1、新知识的发现杨振宁新知识的发现-杨振宁新知识的发现_杨振宁.txt用快乐去奔跑，用心去倾听，用思维去发展，用努力去奋斗，用目标去衡量，用爱去生活。钱多钱少，常有就好！人老人少，健康就好！家贫家富，和睦就好。新知识的发现主讲:杨振宁时间:2005-2-22 杨振宁教授：我非常高兴再度地有机会在这个礼堂里头跟这么多年轻的同学谈谈，我来过很多次，在这个礼堂里头，每次看见不同的年轻人，我曾经说过中国有数不清的可以造就的年轻的人，我想这个与我历次看见不同面孔的经历有关系，我从1971天第一次到新中国来，参观访问以来，30年了，来过很多次，不过以前每次来的时间都比较短，多半是一个礼拜，顶多一次一个月，这次
2、已经呆了三个月，这个对我有很大教育行的意义，因为通过这样比较长的时间，我对于新中国到底是有些什么面临的问题，很多人包括同学，保证学校的教师，包括在餐厅里头端盘子的一些小姑娘，她们是怎么一个想法，她们面临了一些什么问题，还有我跟我太太看了很多电视想要研究，其中一个对这个事情特别发生兴趣的是恩芮科费米，恩芮科费米后来在芝加哥大学做教授，我是他的学生，他在1924年的时候收到一篇文章是泡利的，泡利当时发现了叫做Exclusion Principle，不相容原理，那么当时费米因为对于这个N的阶乘为什么在基础统计力学里头存在这个问题一直在想，所以他一看见泡利这个不相容原理以后，他立刻了解到这两件事情是关
3、键在一起的，所以他就写了一篇文章，这个文章是一个是重要的，现在我们叫做Fermi Disribution（费米分布），Fermi Sphere（费米半球），都是从这个地方来的，可是这个文章你从今天看起来不彻底，就是它里头是讲的非常重要的东西，可是并没有把就是它没有达到后来我们所得到的了解，那么那几年发展非常之快，所以这是一方面，费米做的那个事情，就在差不多那个同时，也是1924年，有一个不知名的印度物理学家叫做Bose（玻色），他写了一篇文章，他当然是用英文写的，寄到英国去发表，被退回来了，他讨论什么事情呢？因为那个时候在1900年的时候，普朗克引进了叫做Radiation Law辐射的分布，
4、这个辐射的分布为什么会有辐射分布，大家不懂，玻色就去研究这个问题，他就说所以要有这个辐射分布的原因，这是与经典的力学里头的猜测不一样的，原因是因为经典力学里头，数很多相同的子，相同的粒子，在这个情形下是光子，很多相同的粒子在数的时候，数法不对，这个跟刚才讲的N的阶乘有密切的关系，这是后话，他当初并不是这样想法，他说这个想法不对，换一个方法来数，于是这个方法数就可以很自然地得到普朗克的公式，这个又是一个不完全彻底可是是非常重要的一个启示。他这个文章发表不出来，他这个人有点唐突，也许甚至于认为是荒唐，他就写了一封信给爱因斯坦，他说我现在有一篇文章，附在这信里头，我这文章我在英国发表不出去，可不可以
5、请你把它翻译成德文，在德国发表？他那个时候是个无名小卒，爱因斯坦当然忙得不得了，当时是公认的是物理学界的大师，不过他选择对了，因为这正是爱因斯坦最热衷的几个问题之一，所以爱因斯坦就把他这个文章翻译成德文，用玻色一个人的名字发表，然后在地下有一个（注解），（注解）里头说，这个文章很有意思，我还要在这个方向上再发表几篇文章，所以后来他果然就发表了几篇，其中有一篇就产生了玻色爱因斯坦凝聚，什么意思呢？就是他说我要用玻色数的方法不用到光子，把它推广到原子，假如我有好多原子，那么我要用玻色数的方法来研究，这一研究这些原子之间是没有相互作用的，那么然后他就发展，发展出来以后就得到这个结论，说是没有相互作用
