百歲楊振寧，百年物理學(xué)史

楊振寧，20世紀(jì)偉大的物理學(xué)家。1922年10月1日出生在安徽省合肥市，如今已是100周歲高齡。科學(xué)史上能夠稱得上偉大的物理家只有牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋、狄拉克等少數(shù)，楊振寧就是能夠進入這偉大科學(xué)家俱樂部的一員。他的偉大能夠從最近100年來物理學(xué)的發(fā)展中窺得一隅。

上個世紀(jì)前三十年是現(xiàn)代物理學(xué)的快速發(fā)展時期，愛因斯坦幾乎靠一己之力給出了狹義相對論和廣義相對論，還有一群青年才俊建立起量子力學(xué)。那個時期是物理學(xué)家的挖金礦時代，涌現(xiàn)出玻爾、狄拉克、海森堡、薛定諤、泡利等一大批杰出的科學(xué)家。1908年出生的天才科學(xué)家朗道經(jīng)常感嘆自己生不逢時，不然自己會有更偉大的發(fā)現(xiàn)。

量子力學(xué)的建立并不意味著物理學(xué)的金礦被采盡，物理學(xué)還有很多事情需要去做。當(dāng)廣義相對論成功地將引力幾何化后，愛因斯坦馬上投入到對電磁相互作用力的幾何化工作中，他要做的就是將萬有引力和電磁相互作用力統(tǒng)一起來。由于當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)弱相互作用及強相互作用，愛因斯坦沒有完成這項太過超前的偉大任務(wù)。

上世紀(jì)四十年代末，粒子物理學(xué)開啟了一段時期的蓬勃發(fā)展，李政道和楊振寧有幸在這個時期學(xué)習(xí)、成長。那個時期不斷有新粒子被發(fā)現(xiàn)，也不斷有新的問題困惑著當(dāng)時的粒子物理學(xué)家。θ-τ問題就是當(dāng)時的一大困惑，當(dāng)時被認(rèn)為是兩種粒子的θ介子和τ介子除了宇稱不同其他物理量完全相同。李政道和楊振寧梳理了檢驗宇稱守恒的實驗，發(fā)現(xiàn)從未有實驗對弱相互作用下宇稱是否守恒做出過檢驗。他倆在1956年大膽地提出弱相互作用下宇稱不守恒，并給出了幾種檢驗方案。

宇稱不守恒的設(shè)想給出后，物理學(xué)界普遍對此不感興趣。因為宇稱守恒定律提出二十多年來從未有過問題，宇稱守恒被視為金科玉律，沒有幾人愿意耗費時間和精力去完成實驗檢驗。吳健雄認(rèn)識到這一檢驗具有重要意義，著手準(zhǔn)備起實驗。幾個月后，吳健雄及萊德曼的實驗小組證實了宇稱的確不守恒。這一發(fā)現(xiàn)立即引發(fā)物理學(xué)界的強烈震動，隨機出現(xiàn)了幾百篇論文以不同的方式證實了弱相互作用下宇稱不守恒。因提出弱相互作用下宇稱不守恒，楊振寧和李政道獲得了1957年的諾貝爾物理學(xué)獎。從發(fā)表論文到獲獎前后不足一年時間，這個獲獎速度在諾貝爾獎一百多年的歷史上是最快的。由此可見這一發(fā)現(xiàn)的重要。

守恒意味著有某種對稱，宇稱不守恒意味著鏡像對稱破缺。宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)后人類開始重新思考對稱問題，后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種不對稱。 正是因為有對稱性破缺，宇宙才是今天這個樣子。

宇稱不守恒只是開胃小菜，真正的物理大餐還在后面。隨著弱相互作用及強相互作用的發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦的統(tǒng)一夢想變得越來越困難。粒子物理學(xué)的快速發(fā)展使得發(fā)現(xiàn)的粒子越來越多。那么多粒子遵循什么規(guī)律？楊振寧撥開了迷霧。

1954年，楊振寧和米爾斯合作發(fā)表了楊-米爾斯非阿貝爾規(guī)范場理論。該理論為統(tǒng)一相互作用力給出了一個數(shù)學(xué)框架。理論非常優(yōu)美，但由于無法解釋粒子的質(zhì)量問題一度受到冷遇。六十年代時，對稱性自發(fā)破缺概念的提出解決了粒子的質(zhì)量問題。六十年代末弱相互作用及電磁相互作用的統(tǒng)一理論在楊-米爾斯理論的框架下得以建立。后來，描述強相互作用的理論也在規(guī)范場理論的框架下建立起來。描述電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型建立后，各種粒子的運動及其規(guī)律被精確掌握。

粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型是公認(rèn)的相對論、量子力學(xué)之后最偉大的物理成就，在該理論的的建立及完善過程中有幾十位科學(xué)家獲得了諾貝爾獎。這一切都有楊振寧的規(guī)范場理論做基礎(chǔ)。正如1994年的鮑爾獎獲獎詞中說的那樣：“該理論重構(gòu)了最近40年來物理學(xué)及現(xiàn)代幾何學(xué)的發(fā)展，這項工作已經(jīng)排在了牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦的工作之列，并必定對未來幾代產(chǎn)生類似的影響。”

百歲的楊振寧主導(dǎo)著近百年來的現(xiàn)代物理學(xué)，他自身的科學(xué)成就足以拓展成近百年來的物理學(xué)史。幾百年后他的名字還會在科學(xué)殿堂中和麥克斯韋、狄拉克的名字一樣閃爍著熠熠光輝。