著名华人物理学家、诺贝尔物理学奖得主李政道教授,因病医治无效,于美国时间 8 月 4 日在旧金山逝世,享年 98 岁。
李政道教授 1926 年出生于中国上海,是 20 世纪最伟大的物理学家之一。
1956 年,他与同事杨振宁共同提出了宇称不守恒的理论,这一突破性的发现彻底颠覆了物理学界长期以来关于对称守恒的传统观念。次年,这项重大成果为他们赢得了 1957 年的诺贝尔物理学奖,使他们成为了该奖项历史上最年轻的获奖者之一。
在其辉煌的职业生涯中,李政道教授在高能物理学、统计力学和场论等多个领域做出了卓越贡献,发表了一系列具有深远影响的学术论文。他的研究成果不仅极大地扩展了人类对粒子物理的理解,还在标准模型和宇宙学理论的发展中发挥了关键作用。
除了是一位杰出的科学家之外,李政道教授还是一位充满热情的教育家和科学使者。他积极促进中美两国之间的科学交流与合作,并在中国创立了李政道奖学金,以此激励和培养了无数年轻物理学家。他还积极参与并推动了中国高能物理实验室的建设和发展,为中国科学技术的进步留下了不可磨灭的印记。
自 1972 年起,李政道多次回国进行学术交流与讲座,并积极为我国科学教育事业的发展提出宝贵建议。中国改革开放后,他更是不遗余力地推动中国科学教育的进步,为中国的科学教育战略布局、高能物理的前沿探索、高层次人才培养以及国际间的学术交流与合作作出了不可替代的贡献。
李政道教授的一生不仅充满了对科学探索的无限激情,更体现了他对教育和社会责任的深刻理解与不懈实践。
以下是李政道一生中的部分精彩篇章:
1. 宇称不守恒的发现: 1956 年,李政道与杨振宁合作提出弱相互作用中宇称不守恒的理论,这一重大发现颠覆了当时物理学界的普遍认知。次年,这一理论得到实验验证,李政道和杨振宁因此共同获得 1957 年诺贝尔物理学奖。这项成就被认为是 20 世纪物理学的重大突破之一。
2. 量子场论贡献: 1954 年,李政道发表了量子场论中著名的「李模型」理论,对探讨量子场论基本问题起到重要作用。
3. 多体问题研究: 李政道与杨振宁合作研究了量子统计力学中的多体问题,他们在 1957 年提出了二元碰撞法的一般公式,为后来量子力学中多体问题的研究奠定了基础。
4. 其他物理学领域的贡献: 李政道在核物理、统计力学、流体力学和天体物理等多个领域都有重要成果。例如,他在正反粒子变换和空间反射联合变换下不守恒问题、孤立子的量子理论、反常核态概念、随机格点规范理论等方面都做出了开创性的工作。
5. 教育和国际合作: 李政道致力于提高物理学教育质量,推广了「李氏物理学」教学方法。他还多次回国讲学,为中国科学教育事业的发展做出了重要贡献,推动了中国与国际科学界的交流与合作。
6. 学术荣誉: 除诺贝尔奖外,李政道还获得了爱因斯坦科学奖、G. Bude 奖章等多项国际荣誉。他是美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士等多个著名科学院的院士。
7. 最年轻诺奖得主: 李政道曾是第二次世界大战后最年轻的诺贝尔奖得主,这一纪录保持了近 60 年。
以天之语,解物之道
2009 年 5 月 27 日,李政道教授在上海交通大学发表演讲「以天之语,解物之道」,以下为全文:
今天是我非常兴奋的一天,我是上海人。所以很高兴能够在上海跟各位同学一起讨论一下我一生最喜欢的科学。科学是怎么来的?科学跟自然界的关系是什么?今天来跟大家讨论一下,我们怎样可以了解一些天跟天之间的语言,从这个了解来解对物质的道。
我从 400 年前开始讲起,要讲的是四个小题目,第一个望远镜的发明,一个是中国古代的天体物理,然后是 20 世纪的物理发展,最后是 21 世纪的背景。
第一,望远镜的发明。400 多年前,1608 年的秋天,在欧洲传播着一条关于望远镜的新闻。不久伽利略就发表了他划时代的著作「星际信使」。伽利略说,「在 10 个月之前,有一条消息传到我的耳朵,说有一位叫 Fleming(今荷兰、比利时之间)地区的人建造了一种小望远镜,利用这种望远镜可视物体,虽然位于离眼睛比较远的距离,仍然可以被清晰的观察到,好像它就在眼前。」伽利略知道这个消息,但是望远镜是一个秘密,因为望远镜发明以后,给每个政府都会作为间谍使用。伽利略听说它有两个镜头,然后他自己磨,伽利略自己做的望远镜,比最开始的望远镜好了差不多十几倍。这是伽利略当时做的望远镜,现在意大利的弗罗伦萨博物馆。
