杨振宁逝世：纪念这位伟大的物理学家

中午在地铁上突然间看到一条新闻：杨振宁先生因病在北京逝世，享年103岁。

我高中的时候上的是物理竞赛班，也一直和其他的竞赛生保持联系，几乎就在那么十几分钟内，10来位同学都转发了相关的文章，表示纪念。这篇文章也就向杨先生致敬，并试图用最简洁的语言告诉大家杨先生的研究究竟对我们意味着什么。

公开的资料显示，杨振宁先生1922年出生于安徽合肥，1929年随父母来到清华园。1938年考入西南联合大学，1942年入清华大学研究院，1944年获理学硕士学位，1945年作为清华大学留美公费生赴美留学，就读于芝加哥大学，1948年获博士学位后留校工作。1949年加入普林斯顿高等研究院，1952年任永久研究员，1955年任教授。

而他人生中最光亮的事情发生在1954年，他和同事米尔斯提出了杨—米尔斯规范场论。这个理论直接奠定了后面的粒子物理标准模型，我们今天看新闻看到的什么缪子、陶子的研究，其实研究的都是这个标准模型的产物。同时它把现有的4种相互作用中的三种都统一了起来，用一个方程表示，这个意义非常重大。

物理学的发展并不像很多人所理解的那样是“真理战胜愚昧”，因为首先在这个学科里真理的概念本身就是相对的，对于牛顿的那个年代而言，牛顿力学就是真理，但对于相对论出现以后的物理它就是错的，爱因斯坦的相对论方程才是“对的”，如果真的要描述成真理战胜愚昧的话，那请问牛顿力学到底是真理还是愚昧？所以真正的物理学发展的过程是追求更简洁、更全面、更准确的模型的过程，并不是要否定前人的研究，而是要在前人研究的基础上尽可能解释更多的事情、达到更高的精度。

因此除了开发新的理论、解释新的现象之外，把前有的不同方面的模型用同一个新模型来解释，也是重要的研究方向，爱因斯坦晚年就一直在做这件事，只可惜没能成功。物理学一共有4种相互作用：引力、电磁力、强相互作用（原子核当中的质子和中子能够被结合起来就是因为这个）和弱相互作用（它制造了诸如核裂变等现象），而粒子物理标准模型能够把除引力之外的其他三种相互作用全部统一起来解释。这个模型的建立就要归功于杨振宁先生和米尔斯的贡献。

这其实是他最重要的贡献，但是很遗憾的，这并不是他获得诺贝尔奖的发现。诺贝尔奖的问题在于首先它只颁给活人，其次只颁给能够被实验完全证实的理论，因此爱因斯坦虽然最重要的贡献是狭义和广义相对论，他最终获得诺贝尔奖却是因为光量子方面的研究，因为当时的人们还没能完全证明狭义和广义相对论的正确。杨先生的这个贡献还没有走到这一步，因此也没能获奖。虽说如此，后面的丁肇中、希格斯等七八名诺奖得主的研究，都是杨先生成果的沿伸。

真正让杨先生获得诺奖的是1956年的宇称不守恒研究，这个事儿在所有的纪念杨先生的文章中都提到，但很遗憾，我还没有看到有人详细地解释这究竟是什么意思。最简单来说，杨先生解决一个从古至今困扰着人类的千古谜题：究竟什么是左，什么是右？

我们当然知道人有左手右手，左脚右脚，但是人能说清楚一只手是左手还是右手，并不意味着他真的懂左右的概念。我们就假设一个场景：某天外星人来到了地球，我们需要向他们解释我们的各种各样的规矩和概念，我们该怎么让他们明白左和右呢？如果他们也有两只手臂，也是左右对称地长着，那还很简单，我们就告诉他们“这只手的这边是左，那只手的那边是右”即可，但如果他们的两只手是上下长的，或者像章鱼一样长了8只手，又该怎么办呢？