6、的这些原子，假如温度够低，密度够大的话，它就要相变，产生一种液体，这个液体就是今天所谓玻色爱因斯坦凝聚，这个文章发表出来了以后，大家一致反对，因为当时的想法觉得为什么一个东西会从气体变成液体呢，因为这个分子之间有吸力，互相的吸力，把它吸在一起，像水的分子在吸的时候是距离很远，可是等到距离够近的时候，因为它有吸力，所以就变成了水，就变成了液体，所以从气体变成液体，一个基本的原理是分子之间有吸力，这是天经地义的事情，怎么现在来说是没有任何相互作用也可以变成液体呢？这一定是错误的，爱因斯坦当时有一个非常好的朋友，也许是爱因斯坦一生最熟的物理学的朋友，叫做Ehrenfest（埃伦费斯特）埃伦费斯特一方
7、面是爱因斯坦的好朋友，一方面这个文章完全错误，所以他就叫他的研究生，他的研究生后来是非常有名的，叫做Uhienbeck（乌伦贝克），他让乌伦贝克写一个论文，这个论文就是证明爱因斯坦这个文章是完全错误的，所以乌伦贝克就写了这么一篇论文，现在看起来，这个爱因斯坦的结论完全是对的，他的这个数学不严谨，不严谨的地方就被乌伦贝克抓住了，所以就是乌伦贝克证明爱因斯坦这个（理论）是数学上不能成立的，可是这一个吹毛求疵，他这个基本的结论是对的，现在当然后来人弄懂了，不过这篇乌伦贝克的论文还是存在的，过了两三年以后，大家就知道，他这个爱因斯坦的理论是对的，是有玻色爱因斯坦凝聚，可是当时不可能达到那么低的温度，也
8、不可能达到那么大的密度，所以这个事情只是一个理论上的时期，不过后来到了十几年以后因为发现了超导跟超流，所以有一个人叫Lodon（伦敦）的，他就大胆地提出来，说是这个超导跟超流与玻色爱因斯坦凝聚有密切的关系，那么这个观念刚提出来，是1938年提出来，大家也不接受，这个一直到了50年代、60年代大家才觉得这个想法基本是对的，可是玻色爱因斯坦凝聚这件事情自己呢，还是没法子做，因为没有那么低的温度，没有那么密的分子，一直到了80年代，80年代因为激光的发展，有极微妙的激光的工作，用了这个激光有种种的非常妙的技术，可以把温度从10的负3次方降到10的负6次方，降到10的负8次方，可以说是妙不可言的一系列
9、发展，所以到了90年代初，在这个领域中的人都知道，这样在发展下去，玻色爱因斯坦凝聚就要变成现实，所以那个时候全世界做这一类实验的人，都在抢这个锦标，那么这里头很多非常重要的发展，所以在1996年还是1997年诺贝尔奖金委员会就给了一个诺贝尔奖给三个人，这三个人并没有达到玻色爱因斯坦凝聚，可是每个人都对于这个新发明技巧做了关键性的建树，其中一个是一个法国人叫做Claude Cohen tannoudji，一个是个美国人叫做WillianmD.Phillips，一个是美籍华人叫做朱棣文，朱棣文是他们最年轻的，我想朱棣文不过50岁超头，朱棣文到中国来过，是非常聪明的一个年轻的物理学家，他们三个人分享
10、了这个，可是他们三个人虽然对于这个技术每个人都有决定性的贡献，而大家都认为他们是应该得到诺贝尔奖金的，可是他们并没有达到玻色爱因斯坦，（达到）玻色爱因斯坦凝聚的是最先三个人就是今年（2001）得到诺贝尔奖金的，康奈尔、怀曼跟凯特利，凯特利我想恐怕现在还没有到50岁，我们希望他们里头几个人能够到北京来访问，可是刚才所讲的这个是玻色爱因斯坦凝聚到现在大概的发展，这个发展还是在刚开始，因为玻色爱因斯坦出来的这个Items（粒子）如果把它变成一个束流，就是一个像激光一样子的东西，可是它不是光子的激光，是原子的激光，一个原子的激光比一个光子的激光要有非常重要的新的应用，因为光子没有内在的激发态，而原子可
