美与物理学 ——杨振宁在清华园发表演说

田发伟     2001年4月26日，离演讲还有1个小时，清华大学理学院前面广场上就坐满了听众，等待诺贝尔物理奖得主杨振宁的一场报告，不是关于物理学，而是关于物理学中的美。     那天阳光明媚，听众安静地坐着，但是每个人都显得很兴奋，毕竟诺贝尔奖的光环太耀眼。杨振宁这次是为庆祝母校90周年校庆而回到清华的。     “杨振宁来了”，有人远远地看见杨振宁走来，人群中立刻响起了长时间热烈的掌声。     一个不到1岁半的小朋友手里拿着一束花，在妈妈的搀扶下，走到杨振宁的面前。杨振宁高兴地接过鲜花，将小朋友抱在胸前。     演讲开始前，杨振宁先回答了主持人的几个问题。     杨振宁说，他是一个淘气的孩子，至少是一个不守规矩的孩子。他在清华的时候，清华的每一棵树他几乎都爬过，不但如此，“清华的每一棵草我也大都研究过”。言谈中流露出对母校的赤子深情。     杨振宁1929年在7岁时随父亲来到清华，是当时清华著名的两“大头”之一。一个是“杨大头”杨振宁，另外一个是“俞大头”俞平伯。     杨振宁在十二三岁的时候，看到一本《神秘的宇宙》的书，觉得非常有趣，当时就说，他将来要得诺贝尔奖。     在报告中，杨振宁引用波耳兹曼的话说，一位音乐家在听到几个音节后，即能辨认出莫扎特、贝多芬或舒伯特的音乐；同样，一位数学家或物理学家也能在读了数页文字后辨认出柯西、高斯、雅可比、亥姆霍兹或克尔斯豪夫的作品。     杨振宁说：“物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美和妙的地方。而各个物理学工作者，对于这个结构不同的美和妙的地方，有不同的感受。因为大家有不同的感受，所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法。”     杨振宁讲了20世纪大物理学家狄拉克的一个故事。有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲，演讲完毕，一位听众站起来说：“我有一个问题请回答：我不懂怎么可以从公式2推导出来公式5。”狄拉克不答，主持者说：“狄拉克教授，请回答他的问题。”狄拉克说：“他并没有问问题，只说了一句话。”     “这就是狄拉克的特点：话不多，而含有简单、直接、原始的逻辑性。一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑，他的文章读起来便很通顺，就像‘秋水文章不染尘’，没有任何渣滓，直达深处，直达宇宙的奥秘。”杨振宁说。     杨振宁说，20世纪的物理学家中，风格最独特的就数狄拉克了。杨振宁引了高适在《答侯少府》中的诗句“性灵出万象，风骨超常伦”来描述狄拉克方程和反粒子理论。     杨振宁说，一方面狄拉克方程确实包罗万象。而用“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神。另一方面，他于1928年以后4年间不顾玻尔、海森伯、泡利等当时的大物理学家的冷嘲热讽，始终坚持他的理论，而最后得到全胜，正合“风骨超常伦”。     杨振宁进一步解释说，“性灵”恰巧是狄拉克方程之精神。袁宏道说他的弟弟袁中道的诗是“独抒性灵，不拘格套”，这也正是狄拉克作风的特征。“非从自己的胸臆流出，不肯下笔”，又正好描述了狄拉克的独创性。     杨振宁又谈到了20世纪另一位大物理学家海森伯。海森伯于1925年夏天写了一篇文章，引出了量子力学的发展。38年以后科学史家库恩访问他，谈到构思那个工作时的情景。海森伯说：爬山的时候，你想爬某个山峰，但往往到处是雾……你有地图，或别的索引之类的东西，知道你的目的地，但是仍堕入雾中。然后……忽然你模糊地，只在数秒钟的工夫，自雾中看到一些形象，你说：“哦，这就是我要找的大石。”整个情形自此而发生了突变，因为虽然你仍不知道你能不能爬到那块大石，但是那一瞬间你说：“我现在知道我在什么地方了。