或者我们假设我们正在照镜子，那在镜子当中，我的左边其实是镜子中人的右手边，右边其实是镜中的左手边。我们该怎么向镜子中的人解释什么是左什么是右呢？

左右分不清，那上和下、顺时针和逆时针其实也分不清。我们当然是认为靠近地面的方向是向下，靠近天空的方向是向上，但这只对我们的日常生活有用，因为如果真这样定义的话，我们和美国人定义的上下是完全反着的，因为地球是个球，他们和我们在相反的两边，因此“靠近我们的地面的方向”，其实也就是美国人朝向天空、远离地面的方向。晚清时期的外交官刘锡鸿就用这种上下的颠倒来解释他们的制度和我们为什么不同，这当然是个笑话，但至少说明我们确实没法从物理学上说明什么叫上下左右顺时针逆时针。

归根结底，我们的物理学规律其实并不随着上下左右的改变而改变，也就是说镜像对称后，不会改变物理学规律。这其实就对应一种守恒。20世纪初的时候，著名的女物理学家诺特（可以搜一下照片，是个挺漂亮的女物理学家）在数学上证明，每一个这样的对称性都拥有一个守恒量，比如说如果关于时间变换对称，也就是说随着时间的变化，物理学规律不变化，就对应着能量的守恒，关于空间变化对称（改变空间不导致物理学规律的变化），就对应着动量的守恒。而对于我们提到的上下左右的镜像对称，也自然对应一个守恒量，这个守衡量就叫做宇称。

因此我们介绍后就发现，宇称守恒基本上是人的直觉，也正是因为宇称是守恒的，所以我们在一个物理学实验中做出左右上下的镜像变化后，不会有结果的不同，于是我们不能用物理现象、物理实验的结果来说明什么是左什么是右。这很要命，因为像秒、米这样的单位其实都是用物理实验来证明的，比如秒就是用铯原子的震荡来定义，这种原子在基态下震荡9192618770次就是一秒。因此如果我们想向外星人介绍秒的概念很容易，让他们去做铯原子的震荡实验即可，但对于左右的概念，做不到。

直到杨振宁先生和李政道先生以及吴健雄女士出现。杨先生在1956年和李政道先生一起在理论上发现，在弱相互作用下宇称是可以不守恒的，随后吴健雄女士做了快速而精准的实验，证明了杨先生和李先生的理论。最终杨先生和李先生在下一年获得诺贝尔物理学奖，但很遗憾，吴健雄女士竟然被落下了。

所以我们现在终于能向外星人解释什么叫上下左右、顺时针逆时针了，作为高等智慧生物他们应该知道，物体的粒子自己也是在旋转的（自旋），应该也知道这会让原子形成一个自己的磁场，因此如果我们施加一个外界的磁场的话，可以让这些原子都指向同一个方向。我们可以请他们重新做一遍吴健雄女士的实验：找到钴60这种原子，施加磁场，让他们朝向同一个方向。如果真是宇称守恒，物理学规律是对称的，应该在旋转轴线的上下两个方向都能检查到衰变出来的贝塔射线（中子）。但是事实上我们只能在一个方向检测到，这就让这个方向在物理性质上不同于那个与它相反的方向，这就分清了上下左右和顺逆时针了。

听起来好复杂，不是吗？但这就是物理。而且如果实验本身就很难，那就更可想而知从理论上证明这个东西存在的难度。杨先生研究的东西都很高深，尤其是他做出的最大的贡献杨米尔斯规范场论，这个理论难度极大，最顶尖的物理学的博士生不要说从事这方面的研究，哪怕能看懂他们写的论文都算是相当出类拔萃的了。

所以杨先生获得的尊敬，很大程度上都来自于圈内，相当多的人其实根本都没搞明白他究竟厉害在哪，因此他被关注的恐怕都是一些与物理学无关的东西。只是这些东西并不影响他在学术上的地位，也更不会影响我们纪念他、崇敬他。他最需要被人记住的是他的物理学成就，这也是物理学家的全部意义所在。