中的传播子都是没有质量的，否则就不能保持规范不变。这个规范不变是规范场的关键。电磁规范场的作用传播子是光子，光子没有质量。但是强相互作用不同于电磁力，电磁力是远程力，强弱相互作用都是短程力，短程力的传播粒子一定有质量，但是杨振宁的规范场理论算不出质量，要有质量的话规范性就完蛋了，这便是泡利当时所提出的问题。果然是因为这个质量的难题，让规范场理论默默等待了好多年，一直就在那压箱底了，因为有个关键性的问题没解决。最后解决这个问题的人，他的名字大家其实也不陌生，关心科学新闻的想必也很耳熟啊，他叫希格斯，这是后话先不说。

希格斯

到普林斯顿的第二天，杨振宁跟泡利交完火了，他在自己的信箱里面看到一封信，一看是泡利写的。信还里面提醒杨振宁，薛定谔的一篇文章你看过没有？结果杨振宁回去把这篇文章找出来一看，那是一篇有关狄拉克电子在引力场时空中的相关讨论，不过直到多年后，杨振宁才明白了其中所述的引力场与杨-米尔斯场在几何上的深刻联系，说白了外尔当年推导的时候也是从那过来的，从而促进他在70年代研究规范场论与纤维丛理论的对应，最后杨振宁将数学和物理的结合推进到一个新的水平，可见泡利这个上帝之鞭的名号并非浪得虚名的，很多理论他以前都做过，只是最后没能拿出来发表形成论文而已。当年的杨-米尔斯理论，虽然没有真正解决强相互作用的问题，但却构造了一个非阿贝尔规范场的模型，为所有已知粒子及其相互作用提供了一个框架，到后来的弱电统一、强作用、标准模型，都是建立在杨-米尔斯规范场的基础上。所以，可以毫不夸张地说，杨-米尔斯规范理论，对现代理论物理起了“奠基”的作用。这是杨振宁第一次和上帝之鞭泡利交手啊，杨振宁闹的很尴尬，但是杨振宁和泡利的第二次交手，那可是杨振宁大获全胜啊，这就是他和李政道合作搞的弱相互作用宇称不守恒。

这个词大伙都很熟，但是基本都不明白这个宇称不守恒到底是啥意思？我们都有左右手啊，左手和右手是互为镜像的，啥意思呢？就是说，从镜子里看右手，那就跟左手是一样的。说白了，就是在一个维度上反了一下。除了这种左右对称的镜像以外，还有另一种东西，那就是左旋右旋。我们现在的螺丝钉大多数是右旋的。顺时针是拧紧，逆时针是拧松。这叫“右旋”。一般物理学上表述旋转的时候，都是称呼手性的。宇称就是描述波函数空间反演变换性质的一个內凛的值。要么是偶性的就是1，要么是奇性的就是-1。如果系统总宇称在反应过程前后保持不变，则谓宇称守恒，反之则为宇称不守恒。在1956年之前，所有的物理学家们都坚定地认为宇称是守恒的，亦即一切物理过程都应该遵循“宇称守恒定律”。但是最开始让人怀疑到宇称守恒的是所谓“θ-τ之谜”。物理学家们发现，当高能质子和原子核碰撞时产生的K介子有两种完全不同的衰变方式：K介子有时衰变成两个ρ介子，有时衰变成三个ρ介子。但是ρ介子的内禀宇称值为-1，所以，在衰变成两个ρ介子的情况，总宇称是(-1)*2=+1，而衰变成三个ρ介子的情况，总宇称是(-1)*3=-1。物理学家们分析如果宇称是守恒的，那么衰变之前的K介子应该是两种宇称相反的粒子：偶宇称的被称为θ，奇宇称的被称为τ。这两种粒子的其它性质，包括自旋、质量、电荷等等，几乎完全一样，因此，人们总怀疑它们就是同一种粒子。但是K介子的衰变属于弱相互作用，如果把θ和τ当成是同一种粒子，就必然要否定宇称守恒，起码要弱相互作用中的宇称不是守恒的就可以解释它俩应该是同一种粒子。李政道和杨振宁首先深入研究了这个问题，他们查阅了很多有关文献及实验资料，发现在强相互作用及电磁作用中，许多实验结果以很高的精度证明了宇称的确是守恒，但对弱相互作用却缺乏强劲的实验证据，好像谁也没说过宇称是守恒的，但谁也没说宇称是不守恒的，这事就黑不提白不提大家都没关注过，大家想当然的认为弱相互作用下的宇称一定是守恒的。到1956年6月，李政道与杨振宁在美国《物理评论》上共同发表了《弱相互作用中的宇称守恒质疑》的论文，认为基本粒子弱相互作用内存在“不守恒”，而且宣称θ和τ是两种完全相同的粒子。