11、以有种种的内在的激发态，光子只有一种，原子有很多种，所以这个里头将来能出的花样那是无穷无尽的，所以玻色爱因斯坦凝聚这个领域在以后十年二十年没有问题将要是热门。杨振宁教授：可是我刚才讲早年的故事还并没有讲完，因为爱因斯坦发表了几篇文章以后，大家知道玻色爱因斯坦凝聚非常重要，大家又有了费米分布，到了1926年都知道很重要，可是1925到1926年发生了量子力学的革命，这个量子力学的革命以后，当然大家对于费米的工作跟玻色爱因斯坦的工作都要用新的眼光来看，在这里头就又发生了底下这件事情，这件事情是这样的，在1925年到1926年的时候，对于氢原子的结构，所谓Balmer Theorem（巴尔末原理），
12、我想在座很多同学恐怕在中学就念过这个巴尔末原理是有了准确的了解，那当然当时第二个问题，那么底下一个复杂的原子，它的光谱能不能了解，底下一个复杂的当然是氦，所以立刻的问题就是氦的光谱，氦有两个电子，可是研究这个氦的光谱第一个问题，就是氦里头两个电子，每个电子都有自旋，这两个自旋可以是相反的，可以是平行的，所以就产生所谓的Singlet（单态）跟Triplet（三重态），这是实验结果，知道氦原子有两种态，一种叫做三重态，一种叫做单态，就是一个是两个平行，一个是两个相反，这个里头立刻就有一个问题，为什么平行的跟相反的它的基态之间的能差得那么多？它Electronic Bond（电子键）这样子大的分别
13、，这是很大的，不懂这是什么缘故，那么那个时候有个年轻的人，叫做高斯秘特，刚才我提过乌伦贝克，高斯密特跟乌伦贝克都是荷兰人，他们成名之作这是当时重要的工作，大家有认为应该得诺贝尔奖金的，他们没得到，他们最早说电子有自旋的，所以当时都是年轻的佼佼者，在1926年的春天，高斯密特到波尔去访问，在哥本哈根，波尔就跟他说你去研究研究，为什么自旋相反跟相同的它们这个能量差得这么大，在高斯密特晚年的时候，他写回忆录，他说我去想这两个电子之间一个是平行，一个是不平行，这当然是一个磁的相互作用，一个好像北极冲上，一个北极冲下，跟两个都是北极冲上，当然能量不一样，所以我就去算一算差多少，结果算出来以后比真正实验的
14、差别小了一千倍，所以他说我完全不懂，他用了一个英文字，说是这个问题是Out of my depth ，Out of my depth中文就是深不可测，他完全不懂这是怎么回事，那么恰巧那个时候一个跟他差不多年纪的年轻人，Heisenberg（海森堡），到波尔那去访问，波尔就跟他讲说高斯秘特做这个问题做不出来，你去研究研究，结果还四报花了两三天就把最重要的一点讲出来，这个最重要的一点是说它不是磁矩的引力，是因为这两个一个是平行，一个是不平行，这要影响整个这个波函数的对称性，那么这个对称性不一样，就影响它们Coulomb（库仑）相互作用，而库仑相互作用是非常大的，这是他的基本道理，而且他厉害的地方海
15、森堡厉害的地方就是你去看他的文章，他并没有完全懂这个问题，他这个东西都有点模模糊糊的，可是他看见了重点，他说这个问题跟泡利的不相容原理是极为密切的，有关系的，怎么知道呢？因为他那时写的信给泡利，他说我现在在研究这个问题，他里头还有一个很有意思的话，他说我现在研究这问题把你所认为不可了解的不相容原理给了解了，泡利不同意，泡利一致认为他这个不相容的原理是一个天上掉下来的，不能够用普通的方法讲的，可是你如果看海森堡，他并没有完全懂，海森堡的特点是他在模模糊糊之中就抓住一个东西不放，那么他这个本领特别厉害，他屡屡显示出来，这个从历史观点讲出来非常重要，可是不清楚，又过了半年，另外一个年轻的人出现了，这