在 1610 年,他看了木星,这是他当时自己的记录,我们看到从 1 月 7 日在同一个星期他的观察和了解。这是一个惊人的发现。而对现在的科学,对人类的知识这是一个了不起的大事。他看到 1 月 7 日木星的右边和左边有三个亮的小星。那个时候大家不知道和木星有什么关系,第二天发现都跑到右边了。到 1 月 10 日,发现两个到左边了,到 1 月 11 日又是两个,但是大小不一样了。到 12 日发现又有两个,但是右边也有了一个。到 1 月 13 日,他发现了有四个。他就了解到,这些小星是木星的卫星,是绕着木星走的。一直到最近我们才发现了第五个。这是一个非常了不起的非常大的发现。影响了 400 年前到今天,也影响到今后的几百乃至几千年的科学发展。
1591 年伽利略已经非常有名了,他提出「惯性质量和引力质量等价」,建立了理论的基础。刚刚讲到木星的四颗卫星,在 1632 年,伽利略举他一生之大成写了一本书叫《对话》,写出了他对科学、物理全部的观念。1633 年 6 月 12 日伽利略被关起来了,在教皇的命令下,不准演讲、教导、和朋友讨论学术。四年后他的眼睛瞎了,再五年后病逝。同年,也就是 1642 年 12 月 25 日,牛顿诞生了。两年之后,崇祯自尽,明朝灭亡。这里告诉我们这个时间段是什么?也是我讲的第一点:伽利略的伟大。
统治阶层不允许他做科学,他后来非常的惨。可是假如说那个时候罗马教皇的政府力量可以把全部的欧洲人都统一起来,牛顿诞生以后也没有用的,但他仅仅是统治了欧洲中部的地区。罗马教皇的势力是远远不及中国古时候的帝王的势力的,为什么中国没有近代科学?中国帝王统治太严厉是重要原因。就是因为当时统治者没有全部统治欧洲,英国不在罗马教皇统治之下,所以近代科学得以发展,牛顿才得以发展。这是 1991 年中国人民邮政的一个纪念伽利略第一个重要发现的邮票和纪念封,这是我设计的。这个图片是 1993 年 5 月 8 日,梵蒂冈教皇要平反伽利略,向全球科学家道歉。这个教皇的名字叫约翰·保罗二世,他向全世界科学家道歉,承认错误。
他讲完了以后,我代表全球的科学家发言。我是这样说的,当时宗教统治控制科学是错误的,他不准伽利略自由的研究。400 年前的教皇认为只有一个是对的,就是所有东西都绕着地球在转,那个时候伽利略认为这个不对,他认为是小的围着大的转的。而我们现在来看,地球绕着太阳转,和太阳绕着地球转都是对的。
第二,中国古代的天体物理。为什么中国没有近代科学?这里有两个问题,中国没有近代的科学,跟中国没有科学这是不一样的。中国从古代开始很有科学。可是近代科学的发展,是一个不得了的发展,而这个在欧洲的话,假如说罗马教皇是完全统一欧洲的话,你就是有伽利略也没有近代科学。而中国的明朝是最保守的,而且明末清来,整个近代科学也是没有的。我们来看看中国古代的科学。
在天体物理学当中有两个非常重要的概念,一个是新星,一个是超新星,新星的亮度大概是太阳亮度的几万倍,超新星的亮度是太阳亮度的百万万倍。这两个都是在中国发现的。这是最早发现新星(PPT 展示甲骨文),这是公元前 13 世纪,在商朝,这是甲骨文上的记载,说发现一个新的大星,我们看到这个是「新」字,你看这个字,我们看到是和现在的「新」字是非常相象的,这个图一下子就把这个意思讲出来了。这个是很大这个「星」,本来是三个方块,但是它的大小不一样,凭感觉它有点闪,所以它是一个艺术品,就是新大星的意思。这是科学的大发现,这个大发现是艺术上的大成功。
超新星的发现是在宋朝,这个写得很清楚,在白天有星亮起来了,说大如鸡蛋,每天记录他的亮度,差不多记录了一年,然后我们根据他的状况画出来,包括他的亮度的改变,这也是中国的发现。而且详细的记录了。以上这两个发现告诉我们中国从商朝开始观测,而且记录的是非常详细的。
《周礼》上写到「以苍璧礼天,以黄琮礼地」。我们说天是圆的,地是方的。可是为什么这两个都有洞,天有洞,地是方的中间还有一个圆圆的洞,为什么是这样的。这个是没有解释的。第三个也是和璧很像的,这个叫璇玑,它是三面的,中间也是圆的。这个大家可以查一下。璇玑,璇是美玉的意思,玑是精远的意思。直径八尺,圆周二丈五尺强,它当时是一个天文仪器。我自己想了一下,为什么有这样的记载。我们老祖宗的文化和西方文化的发展是不一样的。所有西方古老文化都是在海洋边的,比如埃及的尼罗河,还有古希腊,我知道唯一的古老的文化不是海洋文化的是炎黄文化,她是大陆文化。唯一的古老文化到现在还活着也是炎黄文化,也是大陆的。
