杨老一路走好！杨振宁的学术成就及其对现代物理学的深远影响

2025 年 10 月 18 日，物理学界的一颗巨星陨落。诺贝尔物理学奖得主、中国科学院院士、清华大学教授杨振宁在北京逝世，享年 103 岁。这位跨越了一个多世纪的科学巨擘，以其 "杨 - 米尔斯理论"、"宇称不守恒" 和 "杨 - 巴克斯特方程" 三大理论体系，为现代粒子物理、统计物理和数学物理奠定了坚实基础。他的工作被美国富兰克林学会与牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦相提并论，南开大学友葛墨林院士曾评价其理论 "开辟了物理研究新境界，奠定了 20 世纪后半叶高能物理的理论基础"。今天，我们回望这位科学大师的学术生涯，探寻他如何以深邃的洞察力和卓越的创造力，重塑了现代物理学的发展轨迹。

宇称不守恒：颠覆经典、直指诺贝尔

20 世纪中叶的物理学界，宇称守恒如同一条不容置疑的真理。科学家们普遍相信，物理规律在镜像世界中应当保持不变，就像我们的左手和右手虽然对称却无法完全重合，但遵循的物理法则是一致的。然而，一个困惑学界的 "θ-τ 之谜" 悄然出现：两种介子 θ 和 τ 具有相同的自旋、质量、寿命和电荷，却在衰变时表现出不同的宇称 ——θ 衰变产生两个 π 介子，而 τ 衰变产生三个 π 介子。这个矛盾如同乌云笼罩在粒子物理学的天空。

正是在这样的背景下，34 岁的杨振宁与 30 岁的李政道于 1956 年提出了一个大胆的假设：在弱相互作用中，宇称可能并不守恒。他们在论文中指出，所有关于宇称守恒的实验证据都来自强相互作用和电磁相互作用，而在弱相互作用领域，这一守恒定律从未得到过严格验证。这一观点直接挑战了物理学界长期信奉的对称性观念，犹如在平静的湖面投下了一块巨石。

为验证这一假设，杨振宁和李政道设计了一系列可行的实验方案，其中最具决定性的是由华裔物理学家吴健雄领导的钴 - 60 原子核 β 衰变实验。1957 年初，吴健雄团队在极低温条件下，使钴 - 60 原子核在强磁场中定向排列，精确测量其 β 衰变过程中电子的发射方向。实验结果令人震惊：电子更多地向一个特定方向发射，而非镜像对称的两个方向均匀分布。这一发现无可辩驳地证明了：在弱相互作用中，宇称确实不守恒。

消息传出，全球物理学界为之轰动。同年 10 月，诺贝尔奖委员会宣布将当年的物理学奖授予杨振宁与李政道，使他们成为首批获得诺贝尔物理学奖的华人科学家。这一理论不仅解决了 "θ-τ 之谜"，更开启了 "对称性与守恒律" 研究的新纪元。诺贝尔委员会评价指出："他们的发现为现代粒子物理学奠定了思想基础"。美国能源部科学与技术信息办公室后来指出："因为他们的工作，所有关于宇称的科学理论都必须重新审视。" 这一突破被视为华人科学家登顶世界物理巅峰的起点，也为后续粒子物理标准模型的建立提供了重要思想启迪。

杨 - 米尔斯规范场论：现代物理学理论基石之一

在提出宇称不守恒理论的两年前，1954 年，杨振宁与美国物理学家罗伯特・米尔斯合作发表了一篇题为《同位旋守恒和同位旋规范不变》的论文，提出了非阿贝尔规范场理论，即后来闻名于世的 "杨 - 米尔斯理论"。这一理论的诞生，源于杨振宁对物理学中对称性的深刻思考 —— 他试图将电磁学中的规范对称性推广到更广泛的物理领域。

当时的规范场理论正处于停滞状态。自爱因斯坦 1916 年建立广义相对论，提出引力场的几何化描述后，物理学家们一直试图将这种几何化思想推广到其他相互作用，但始终未能突破。杨振宁与米尔斯的工作打破了这一僵局，他们将 "对称性" 置于场论的核心地位，构建了一个能够描述基本相互作用的统一数学框架。这一理论的精妙之处在于，它不仅包含了已知的电磁相互作用，还为描述强相互作用和弱相互作用提供了全新的数学语言。

