《物理学的诱惑》——杨振宁在东南大学的演讲（摘要）
1831年，英国人Faraday做了一个很简单的实验。这个实验对于人类的影响是没有法子计算的。Faraday二十岁的时候经过一个偶然的机会，被一个有名的化学家雇佣为助手，从此就开始了研究生活。开始的时候虽然大家知道有电有磁，可是这两个的关系不清楚，而且电的性质跟磁的性质也都不清楚。大家知道你们在冬天脱毛衣的时候常常有火花，这就是因为毛衣跟周围的东西有了静电。所以在Faraday早年的时代，在欧洲有一个魔术，这个魔术是用一个金属的盘子，上面站着一个女孩，你把金属的盘子里充了静电，那个时候知道怎么样用刚才讲的火花的办法继续累积，可以弄很多静电跑到这个金属的盘子上，那个女孩子全身都有静电。那么电有个倾向，走到身体的表面极端，所以这个女孩子的头发肩上都有静电。这是当时很有名的一个魔术。可是到底这电是怎么回事，就是像Faraday他们这样的人研究。
Faraday在1831年做了一个划时代的实验，这个实验其实非常简单，它就是有一个线圈，线圈
里放了一个磁铁，那么当这样子他发现这个线圈没有电，他发现当线圈不动把磁铁往里面塞一下，立刻就发生了电。假如把这个磁铁往外拉一下也发生电。反过来也可以，把磁铁不动，把线圈向右或向左动线圈也发生电 这是个大发现。在物理学里面有一个专有名词叫做电磁感应 ，英文叫做electro- magnetic induction 。这个简单的实验的影响是没法子估计的。今天我们所有用的电，都是从大发电厂发出来的。像这个发电厂，这个发电厂里头所用的原理是什么的呢？它用的就是Faraday的原理，就是用一些不动的磁铁，在这个不动的磁铁里，弄些线圈来动，照刚才讲的这个electro- magnetic induction使得这些动的线圈里有电，然后把电通到我们家里来，通到礼堂来，所以是Faraday把人类带进了电的时代。电对20世纪21世纪的人类的影响我们当然是没法子能够估计的。这个是一个油画，是Faraday在他的实验室里头，当然这个Faraday当时已经有名了，所以他已经是主持这个实验室。这是另外一张画，因为那个时候在伦敦每年圣诞节的前后有一个叫做charismas lecture，圣诞的演讲，Faraday曾经给过好几次。这个我想是英国当时上流社会一个很有趣味的活动，而这个活动对于整个英国的科学的发展，以及以后人类整个的发展有决定性的影响。所以，一些社会的活动对于人类常常有很重要的影响。那么今天我们在这里所以有这个活动是华英基金会所组织的，所以我们也可以了解到华英基金会设立它的社会意义。
Faraday以后出了一个年轻的理论物理学家，叫做Maxwell，他比Faraday小了40岁。Maxwell大学毕业的时候二十几岁，他就想要来研究电，可是他刚大学毕业，不知道怎么研究法，所以他就写了封信给William Thomson。William Thomson是个天才，只比大7岁，可是当时已经是有名的教授，已经写过好多关于电跟磁的文章。所以可以想象到Maxwell觉得向Thomson请教最好，所以就给他写了封信。这封信现在还保留下来了，可是Thomson的回信现在不到了。Maxwell的信我把它翻译出来，中间有这么一句。我最近得到学士学位，想要多了解电的现象。不知道怎样才能得到一些深入的了解。深入的了解Maxwell用的名词是insight into the subject。他问Thomson“你如果能给我们一些指点我们会十分感激”。为什么他讲“我们”呢？因为他准备和其他三个同学一块来研究电，所以就给Thomson写了这封信。Thomson是认识Maxwell的，他们都是苏格兰人。那么我刚才讲了，Thomson的回信现在失传了，可是我们可以想象到他一定是告诉Maxwell你要看这些文章，其中当然包括他自己的文章，不过很显然他特别加重讲：你要看Faraday的文章。Faraday是个大实验物理学家，可是他不懂理论，他的文章很多，编成好几本书，你去把这些书翻一翻看没有一个公式，因为他没有学过很多的数学，尤其是他没有学过微积分，可是他有丰富的想象
力，他有丰富的几何直觉。在Maxwell有了大成就以后，Faraday故去了，Maxwell写了个很
长的一个追悼文。在这个追悼文里，Maxwell说“Faraday的书里没有一个公式，可是他其实是一个伟大的几何学家”，因为他引进了一个直觉的观点，这个直觉的观点就是“电场”。他是说电跟磁的力量都可以变成一个东西叫做一个场。场这个名词是20世纪到21世纪理论物理学的中心思想，这个思想的来源是那个不会写公式的Faraday是所提出来的。Maxwell去研究了Thomson所告诉他的这些文章，67年以后他就写下了这四个方程式，这四个方程式是有名的“Maxwell”方程式。这四个方程式我想是19世纪最最重要的物理贡献，我想也许可以说这四个方程式跟达尔文的进化论是19世纪最重要的科学的结晶。
Maxwell 在1861年的秋天算了一下，他就发现这种波的速度是每秒钟19万3千英里，于是他就去查一查文献。当时他就知道有人量过光的速度，也是19万3千英里，他就想这两个不可能是一个耦合，所以他就大胆提出来说是光波——当时已经知道光是个波——他说光波其实就是电磁波。这个结论对人类的影响又是没法子估计的，这个发现把人类带入电磁波通讯时代。1854年6月28号，Faraday已经63岁了，他写了一封信给一个年轻的英国的物理学家叫做Tyndall，Tyndall后来也成了一个大物理学家。Faraday信里边说：“你还年轻，我已老了......可是我们知道我们研究的题目是如此崇高美丽，在其中工作使弱者陶醉，强者振奋。
