清华大学基础科学班2001级学生 与杨振宁先生座谈记录 （2003年9月16日）

2001年9月16日，基科一在理学院广场诞生了。两年后的9月16日，我们非常有幸地请到了杨振宁先生，并有机会倾听先生的声音，与先生进行面对面的交流。

杨先生：大家既然是念物理的，我可以跟大家讲讲fission（裂变）发现的历史。在瑞典Göteborg旁边一个小镇里有个旅馆，跟fission发现的历史有密切的关系。大概二十年前我到Göteborg大学去演讲，镇上一位专门研究这个镇历史的人带我去了旁边一个很不显眼的房子，Lise Meitner那时就住在那里。裂变对人类有着非常重大的影响，它的发现是在什么时候呢？是在三十年代初。1932年Chadwick发现了中子以后，Enrico Fermi领导的实验组用中子轰击不同的元素，其中有一件事情就是用中子轰击铀（uranium）。中子打到铀里后，他们就用化学方法鉴别产生物是什么，但他们得出了一个错误的结论。其实裂变出来的结果里就有钡元素。事后想起来，他们能够探测到这些钡，但是他们不相信，因为以前从来没有过一个原子核能被中子打进去以后裂成差不多大小的两块。后来Fermi说这是他一生中的一个大失误。Fermi是一个大物理学家，既是理论物理学家又是实验物理学家，可是这一点他没看到。

后来是谁发现的这个呢？是Otto Hahn。 他是一个化学家，他鉴别出产生物里有钡元素。他在文章没有发表以前写信给Meitner。Meitner是一个理论物理学家，她与Hahn有很好的科研合作关系。1938年，Meitner因为是犹太人被迫离开了柏林，来到Göteborg，先住在那个旅馆里，后来有个朋友帮她找了一间房子，就是我刚才说我去了以后他们指给我看的。Meitner有一个外甥，叫Otto Frisch，当时在Copenhagen的Niels Bohr的研究所做研究工作。有一天Frisch去看他的舅妈，在散步的时候，Meitner把Hahn的信给Frisch看。Frisch看了以后就说，这不可能，打进去的是铀，怎么会出来钡呢？Hahn一定搞错了。Meitner说，不会错的，Otto Hahn做的实验，他说产生物里有钡，就一定是钡。他们开始思索，突然想到，中子打到铀里后也许可以裂开。铀加上中子，这个就是239，假如分成两块，一块是100，一块是139，那么每一块的能量是知道的，然后把这两个加起来，跟那个238加1来一比的话，是小的多了。就是说，根据 E=mc2 原理，开始的那个中子加上铀238，裂变以后还要剩下的很多能量变成了动能。这个物理图象一开始的确没想到，但确实是非常简单的一件事情。事后想起就觉得所有的人当时都有点笨。这种事情是屡见不鲜的。所以你要随时跳出当时的圈子，从外面去看一下。 假如Fermi要是当初跳出去看一下，他早就已经发现裂变了。总之，Meitner和Frisch在那天做了这个简单的计算后，就得到一个结论：不单是Hahn的结论是对的，而且这个现象很普遍，出来的不一定是钡，两个差不多大小的东西都可以。Frisch回到Copenhagen后问一个生物学家，生物学里一个细胞裂成两个叫做什么名字？那人说叫fission。所以Frisch写文章的时候就讲，我们所发现的是fission。fission这个名词的由来就是我刚才讲的这个故事。

后来 Frisch给了一个实验的证明。在写文章以前，他把这个经过都告诉了Niels Bohr。Niels Bohr当时是极为有名的物理学家了，知道这个以后他说：“我正要到美国去，我把这个消息带到美国去，可是我不能预先讲。因为，我要一讲的话大家都知道了，你这个功劳可能就没了，我要等你的文章写好了才讲。”后来Frisch的文章写好了，寄给他。Niels Bohr跟Nature杂志编者接洽好了，预备在Otto Frisch这个文章发表以后他才讲出来。就在那个前后，在华盛顿召开了一个核物理的会议，会议一开始， Bohr就上台讲了Frisch他们的这个结果。Frisch与Meitner的这篇文章解释了Hahn在德国所做的实验是一个fission。我听说 Bohr的话还没有讲完，好几个实验物理学家就走出去找电话，打回他们自己的实验室，跟他们说你们赶快做这个实验。两天之内，美国好多实验室都证实了这个fission。当时整个会开不成了，没有人再注意原来会议想讨论的那些东西，都纷纷讨论fission。立刻，大家就感觉到，可能要有原子弹了。