杨 - 米尔斯理论最初面临着一个重大难题 —— 规范场粒子的质量问题。按照理论预测，传递相互作用的规范玻色子应当是无质量的，但现实中除了光子外，其他传递基本相互作用的粒子都具有质量。这一矛盾使得该理论在提出后的 20 年间被视为纯粹的数学构造，未能立即获得物理学界的广泛认可。直到 20 世纪 70 年代，随着希格斯机制的提出，这一难题才得到解决，杨 - 米尔斯理论的真正价值终于显现。

以此为基础，格拉肖、温伯格和萨拉姆成功建立了电弱统一理论，将电磁相互作用和弱相互作用统一起来，三人因此获得 1979 年诺贝尔物理学奖。随后，描述强相互作用的量子色动力学（QCD）也在杨 - 米尔斯规范对称性的基础上发展起来。今天，这一理论已成为粒子物理标准模型的数学基石，描述了自然界中除引力外的三种基本相互作用。杨振宁曾表示："我只是种下了一棵树，后来人让它长成了森林。" 事实上，这棵树不仅枝繁叶茂，更孕育了整个粒子物理学的森林 —— 据统计，直接基于杨 - 米尔斯方程获得的诺贝尔奖已有 7 项，相关的菲尔茨奖 6 项，其影响之深远可见一斑。

物理学界普遍认为，杨 - 米尔斯理论是继爱因斯坦相对论之后对基础物理的又一次深刻几何化，是 "20 世纪后半叶基础物理学最重要的成就"。它的数学形式优美而深刻，将物理规律的对称性提升到了新的高度，几乎所有高能物理的方程式、粒子对撞机的理论预测、宇宙早期的能量模型，都离不开 "杨 - 米尔斯场" 的身影。理论物理界甚至称其为 "继牛顿力学与量子力学之后的第三次结构革命"。

杨 - 巴克斯特方程：打开数学物理研究新天地

杨振宁的科学视野并不局限于粒子物理与场论领域。1967 年，他将目光转向统计物理中的一维量子多体问题，发现了描述这类系统的关键方程式。值得注意的是，英国物理学家巴克斯特在 1972 年研究统计力学模型时，独立提出了具有相同数学结构的方程。这一重要发现后来被命名为 "杨 - 巴克斯特方程"，成为连接物理学与数学的重要桥梁。

杨 - 巴克斯特方程的核心意义在于，它描述了粒子在相互作用中的 "交换关系" 如何保持系统整体的可积性。在统计物理中，可积系统是一类具有精确解的特殊系统，而绝大多数物理系统由于相互作用复杂难以求解。杨 - 巴克斯特方程的出现，为解决一维量子多体问题提供了全新思路，使得原本难以处理的复杂系统变得可解。

这一方程的影响远远超出了统计物理领域。它直接促成了数学中 "量子群" 这一新领域的兴起，为拓扑学、代数学等数学分支带来了新的活力。在低维量子理论研究中，杨 - 巴克斯特方程成为描述量子纠缠和拓扑序的重要工具，对量子计算的发展也产生了深远影响。今天，杨 - 巴克斯特方程已成为数学物理交叉领域的核心研究对象，其优美的数学结构和深刻的物理内涵，展现了杨振宁将物理直觉与数学形式完美结合的非凡能力。

杨振宁在统计物理领域的贡献不止于此。他早年对二维伊辛模型的精确解研究，以及后来对量子霍尔效应的理论探索，都推动了凝聚态物理的发展。这些工作展现了他学术视野的广度 —— 从最微观的粒子相互作用，到宏观的统计规律，杨振宁始终站在物理学多个分支的前沿。

杨振宁学术成就对现代物理学的综合影响

杨振宁的学术生涯跨越了物理学的多个领域，他的三大理论体系 —— 宇称不守恒、杨 - 米尔斯规范场论和杨 - 巴克斯特方程，并非孤立存在，而是相互关联，共同构成了现代理论物理的重要支柱。宇称不守恒打破了传统对称性观念的桎梏，为粒子物理研究开辟了新方向；杨 - 米尔斯理论提供了描述基本相互作用的统一框架，成为标准模型的数学基础；杨 - 巴克斯特方程则架起了物理与数学之间的桥梁，推动了统计物理和低维量子理论的发展。这三大成就相互呼应，共同重塑了 20 世纪后半叶物理学的发展轨迹。