二
底下我再给大家讲第三个例子，是关于吴健雄的例子。我想在座的都非常熟悉吴健雄这个名字，因为在东南大学就有一个吴健雄纪念馆。吴健雄是当初中央大学毕业的学生，到美国去，在布鲁克林获得博士学位。这张照片是她五十几岁的时候，在她哥伦比亚大学的实验室里头所照的。19xx年正月，吴健雄宣布了她的实验，证实了在β衰变中宇称不守恒。关于β衰变跟宇称不守恒，我底下要跟大家稍微解释一下子。
到了20世纪的初、19世纪的末，第一次发现有放射性。有一些像铀之类的元素、它发出来一些放射性的东西。这个发现——这个放射性的东西使得贝克多·居里和居里夫人得到了诺贝尔奖金。那么这些放射性里面放出来的光和射线，有一部分是x光或者是γ光，刚才其实我已经提到了，可是还有一些当时叫做β光。β光是一个粒子。那么这个β光发现时，许多电子从这个铀里头跑出来。所以在20世纪的初年就研究得很多了，那么吴建雄在20世纪五十年代的时候，在这方面就已经扮演一个非常重要的角了。大家都知道她的工作非常准确，而且是选的题目非常好。宇称不守恒是一个理论的观点，我底下再跟大家稍微地讲一讲。19xx年，吴健雄这篇著名的文章在当年一月份只是一个预印本，到二月里头才正式刊印出来。这个消息当时就传遍了物理学界，所以有这样大的震惊，我底下给大家解释一下。2月2号美国物理学会在纽约的New Yorker Hotel举行了周年大会。这个大会是盛况空前。在后来的大会的记录
上面说：“那间屋子挤满了人，有些人甚至从天花板上的大吊灯爬到那个上面去，使得能够听这些演讲。”物理学界引起震荡，那一次的震荡跟三十年以后一样——19xx年的“Woodstock”高温超导体会议，是第二次世界大战以来物理学界两次最大的震荡。最大的原因，是因为这两个震荡都是遍及物理里头很多的方向，不只是其中一个领域。 关于吴健雄这个实验的背景，我底下给大家解释一下。二战之前，物理的实验都是小规模的。二战以后核物理成为非常热门的研究题目。因为二次世界大战以后，所有的政府都知道这个物理的研究对于国防有密切的关系。第二次世界大战里头两个新出现的重要军用设备都是跟物理研究有关系的：一个是雷达，一个是。所以第二次世界大战以后，所有的国家都知道为了国防必须要研究物理，所以就纷纷走进了物理的研究，尤其走进了核物理的研究。要做核物理的研究就要用加速器，所以就做越来越大的加速器。那么这个是第二次世界大战以后做的第一个大的加速器，叫做“Cosmo”，在纽约州。像这样子的加速器这是第一个，不过后来又有更大的，因为你这上面做了比如说10年，得到了很多成果，你要想做
东南大学怎么样到更精细，就好像你要做一个放大倍数更大的显微镜一样，所以呢，你要做一个更大的加速器。所以呢，这样子一代一代的加速器就越做越大。今天最大的加速器是在日内瓦，叫做“LHC”，是在日内瓦的欧洲的一个联合实验室叫做“CERN”。恰巧就是最近这一个月，这个
机器宣告完成了。所以，就是在上一个礼拜，把欧洲的很多元首都请去要给他们看。因为欧洲各个国家一共加起来也加上美国包括——中国也稍微贡献了一点点——前后花了80亿美金才造成这个机器。不过一个月以前不幸有个小的火灾，所以现在看起来真正对撞恐怕要到明年夏天才可以开始。这个实验上面动不动就是几百个博士学位的研究工作人员在里头做，有几千个研究生，中国也有一些研究生跟研究员在里面工作。
三
那么在19xx年的这个夏天，我们有了三个发展，从后来看起来，这是重要的。我们的第一个想法是说：不错，Newton的方程式、Maxwell的方程式都是左右对称的，Newton的方程式跟Maxwell的方程式里头所讲的力量是叫做核力跟电磁力，而我们现在所要讨论的衰变是比较弱的力量，叫做弱力。那么我们说，是不是在强的力量里头左右是对称的，可是在弱的力量里头左右不对称？这个只是一种设想。那么b衰变跟K衰变都是一种弱的力量，所以我们说是不是在这个里头左右可能不对称？可是这个底下立刻就要研究，我刚才说了，B衰变已经有上百上千个试验了，那些试验都是建立在宇称守恒的观念上头。所以我们说，得要把这个重新估价一下。所所以我们就把5种不同的b衰变——过去所做过的很多试验归纳成5种——我
们把每一个都去仔细算了一下。这算了以后得出来了一个惊人的结论，就是，原来大家当初以为这些B衰变的试验是跟宇称守恒有非常大的关系，而且大家都是讲得头头是道。其实完全是错误的。所有过去的试验都不能证明左右在B衰变里头是不是左右对称。我们经过计算以后发现到，事实是过去在B衰变里头并没有人做过一个试验是直接证明左右是对称的。换一句说就是，宇称守恒一直到那个时候，从来没有在B衰变试验中被测验过。所以我们就提出来说就是，那么用什么样的实验来测试在B衰变和其他的衰变里头宇称是守恒的呢？那么这就是代表要做一个比从前所有B衰变试验都要复杂的试验，才能够测量出来。所以我们就提出来了5种不同的试验，其中一种是关于B衰变的。我们的文章是在19xx年的6月22号寄出去的，这个是当时的预印本。
发布评论