我必须爬近那块大石，然后就知道该如何前进了。”     杨振宁说，这段谈话生动地描述了海森伯1925年在量子力学的研究上摸索前进的情形，要了解当时的气氛。必须知道自从1913年玻尔提出了他的原子模型以后，物理学即进入了一个非常时代：牛顿力学的基础发生了动摇，可是用了牛顿力学的一些观念再加上一些新的往往不能自圆其说的假设，却又可以准确地描述许多原子结构方面奇特的实验结果。     杨振宁说，这段历史恐怕永远不会被完全记录下来，要写这段历史须要有像写迪帕斯或写克伦威尔那样的笔力，可是由于涉及的知识距离日常生活是如此遥远，实在很难想象有任何诗人或史家能胜任。     1927年夏，25岁尚未结婚的海森伯当了莱比锡大学理论物理系主任，后来成名的布洛赫（核磁共振机制创建者）和特勒（“氢弹之父”，杨振宁在芝加哥大学时的博士学位导师）都是他的学生。他喜欢打乒乓球，而且极好胜。第一年他在系中称霸。1928年秋自美国来了一位博士后，自此海森伯只能屈居亚军。这位博士后的名字是大家都很熟悉的周培源。     杨振宁说，海森伯所有的文章都有一共同特点：朦胧、不清楚、有渣滓，与狄拉克的文章的风格形成一个鲜明的对比。“读了海森伯的文章，你会惊叹他的独创力，然而会觉得问题还没有做完，没有做干净，还要发展下去；而读了狄拉克的文章，你也会惊叹他的独创力，同时却觉得他似乎已把一切都发展到了尽头，没有甚么再可以做下去了。”杨振宁说。     “海森伯和狄拉克的风格为什么如此不同呢？主要原因是他们所专注的物理学内涵不同。海森伯从实验与唯象理论出发；实验与唯象理论是五光十色、错综复杂的，所以他要摸索，要犹豫，要尝试了再尝试，因此他的文章也就给读者不清楚、有渣滓的感觉。狄拉克则从他对数学的灵感出发，数学的最高境界是结构美，是简洁的逻辑美，因此他的文章也就给读者‘秋水文章不染尘’的感受。”杨振宁说。     物理学自表面向深层的发展，表面有表面的结构，有表面的美，譬如虹和霓是极美的表面现象，人人都可以看到，实验工作者作了测量以后发现这种现象的物理原因，显示出了深一层的美，再进一步的研究更深入了解就显示出了极深层的理论架构的美，杨振宁说。     牛顿的运动方程，麦克斯韦方程、爱因斯坦的狭义与广义相对论方程、狄拉克方程、海森伯方程和其他五六个方程是物理学理论架构的骨干，达到了科学研究的最高境界。它们以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构，可以说它们是造物者的诗篇。     杨振宁说：“这些方程还有一方面与诗有共同点：它们的内涵往往随着物理学的发展而产生新的、当初完全没有想到的意义。举两个例子：上面提到过的19世纪中叶写下来的麦克斯韦方程是在本世纪初通过爱因斯坦的工作才显示出高度的对称性，而这种对称性以后逐渐发展为20世纪物理学的一个最重要的中心思想。另一个例子是狄拉克方程，它最初完全没有被数学家注意，而今天狄拉克流型已变成数学家热门研究的一个新课题。”     杨振宁说，学物理的人了解了这些像诗一样的方程的意义以后，对它们的美的感受是既直接而又十分复杂的，它们的极度浓缩性和它们的包罗万象的特点也许可以用布雷克的不朽名句来描述：一粒沙粒中有一个世界，花朵中包含着天堂，掌心握着无穷无尽，永恒浓缩于一刹那间。     杨振宁说：“它们的巨大影响也许可以用蒲柏的名句来描述：自然和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿来，一切都明亮了。”     “可是这些都不够，都不够全面地道出学物理的人面对这些方程的美的感受，缺少的似乎是一种庄严感，一种神圣感，一种初窥宇宙奥秘的畏惧感。我想缺少的恐怕正是筹建哥德式教堂的建筑师们所要歌颂的崇高美、灵魂美、宗教美、最终极的美。”杨振宁最后说。      《人民日报海外版》 (2001年05月15日第九版)

《人民日报》 2001年5月15日

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