所以大陆文化和海洋文化有很大的区别。我们看天空,我们想象一下,假如说是在黄土平原,这是我自己在十年前记录的一张图片。大陆的文化并不航海,往天上看,他是要知道这个星是怎么走的,发现所有的星都在转着,可是有一点是不动的。我相信璇玑和定这一点是很有关系的。而且每天晚上都是一样的。所以我假设璇玑是要找这一个点的位置,这是一个假设。
如果是这样的话,就可以理解了。它是一个圆盘式的,外围有一些凹口,这些地方根据星位来制作的,有的凹口是很宽的,我觉得这个是有意思的。我们再看一下,它要定三个星位,这三个星是要相当亮的,然后每天晚上,它把三个星定位,然后再转。中间就是它要找的位置。中间的定位,我相信它是用的一个长的管子,这个管子在中轴线是最理想的。因为它中间是空的,你找一个木的管子固定在里面。对应三个位置,每天晚上把正极的位置定住。如果说微孔直径为 2mm 的话,那么正极角位可定小于 0.013 度。我们再回过来看一下璇玑,我们看到在周商的时候就开始研究天文,在商末的时候。
现在正极的位置是北极星,它有一个规则,是两万五千年一周。所以我现在就问,什么时候在正极的位置也有一颗相当重要的星,同时旁边要有三颗大星。我们看到刚好是紫薇星,我们把这个位置推到 5000 年前的位置。在公元前 2700 年左右,那个时候的紫薇星就在这里,所以呢,刚好有三个大星。一个是北斗星,一个是紫薇星。所以很可能定极位置就是这个。那么在公元前 2700 年的时候,我们中国的天文学已经非常发达了。
紫薇星在中国非常的重要,一直在研究紫薇星,如果说我前面讲的这个是对的话,那也可以解释,为什么帝王的每一个朝代都非常的注意紫薇星。在 4700 年前左右,中国的天文学就已经非常发达了。
培根说人类文化史最重要的三大发明,就是印刷、指南针、火药,当时培根以为这些是发明于欧洲的,但是我们都知道,这是中国发明的。可是望远镜的发明是在欧洲,幸而四百年前天主教教皇的控制仅限于欧洲大陆中部,由伽利略到牛顿,开始了近代物理的发展。这里都是可以思考的,为什么中国没有近代科学,为什么西方有近代科学,这些因素有一些是有社会原因的,有一些是很偶然的。十七世纪是伽利略、牛顿,十八、十九世纪安培发现电能生磁,法拉第发现磁能生电。
第三,20 世纪物理的发展。20 世纪物理的发展,主要是相对论,量子力学和对核能的了解。这里有两位非常著名的人物,一个是爱因斯坦,一个是费米(Fermi)。在 1939 年 8 月 2 日爱因斯坦给罗斯福总统的信中是这样讲的,他说先生,我刚刚收到了费米和吉拉德最近所做的工作的予印本,他们的工作使我认为元素铀不久有可能成为一种新的重要的能源。目前已经发生的某些情况值得我们警觉,如果必要的话,政府方面必须采取迅速的行动。我知道德国占领捷克斯洛伐克后,现已停止了出售捷克斯洛伐克的铀。他们之所以采取这一及早的做法,或许可能的理解是因为德国副国务卿的儿子冯威扎克,就职于柏林凯撒·威尔汉姆研究所,该研究所现在已经在重复做美国研究铀的工作。
1942 年 12 月 2 日,康普敦通过康南特(美国当时总统的科学顾问、科技部部长)给罗斯福总统通电话。康普敦说,意大利航海家刚刚抵达了新世界。康南特问,本地人的反应如何,康普顿回答说非常友善。因为这个时候美国已经参加世界大战,费米系意籍,意美是敌国,费米属于「敌对的外国人」,所以这个电话非常的简要。
火的发现和应用开始了人类的文化,火的来源是太阳能,太阳能是核能,太阳是一个非常庞大的氢反应堆。1942 年 12 月 2 日,费米带领一个科学家队伍,第一次直接产生人类可控制的核能,不通过太阳。这是第一次我们人类可以制造能量,而不依靠太阳。这是一个巨大的转变。
我记得 40 年以前,我做费米老师研究生的时候,老师每星期都花半个整天和我单独讨论,他的训练是,让学生对一切物理问题都可以独立思考,找到答案。我这里讲一点我自己的经历,虽然说我那个时候最有兴趣的是粒子物理,有一天费米问我太阳中心的温度是多少?我说大概一千万度吧,他说你有没有自己演算过,我说「没有,因为这个计算比较复杂」。他说「一定要经过自己的思考和估计,才能接受别人的结论」。