李政道和杨振宁认识到，要大家承认弱作用的宇称不守恒，那么必须设计实验来证明。他们设计了几种相关的实验方法，那谁能帮他们做实验呢？他们自然地想到了他们的华人同胞，实验女王吴健雄。吴健雄与李政道同是哥伦比亚大学物理系的教授，而且她研究的恰好就是β衰变实验的专家。她对做这个关键性的实验非常感兴趣，而且那时正值1956年圣诞假日的前夕，吴健雄本来要和老公袁家骝一起去日内瓦参加一个学术会议，再去远东演讲旅行，并回中国家乡探亲。但她实在不愿放弃这个验证如此重要物理定律的机会，最后决定让丈夫单独去旅行，自己留下进行实验。

实验女王吴健雄

到1957年1月15日，《物理评论》杂志就收到了吴健雄等人实验证明宇称不守恒的论文。实验需要在极低温的条件下进行，低到0.01K，几乎是绝对零度，最后的实验结果显示明显不对称，因而证实了弱相互作用中的宇称不守恒。泡利对宇称守恒深信不疑，他在 1957年1月17给奥地利裔美国物理学家韦斯科夫的信中表示： “我不相信上帝是一个弱左撇子， 我准备押很高的赌注”。泡利说要押很高的赌注，但是他从头到尾也没说到底赌多少钱，而且跟谁打赌也都没说。同时还有一个人也在打赌，费曼也坚信宇称守恒而与人打赌，他倒是真的押了50美金。另外一位著名的物理学家把话就说大了，研究晶体的布洛赫曾经说，如果宇称不守恒，他就把自己的帽子吃掉！泡利最后也没掏钱，因为没人跟他打赌。费曼显然是输了50美元，也不是啥大钱。布洛赫干脆说自己没帽子，所以没帽子可吃，最后赖账赖掉了。不过这个消息最后还是石破天惊，因为过去大家都没想到这事是真的，大家还都在调侃这事呢。炸药奖委员会这回倒是嗅觉灵敏，立马就把1957年的诺贝尔奖颁发给了李政道和杨振宁。可惜，颁奖的时候两个人就闹出矛盾来了，从此之后两人交恶断了往来，这也是一大憾事。正应了那句话，有人的地方就有江湖。科学家也是人，谁都经不起拿显微镜去观察。

1958年，泡利病倒了，后来确诊发现是极为凶险的胰腺癌，这胰腺癌发病非常快。他进入苏黎世的红十字会医院。有一次他的助手去看望他，他就问他的助手：“你看到这间房的号码了吗？”他的病房的号码是137，恰好精细结构常数就是1/137。泡利还在叨念着精细结构常数，这东西没有量纲为啥恰好就是137呢？泡利在临死前还念念不忘物理学。1958年12月15日泡利在这间病房中逝世，终年只有58岁。谁也没想到，继费米和爱因斯坦之后去世的重量级物理学家，竟会是泡利，他的岁数并不大，只能感叹上帝收回了他的鞭子。这个世界上少了一个及其罕见的天才。这个天才去世了，在欧洲的东边，苏联科学界也正为一个天才窝火呢。这是怎么回事呢？且看下回分解。