16、就是狄拉克，狄拉克一来的话，这个问题就完全明朗化了，而且他把费米的工作，玻色的工作，海森堡的工作都一下子网罗在里头，所以我曾经说狄拉克的文章看了以后，你就有这么一个印象，是觉得凡是对的东西他都已经讲光了，你到里头再去研究，已经研究不出来东西了，你如果了解这个历史，确实有这个现象，就是玻色也好，费米也好，海森堡也好，他们都找出来非常重要的东西，可是不能打成一片，狄拉克一来这一下子完全开朗，所以今天我们的了解是狄拉克的最后了解的，所以后来大家叫做费米搭拉可统计，玻色爱因斯坦统计，这个当时是不朽的贡献。那么我刚才讲的这一段只是一两年之间，可是这里头所发生出来的观念上的影响一直延续多今天，包括刚才讲的
17、玻色爱因斯坦凝聚，还包括以后我刚才讲相信20年30年以后还要继续发生重要的影响。杨振宁教授：我给大家讲这些故事有两点，一个是大家都知道全世界现在都知道科学技术的发展是对于整个世界啊，对于每一个地区，每一个国家都有决定性的影响，中国提出来科教兴国这个口号也是很及时的，这个科教兴国里头所要包含的内容非常之人广，那么我知道念工的，念理的人，当然知道他们可以在他们前途对于科教兴国有些贡献，那么当然也可以问说是念文的人可以有什么样的贡献？这个不是我今天所要讨论的题目，念文的人能够有贡献的地方多得不得了，不过我要特别讲出来的，就是我觉得对于科普还有科学史这个我觉得是很值得注意的，所以比如说一个人特别会写文
18、章那么他如果能够把一些近代科学的发展用浅易的语言介绍给小学生、中学生、大学生，我想这个是有重大的贡献的，我自己亲身的经历，我在30年代在当时的北平我进的是崇德中学，现在是绒线胡同的31中，那时候我喜欢看的一个杂志叫做中学生，这中学生杂志里头经常有一位叫做刘薰宇的，他是念数学的，我父亲认识他，我父亲也是念数学的，那么他就写了很多文章在中学生里头，我记得在座念理工的人知道有所谓排列跟组合，排列跟组合与对称有极为密切的关系，这个与我刚才所讲的问题以及我自己这许多年的工作都有决定性的关系的，这个排列跟组合里头的一些基本的观念我就是从中学生里头，从刘薰宇的文章里头所最先看到的，所以我想如果有人对于这一类
19、发生兴趣，我认为这是个很值得继续下去的行业，而且我觉得像北大这样子的学校，是不是值得考虑也许你们已经有了，设立一个专业，这个专业是专门是对于科技发展的通俗语言的报道，这个现在在上很多国家都已经有这个专业了，另外，我所以刚才给大家讲了这么长的关于玻色爱因斯坦这个故事，是有底下这个意思，就是今天因为中国的经济情形发展，所以对于年轻的人我想走道一个比较应用的方向，或者是走到赚钱的方向是吸引力很大，我并不反对一个年轻人走道应用的方向或者走到赚钱的方向，事实上我一直觉得，假如你要问以后30年、50年，整个世界科技的发展，是科跟技哪个方向变得更重要？我一直认为技比起科这个比重在以后三五十年会增加，这个原因
20、重担，就是因为到了20世纪的末年，到了21世纪的初年，科技原理的发展，已经开辟了广阔的天地，在这个广阔的天地里头能够有应用，这个方向是夺得不得了，那么，你把今天跟50年以前科技的前沿的发展，科跟技的比，你就可以看出来这一点就是今天，技荸荠科来，比50年以前，比重增加了，可是并不因为这样子就认为科不重要了，科当然是非常的重要，没有量子力学的发展，量子力学当初跟技一点关系都没有，这个玻色爱因斯坦将来必定要跟技发生极为密切的关系，可是如果没有一九二几年科的发展，当然就没有今天技的发展，而且技的发展跟科的发展对于一个研究工作人的吸引力是不同的一种吸引力，那么，我想对于科学的发展，有特别兴趣的年轻的人，