太阳内部的温度(T)分布与亮度(L)分布方程式算起来是很麻烦的。那个时候我们算尺是很重要的,现在大家可能不知道算尺是什么,现在大家都用计算机了。算尺两边是对等的,可以把乘法和除法换成加减法,当时我们做了一个非常大的算尺,它上边是 18Log,下面是 6.5Log。
做研究工作不仅要有好的老师,还要好的老师肯一对一的教学生。那个时候 Fermi 先生非常的忙,因为当时正好是研究原子弹的时候,他对我就像对孩子一样,引导我的兴趣,跟我一起讨论了半天。整个的研究工作就像生活一样,不仅有兴趣,有意义,也很好玩。这一点大家要了解,真正的最上层的学习教育是一对一的。
104 年以前,公元 1905 年,爱因斯坦写了五篇论文,影响了全球人类的文化,因此四年前联合国决定称 2005 年是「世界物理年」。第一篇是测量分子大小的新方法,第二篇是光量子,第三篇是布朗运动,第四篇是狭义相对论,第五篇就是E="MC(2)。"
第四,科学成就对 21 世纪的影响。今天我要讲的,科学成就对于上一世纪的影响大家都知道的。科学可能对现在这个世纪,21 世纪会产生与上世纪同样的甚至更大的影响。
这一张是中国澳门的一个图,它上面写的是怎么样的宇宙,它讲宇宙的总能量中只有 5% 是已知物质的能量,其中 95% 我们都不了解,其中 25% 是暗物质的能量,70% 是暗能量。现在暗物质也是交大物理系研究的重点。什么叫暗物质,什么是暗能量,我们不知道,但是我们知道它占据了宇宙的 95%。我们现在知道的物质是由电子、质子、中子和极少量的正电子、反质子等等构成。从引力场我们知道暗物质的存在。交大物理系对暗物质的研究要有新的方向,我祝交大成功。
另外是暗能量,最近几年我们通过哈勃太空望远镜发现宇宙不仅在膨胀而且在加速地膨胀,从宇宙膨胀的加速度我们判断有暗能量的存在。我认为之所以有暗能量,是因为天外有天,也就是说我们的宇宙之外可能有很多的宇宙。我们要找到其他的方法来把它找出来。
最近一篇我的文章,我认为核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连,如果说这个观点对的话,我们通过核能来把暗能量结合起来。通过很高的能量,100Gev 把原子核对撞,中间产生一个真空,这个真空密度突然增加,自由度也突然增减,这一块我们是可以探讨的。这是 LHC 的 ATLAS 探测器。暗能量在我们的宇宙当中占据了如此重要的位置,而爱因斯坦是最早提出这个观念的,所以爱因斯坦对 21 世纪的科学发展的影响,很可能比 20 世纪更大。了解暗物质、暗能量是对今天的研究物理最大的挑战。
1952 年,我和杨振宁合作写了两篇统计力学的文章,爱因斯坦请他的助手考夫曼来找我们询问能不能和他一起讨论一下。我们非常的兴奋,我们走到他的办公室。他的桌子上就放着我们的文章,他说我看了这两篇文章,觉得很有意思。他问了我们文章中的细则,他的问题都着重于物理的基本概念,我的回答使他很满意。他说的英语有相当重的德国口音,而且讲得很慢。我们讨论的范围很广泛,讨论了一个多小时。最后他站起来和我握手,并且和我说,祝你未来在物理学中获得成功。我记得他的手大,厚而温暖,对我来讲,这实在是一次最难忘的经历,他的祝福让我深深的感动。
我们讨论就在这张桌子前,三年后,爱因斯坦过世了,这张照片是在他过世之后一两天照的。这是他住的房子,这个房子也是非常简单的,这是爱因斯坦笑咪咪的样子。他每天从这个地方步行半小时到研究所,每天两点的时候,差不多回去。我们纪念四百年前望远镜的发明,我们纪念 100 多年前 1905 年爱因斯坦对物理的贡献。
我们的地球在太阳系是一个不大的行星。我们的太阳在整个银河星云系四千亿颗恒星中也好像不是怎么出奇的星。我们整个银河星云系在整个宇宙中也是非常渺小的。可是,因为有我们发扬炎黄文化的祖先,因为四百年前望远镜的发明,也因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过,我们这颗黄土蓝水的地球就比宇宙的其他部分有特色,有智慧,有人的道德。
现 场 互 动
提问:尊敬的李教授你好,非常欢迎您来交大。非常激动可以在此和您面对面的交流,众所周知,您是一位非常博学的大师,您不仅获得过科学的学位,还获得过文学学位,您两方面都非常的重视。我想问一下,对于科学和文化在您成长和成功的道路当中分别扮演什么样的角色,您对文学的研究对您的科学研究有什么样的帮助?