在理论发展层面，杨振宁的工作不仅解决了当时物理学界的重大难题，更改变了人们对物理世界的基本认知方式。他将对称性思想提升到了前所未有的高度，使 "规范对称性" 成为现代物理学的核心概念。今天，从粒子加速器中的高能碰撞，到宇宙早期演化的理论模型，再到量子材料的设计与制备，无不存在杨振宁理论的深刻影响。他的工作启发了一代又一代物理学家，正如诺贝尔物理学奖得主丁肇中所言："中国人在国际科学上有建立不朽之功勋者，乃自杨振宁始。"

杨振宁的学术风格融合了东西方文化的精髓。美国物理学家弗里曼・戴森评价他是 "继爱因斯坦和狄拉克之后，20 世纪物理学的卓越设计师"，兼具 "爱因斯坦的深广、笛卡尔式的纯粹和费米的厚实有力"。他对数学美的追求近乎执着，曾提到："这是一首很美的诗。当我们遇到这些浓缩的结构时，我们就会有美的感受。当我们发现自然界的一个秘密时，一种敬畏之情就会油然而生。" 这种对科学美的追求，使他能够在复杂的物理现象中提炼出最本质的规律。

在国际学术界，杨振宁享有崇高声誉。他是美国国家科学院、英国皇家学会、俄罗斯科学院等十余个国家和地区科学院的院士，获得包括拉姆福德奖、美国国家科学奖章、富兰克林奖章、爱因斯坦奖章在内的众多荣誉。这些荣誉不仅是对他个人学术成就的肯定，更是对中国科学家在世界科学舞台上地位的认可。

杨振宁始终心系祖国科学事业的发展。1971 年，他克服困难回国访问，成为中美关系缓和后首位访华的美籍华裔科学家。返美后，他积极向世界介绍中国的科技发展，推动中美科学交流。他帮助中国学者出国深造，吸引海外人才回国服务，为中国物理学界培养了一批杰出人才。2003 年，杨振宁回到清华大学定居，创办高等研究院，致力于提升中国理论物理研究水平。他常说："我为自己的中国血统和背景而感到骄傲，同样，我为能致力于作为人类文明一部分的、源出于西方的现代科学而感到自豪。" 这种对中西文化的深刻理解，使他成为连接东西方科学的重要桥梁。

杨振宁的科学人生，体现了 "宁拙毋巧，宁朴毋华" 的治学格言。95 岁高龄时，他坚持要在著作封面照片下注明拍摄年份，只因 "95 岁的人不该装年轻"；与人讨论学术问题时，他总是耐心倾听年轻人的见解，"听到感兴趣的内容就记下来，有不懂的地方，还要追着去问"。这种求真务实、谦逊平和的治学态度，与他的科学成就一样，值得后人敬仰。

结语

杨振宁的离去，标志着一个科学时代的结束。这位跨越了一个多世纪的科学巨匠，以其深邃的洞察力、卓越的创造力和不懈的探索精神，在现代物理学的多个领域留下了不可磨灭的印记。他的工作不仅解决了当时物理学界的重大难题，更重塑了人类对自然界基本规律的认知方式。从宇称不守恒的革命性发现，到杨 - 米尔斯规范场论的宏伟架构，再到杨 - 巴克斯特方程的数学精妙，杨振宁始终站在科学的最前沿，以数学的优雅和物理的深刻，揭示宇宙的深层奥秘。

今天，当我们使用粒子对撞机探索物质本源，用量子计算机模拟复杂系统，或是用统一理论描述宇宙演化时，都无法回避杨振宁理论的深刻影响。他播下的种子已长成参天大树，他开辟的道路正引领着新一代物理学家继续前行。正如他在诺贝尔奖获奖致辞中所说："我已献身于现代科学，并将竭诚工作，为之继续奋斗。" 杨振宁的科学精神和学术遗产，将永远激励着后人在科学探索的道路上勇往直前。

在物理学的历史长河中，总有一些名字如同璀璨的星辰，照亮着人类认知宇宙的道路。杨振宁无疑就是其中之一。他的学术成就不仅属于中国，更属于全人类文明的宝贵财富。当我们回望这位科学大师的百年人生，看到的不仅是一位物理学家的辉煌成就，更是一种追求真理、探索未知的科学精神 —— 这种精神，将永远指引着人类在科学的道路上不断前进。