60多年前的那場(chǎng)科學(xué)挑戰(zhàn)

文／王渝生

（作者系國(guó)家教育咨詢委員會(huì)委員，中國(guó)科技館原館長(zhǎng)、研究員）

一年一度的諾貝爾獎(jiǎng)如約而至，這讓我想起了2007年12月10日，楊振寧在獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)50周年紀(jì)念日來到中國(guó)科技館參加“大師講科普”的情景。

在那個(gè)特殊日子，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)特別邀請(qǐng)李政道、楊振寧到瑞典首都斯德哥爾摩出席獲獎(jiǎng)50年后的頒獎(jiǎng)典禮。李政道應(yīng)邀前往。楊振寧則來到中國(guó)科技館，參加了由中央電視臺(tái)《大家》欄目和中國(guó)科技館聯(lián)合主辦的大型公益活動(dòng)“大師講科普”，同公眾一起分享他們質(zhì)疑和推翻宇稱守恒定律的過程和啟示。

楊振寧是在1957年35歲時(shí)同31歲的李政道一起獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的。50年后，85的楊振寧健步登上中國(guó)科技館學(xué)術(shù)報(bào)臺(tái)，作了精彩的演講。

楊振寧首先回顧了在50年前的1957年1月，吳健雄宣布她的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在β衰變中宇稱不守恒。差不多一個(gè)月以后，2月2日，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的大會(huì)上，楊振寧宣讀了那篇與李政道合作的論文，給國(guó)際物理學(xué)界帶來了一場(chǎng)威力不亞于原子彈爆炸的沖擊。楊振寧很生動(dòng)地說，事后，對(duì)于那天大會(huì)的情形有這樣一個(gè)報(bào)道：最大的演講廳擠滿了人，有人幾乎從廳中央懸燈的鐵纜上爬下來。

為什么這篇論文的影響如此巨大？楊振寧從當(dāng)時(shí)他所從事的粒子物理研究說起，講到了構(gòu)成世界的最小微粒究竟是什么？在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們一直以為答案應(yīng)該是原子。到了20世紀(jì)初，科學(xué)家們?cè)谠又邪l(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和電子，很多人以為這些粒子已經(jīng)不可拆分了。然而基本粒子的發(fā)現(xiàn)顛覆了這一觀念。隨著科學(xué)儀器的不斷更新，興奮的物理學(xué)家們就像剝洋蔥一樣，一層一層地將更小的微粒剝離出來。

楊振寧詳細(xì)講述了當(dāng)時(shí)在粒子物理學(xué)研究中，普遍認(rèn)為每一個(gè)粒子都有一個(gè)特性，叫做宇稱；而有一個(gè)基本定律，叫做宇稱守恒。粒子物理學(xué)研究前沿要想有所突破，除非推翻宇稱守恒定律。然而在當(dāng)時(shí)的世界物理學(xué)界，“宇稱不守恒”是絕對(duì)不可思議的事情。因?yàn)槿藗兿嘈庞罘Q守恒有3個(gè)主要的原因：宇稱守恒的意思就是說物理世界是左右對(duì)稱的，物理世界的左右對(duì)稱通過牛頓的定律跟麥克斯韋爾的定律是完全符合的；左右對(duì)稱有很大的直覺和審美的感召力，大家都愿意多有一點(diǎn)對(duì)稱；1920年到1930年以后，量子力學(xué)研究證實(shí)宇稱非常準(zhǔn)確地在原子物理中守恒。

楊振寧接著擴(kuò)展開來說，20世紀(jì)物理學(xué)一個(gè)非常重大的革命性的發(fā)展，就是在前30年間量子力學(xué)的發(fā)展。量子力學(xué)不僅是對(duì)于物理學(xué)，對(duì)于今天我們的生活也有極大影響。比如你們手里拿的手提電話，之所以有手提電話，是因?yàn)槔锩嬗幸粋€(gè)芯片；之所以有芯片，是因?yàn)橛邪雽?dǎo)體；之所以有半導(dǎo)體，就是因?yàn)橛辛孔恿W(xué)的革命。而在量子力學(xué)里，宇稱是非常準(zhǔn)確地守恒，宇稱在理論跟實(shí)驗(yàn)研究上已經(jīng)成為一個(gè)很重要的工具。這個(gè)工具在原子與分子物理、核衰變的物理及在核反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)里也非常有用處，所以大家認(rèn)為宇稱絕對(duì)是守恒的。1956年，楊振寧和李政道聚到了一起，開始聯(lián)手向宇稱守恒觀念發(fā)起挑戰(zhàn)。

楊振寧說，物理世界有4種力量，叫做強(qiáng)力、電磁力、弱力、引力。強(qiáng)力就是把原子核合在一起的力量，所以原子彈可以有很大的能量爆炸出來；電磁力就是電跟磁的力，我們平常所看見的很多現(xiàn)象，其實(shí)都是電磁力各種不同的表現(xiàn)；弱力是20世紀(jì)才發(fā)現(xiàn)，比強(qiáng)力和電磁力都要弱得很多的力，其中大家最熟悉的就是放射性，現(xiàn)在到醫(yī)院檢查身體，常常給你吃一些放射性的藥物，幫助醫(yī)生檢查你身體里有什么問題；還有就是萬有引力。這4種力，在上世紀(jì)四五十年代，已經(jīng)很清楚了。

楊振寧和李政道大膽地猜測(cè)，或許宇稱守恒對(duì)絕大多數(shù)的力量而言是正確的，但在弱力作用下未必如此。于是他們對(duì)弱力，尤其是β衰變進(jìn)行了非常深入的研究，這使他們有了一個(gè)十分驚人的發(fā)現(xiàn)，原來以前所有的β衰變實(shí)驗(yàn)都跟宇稱守恒沒有關(guān)系。于是他們接著就提出來幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，來測(cè)試β衰變跟其他的弱相互作用中宇稱是否守恒。當(dāng)時(shí)他們就寫了一篇文章，題目是《宇稱在弱相互作用里是不是守恒？》。結(jié)果在幾個(gè)月以后，在10月1日文章登出來的時(shí)候，這個(gè)題目改成了《在弱相互作用之下宇稱守恒的問題》，為什么變成這樣呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)叫戈特斯密特的編輯是一個(gè)有名的物理學(xué)家，他說一個(gè)題目里不可以有問號(hào)，就把它改成這樣。

“但我自己一直是覺得，還是原來有問號(hào)的那個(gè)題目比這個(gè)更傳神一些?！睏钫駥幱眠@個(gè)問號(hào)的話題結(jié)束了他獨(dú)到的演講，贏得了在場(chǎng)聽眾熱烈的掌聲。

聽眾們踴躍向他提出問題，他一一做了精煉的回答。對(duì)于大學(xué)生提出的問題，他總是采取循循善誘的態(tài)度。

今天，回顧十多年前楊振寧的“大師講科普”，使我進(jìn)一步深刻認(rèn)識(shí)到習(xí)近平總書記在2016年5月30日全國(guó)“科技三會(huì)”上講的話：“要尊重科學(xué)研究靈感瞬間性、方式隨意性、路徑不確定性的特點(diǎn)，允許科學(xué)家自由暢想、大膽假設(shè)、認(rèn)真求證?！?/p>