Chain reaction这个观念在以前就由一个匈牙利物理学家Leo Szilard猜到了。Szilard在这方面很有远见。中子打到铀元素里可以发生裂变，而裂变产生出来很大的动能。于是很多人想到，假如打进去后平均起来出来的中子不止一个，那这些中子再打一次的话就指数增长，就可能发生爆炸，可能有原子弹。第一件事情要做的就是一个中子打进去以后平均出多少个中子。很快，在Columbia的Fermi主持的实验和法国的Joliot Curie的主持的实验都证明出来的中子数目不止1个。所以立刻就知道，这是可以造原子弹的。不过这里还有很多问题。因为假如这个设备里除了铀以外还有别的原子核，有些原子核是非常吸收中子的，这个东西就做不成功。因为你这个出来的中子很多都被那些东西吸收掉了。这还不是唯一的问题，需要更多的研究。美国最初并没有大规模的去研究。可是后来，美国政府和美国的一些物理学家，很怕德国抢先制造出来原子弹。所以美国开始大量投资，把很多物理学家聚集到Los Alamos去，结果做得很快，最后在1945年爆炸了第一颗原子弹。

我就讲到这儿。下面我们采取问答的方式好不好？

周一帆：有评论说，您对于数学的美有着很高的品味，而对于数学的这种感觉照亮了您的整个研究工作。我的问题是，我们如何去建立一种对于数学的品味?另外，如果您觉得数学是理论工作的源泉的话，那么您觉得实验物理灵感的源泉是什么？谢谢。

杨先生：这位同学的问题，归纳起来是两点。一个可以说是数学跟物理的关系，另一个就是，假如做理论物理很重要的灵感可以从数学来的话，那么，做实验物理，灵感从什么地方来。这是非常好的问题。

我从大学念物理开始到现在有六十多年了，接触了很多的物理学家，理论物理学家、实验物理学家。我先讲理论物理学家。理论物理学家里有种种不同风格人，但对数学发生兴趣，比较了解数学的精神，且能够将数学之精神用到物理中的人数不太多。换句话说，假如你要问，有成就的理论物理学家中有多少是跟数学很接近的，我想绝对不会超过三分之一，甚至更少。理论物理学者当然要用数学，不过其中很多人不喜欢数学。

至于实验物理跟数学的距离，这个关系也是很微妙的。比如说Farady，你如果看Farady的文章，没有一个公式，连最简单的公式都没有。所以我想，他跟普通意义上的数学关系是非常之远。可是，他有非常重要的直觉，而这个直觉来源于数学。Farady去世后，Maxwell写了篇关于Farady的文章，说Farady有很清楚的line of force（力线）的概念和图象，通过这个图象他得出来很多直觉的物理结论。Maxwell在文章里再三讲，Farady不会把他的电磁定律写成微分或积分公式的形式 （Maxwell是利用Stokes Law把电磁定律写成differential xxxx），可事实上他都懂。这话完全正确。这些东西都与Farady当初的直觉的想法有关系。这个故事就是讲，最重要的数学观念，不一定是课本上学来的。

我再举个例子。1961年我到Stanford去访问，有一个物理学家Bill Fairbank在做一个实验——磁通量量子化（Flux quantization）。我觉得这个实验完全应该得到Nobel Prize。Fairbank的数学并不强，当然要比Farady的数学好。可是他有直觉的实验观念，我觉得他在做实验的时候，他的眼睛就能看见这个flux在那儿出来。这种直觉的实验观念也是一种数学，不过不是普通意义上的数学。我想这些做得非常好的实验物理学家，他们的一些直觉的数学观念常常都是很强的，虽然他们那种书本上的数学不一定很强。