21、我希望他们继续能够向这个方向发展，这对于他们自己以及对于整个国家前途的科技发展我想都会有很大的好处。 我想能够讲的方向很多，这样好不好，看哪位要希望我讲什么东西，我跟大家谈谈好了。问题：杨教授我有一个问题，我听过一种说法，说可以把学者划分两种类型，一种是 Woollyminded Professor，另外一种就是Clearminded Professor，用中文通俗点讲一种是像羊毛头脑的一得教授，就是说他可能问题，他自己搞的不是很清楚，但是他往往在那种碰撞之中就会发现一种很有突破性的东西，就像你刚才所讲的一个物理学方面的一个科学家一样，但名字我记不清楚了，另外一种就是Clearminded P
22、rofessor，您认为这两种素质究竟是天生的还是后天获得的？第二个问题就是从科学历史的角度来考察，这两种类型的学者哪一种对科学发展最有贡献？第三个问题就是您认为您自己属于哪一种类型的学者？谢谢！杨振宁教授：我想我是跟海森堡那个办法，我不太欣赏，海森堡的办法，这个我想各个人不一样，所以我给这样一个回答，一部分道理是因为我对于数学的结构比较接近，那么，海森堡他在早年的时候他不喜欢数学，比如说，量子力学，那个时候他所发明的叫方正力学，方正力学后来就演变成量子力学，他这个方正力学，写下了方程式他不会解，是泡利过了几个月把它解了，使得氢原子的光谱在这里头解决出来了，海森堡没有这个数学的修养，能够做这样
23、复杂的数学的计算，而且事实上，他写出来这个第一篇文章，根本他不知道他所写的那个数学矩阵，因为他那时候太年轻，他又对数学不特别喜欢，所以他没有念过矩阵，所以他 这个文章是1925年夏天写的，写出来了以后，现在叫做One man paper，一个人的文章，他把这个文章留下来，给他的当时的，他那时候是一个博士后，那个实验室的主任，那个教研室的主任Max Born（玻恩），比特大了十几岁，玻恩数学修养比较深，所以玻恩一看就知道原来海森堡在搞的这个东西像是一个矩阵，于是玻恩就跟另外一个年轻人叫约乔丹，他们两个人写了一篇文章，这个文章现在叫Two Man Paper，这个文章指出来，说海森堡在里头那些很复
24、杂的公式，其实是一个矩阵的公式，然后海森堡回来的，因为海森堡他有敏感，花粉什么的他敏感，所以他就出去度假去了，他回来以后呢，他三个人合写了一个文章，那个文章信号现在叫ThreeManPaper，这个OneManPaper，TwoManPaper，ThreeManPaper，就是奠定量子力学最初的几篇重要的文章，那么你如果看过这些文章你就会知道，他的这个海森堡的想法是一个模模糊糊的，而且跟数学的距离很远，可是非常有意思的是，到了他七十几岁的时候，今年（2001年）也是海森堡100周年的生日，今年（2001年）12月5日，那么他在晚年的时候，他是七十几岁过去的，他在晚年的时候，写他的回忆录，那个里头，他说数学非常之重要，这个原因就是因为他的经历，告诉了他，有许多结构是从数学来的，那么，事实上他还讲了这么一句话，他说在1923、1924、1925（年）的时候，我们，他所谓我们住是是德国的一些理论物理学家，尤其是他们几个年轻的人，像他还有泡利，他说我们已经达到了山穷水尽的地步，我们就是不懂怎么我们所做的这些东西又像是对的，又像是错的，有些地方，跟实验极为符合，可是有些地方你仔细再追究一下就完全错误，然后忽然，我们发现到了一些数学的公式，我们了解到，数学能够做我们所不能做的事情，这个与他晚年改过来了，觉得数学是很重要的这点有密切的关系。