李政道:在外国和在中国不一样,所谓的文学博士,实际上就是非科学博士,他并不一定是中国所说的文学。这个是我要解释的,有文学的名誉博士的,并不表示你对文学有贡献。只是说对非科学的有贡献,而且这个学位也是人家给我的,而不是我自己接受的。
提问:尊敬的李教授,感谢您精彩的报告,非常激动可以问您一个问题。您曾经在公共场合提到过,(䇹)政学者的教育模式,您为什么提出这种教育模式呢?
李政道:这是 10 年前我的夫人逝世以后,我设立的一个纪念我夫人的(䇹)政奖学金,这个是我们私人设立的,规模很小。我们认为本科生刚刚开始在大学的时候,怎么样帮助到本科生,那个时候我将我的储蓄拿出来,设立的奖学金。这个已经设立十年了,现在也有了一些成果,但是因为我们的经费非常有限,所以就限制在复旦大学、北京大学和苏大以及兰州大学,后来台湾的清华大学也来参加。结果我觉得非常好,使得本科生可以自由地选择老师,虽然说只有几个星期,但是开拓了眼界,同时也使两岸的本科生可以互通有无。
提问:尊敬的李教授你好,感谢您带来的精彩的演讲。我是交通大学的一名研究生,今天非常荣幸可以在现场聆听您的教诲。我们在座的学生都知道,您一直以来将杜甫的两句诗作为您的人生格言,我想问一下您为什么选择这两句诗作为您人生的准则。
李政道:这两句诗让我很感动,「细推物理须行乐,何用浮名绊此身。」主要是对这个学问,物理有概念。我觉得杜甫虽然在 1000 多年前讲出了我的想法。但是这也不是偶然的,杜甫是对物理有所了解的,他在那个时候就一下子说出了我的心声,所以我非常的喜欢。
提问:我是来自化工学院的学生,非常幸运今天在这里听到您的报告。我们知道诺贝尔奖作为科学界的最高荣誉,几乎是每个科学工作者的梦想。您认为一个诺贝尔奖的获得者,您认为他所必须具备的素质有哪些呢?
李政道:你问的这是一个一般人都想了解的普遍性的问题,这个问题非常难。我认识的人很有限,所以我没有办法普遍回答您这样广泛的问题。
提问:我非常的激动,我想谈论一下我的一些关于现代物理学发展的观点。我是一个还没有上大一的学生,所以观点比较粗浅。我读到一本书,一个研究物理学的书。他说现代物理学的论文当中,那些深奥复杂令人生畏的公式推导,已经不像我们要研究的宇宙了。也有人提出说数学为科学研究了一套游戏规则,而物理学家用这套规则衍生出了理论来自己骗自己。这个说法可能是比较极端的,但是我从古物理学来看,古希腊的时候,人们通过直接感官的方式衍生出了一种经验主义。然后到牛顿,然后到爱因斯坦。我想问题出在哪?出在我们研究物理的道路上是基于数学的,而数学最开始研究的时候,人们为了思考问题而发明了 0 到 9 的数字,这些数字是离散的,而我们感知的宇宙,应该是一个连续的。这就是最重要的,而我的观点是,我们应该重新建立一个新的技术体系,通过一种连续的思考方式,从根本上一个连续思考的方式,来描述这样的一个宇宙。
李政道:其实我刚刚讲的是没有数学的,所有我讲的,从中国古时候的物理,到伽利略,到牛顿,都没有数学方程式,唯一提到数学的是将他作为玩具玩。不要让成见遮挡住你的眼光。(演讲全文来自上海交通大学官网)
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