张磊：100年前就有人预言物理学要终结了；100年后的现在，又有人预言物理学要终结，包括像霍金这样的大物理学家。而且有人声称找到有可能是物理学终极理论的理论，请问您对这种观点有什么看法？

杨先生：100多年前有好几回讲物理学要终结了，这是错误得不能再错误了。我不相信物理会终结。终结的可能是物理的某一部分，就是没有问题，物理也要发展出来新的方向。回想一下，20世纪初年以前的物理跟20世纪后来的物理有一个极大的转变。20世纪头30年，有三大革命：先是狭义相对论，然后广义相对论，然后量子力学。这三大革命，不只是在物理学历史上，我想在人类历史上，都是great intellectual revolution。今天我说物理学不会终结，是不是代表21世纪头30年，头50年也要出这样大的革命呢？我自己觉得不会，因为时代变了，不能照搬过来。那是不是说现在应该讲物理学要终结了？不然。那并不代表物理学就没有了，而只是物理学要发展的东西，要发展的方向，要发展的内容，是另外一种，就是大大的接近了应用。刚才所讲的那三大革命，在刚发展的时候，跟应用没关系的，广义相对论和狭义相对论今天跟应用的关系也还不大；量子力学跟应用的关系当然极为密切。发展到了今天，物理学的分支非常之多。我在作研究生的时候，念物理只需要念几个课，那几个课都掌握的话，对当时物理的前沿就有了相当好的一个掌握。今天你们所面临的和我那时候不一样。这么多的分支是好呢还是不好呢？也好也不好。不好的地方呢，我刚才讲了，假如我念了5个课，假如每一个课我都念的非常透彻，那我自己就可以掌握住当时物理前沿所有的基本问题。你们现在不能这样做，因为它（物理）太宽，不能够一下子掌握。可是也有好的地方，就是你可以从众多分支中选择很多东西，尤其是在中国。

中国现在最需要的，不是得Nobel奖的。我当然非常赞同中国得Nobel Prize，这是非常好的。可更重要的是中国做出来的研究要有最大的经济效益，因为中国还是太穷。而现在有经济效益的发展方向多的不得了，很多方向开了很多门。你如果能把那个门打开，产生经济效益的话，那你对于你自己，对于物理学，对于整个国家都有极大的贡献。所以从这个方面讲，这是好的。总而言之，我要讲的，就是你们所面临的情形，物理学发展的情形，跟我年轻的时候是完全不一样的，我想每一个人必须对这点有一个掌握。才能够比较容易地作出将来比较有意义的事情。

张丽：杨先生，您刚才提到在发现裂变的过程中，如果当时Fermi跳出来看一下的话，他就不会与这个发现失之交臂。我想问的就是在您自己的研究生涯中，您有没有遇到类似的情形，当时您是怎么做的？或者说，您觉得应该怎样来判断您当时是要跳出来，还有怎么跳出来？

杨先生：事实上，在我的研究过程里，有没有过因为没有及时跳出来，从远地方看，所以没有能够及时掌握住最关键的观念？是有，我可以给大家讲一下。我先讲我曾经有过一个遐想，是说研究物理，就像看一张很大的画，两种看法。一种是凑得很近的去看，就会发现有很细的东西。Dali最有名的一幅画，你们一定都见过。画了一只表，那只表好像是熔化了，一半在台子上，一半淌下去了。你把Dali的画拿来仔细看，每一个细节都清楚极了。物理也是一样，细节里有非常复杂的地方，而有的是很漂亮的东西，这你需要了解。可这不是对整个物理学的了解，你还得能站在远的地方看，那你就看出来一些在近的地方看不见的东西。要做一个成功的物理学家，必须两个都能做，而且能够远近自如，及时地进进出出，才能把整个东西了解得清楚。

要讲我自己实际的经验，就是1956年李政道跟我在研究宇称不守恒的过程中。５０年代中出了一个希奇的现象叫做θ-τ 迷，它跟宇称有关系。当时大家想，是不是可能宇称不守恒？在那以前已经做过几百个几千个关于β 衰变的实验，理论分析都是用宇称的观念，而且大家觉得宇称一定是守恒的。现在忽然来了一些新的现象，宇称好像不守恒了。1956年5月，我们仔细地分析和计算了已有的衰变实验结果，发现以前所有的β 衰变实验跟左右对称不对称根本没有关系。之后，我在Brookhaven给了一个初步的演讲，有一个叫Watt Philip的实验物理学家问，为什么这么多的实验原来都跟宇称守恒不守恒没关系呢？我和李政道苦想了一天，最后才了解到了是什么缘故。原来是一个很简单的东西。在那以前所有的β 衰变实验里头，没有人测量一个赝标量。假如说要量三个动量 P1,P2,P3，那么P1▪(P2  P3) 就是一个赝标量。另一个赝标量是p ▪σ，吴健雄后来做的实验就是测量p ▪σ。当我们了解这个以后，就建议应该做哪种实验。我们写文章的时候就直截了当讲，以前的这些实验跟宇称守恒不守恒没关系，因为没有人测量过一个P1▪(P2  P3)。这样表述出来，任何看的人立刻就懂了，他不必懂那些计算。

这么简单的话为什么大家都没想到呢？讨论P1▪(P2  P3) 是一个远距离的观念，可这个远距离的观念是与左右对称有关系的。左右对称用到物理现象中，就产生了一个宇称的观念，是近了一点；宇称观念走到β 衰变里就更近，因为这里不是一个宇称，而是四个粒子的parity。在那个领域做研究的人都站得很近，忘记了站在远地方看。这是一个历史事实。我讲这个故事，就是要你们随时注意到，不能够不站得很近，不站得很近根本就不知道问题在什么地方；可是你不能够永远只站得很近，要不时的超脱一点，看看能不能够远一点。我曾经在很多地方讲过，我在西南联大念书的时候有两个同班同学，一个叫做张守廉，一个叫黄昆。我们三个人都念物理，整天的辩论。我们那时候讨论来讨论去，对于物理的了解有两种：一种是“趴着的”，一种是俯视。什么叫做“趴着的”呢？就是你近距离的在那里看，趴在那；另外一种是在高空俯视。我们当时就了解到，必须有两种，如果你只有一种的话，没有真正懂她的精神。我刚才讲的故事就是一个很好的例子。

汪源：听说最近您对生物方面比较关注。我想问一下，像我们这种以数学和物理为基础的学生，如果以后想在生物方面做的话，您能不能给一些建议或者说应该注意什么问题？ 杨先生：这个问题我太外行，不会回答。不过我深信，生物物理是非常重要的学科，为什么呢？因为从前我所研究的统计物理，在生物中没有什么应用，可现在则要大大应用了，因为动不动就是数十亿个 DNA对，这样复杂的问题与统计物理学的分析方法有着密切关系，所以最近生物物理变成一个热门学科。现在我们高研中心也希望发展这个方向。

我再给大家举个具体的例子。大概十五年以前，Stanford一个研究生来找我，说他想做生物物理。我就把他介绍给Brookhaven的一个物理学家，叫Schönborn，他做散射。大家知道第一次把生物大分子的三维结构照出来是一九五几年在Cambridge，他们标定了血红素里原子的位置，由此得到了Nobel Prize。他们利用的研究手段是X衍射，中子打到氢气上，中子和氢原子一样重，所以它最有效的。这就是Schönborn做的。Schönborn当时最大的贡献就是把好几百个血红素里氢原子的位置都确定出来。那个研究生就师从Schönborn，得了博士学位后很快变成一个专家。为什么呢？现在生物方面都要知道种种特别的蛋白质的三维结构，叫做结构生物学，是一个热门的题目。结构生物学为什么重要呢？因为人身上有很多的蛋白质分子，如果这些分子出了问题，要想修补的话，你得知道这些分子的三度空间的几何构造。这里所讲的是蛋白质方面的，也许更与物理有关系的是DNA的结构。现在工业化国家的人的平均年龄都在增长，尤其我现在非常深切地知道，年龄大了身体就要出毛病了；身体出毛病需要医生来看，所以我认为Biophysics的前途是不可限量的。（根据录音整理）