清華大學基礎科學班2001級學生 與楊振寧先生座談記錄 （2003年9月16日）

2001年9月16日，基科一在理學院廣場誕生了。兩年後的9月16日，我們非常有幸地請到了楊振寧先生，並有機會傾聽先生的聲音，與先生進行面對面的交流。

楊先生：大家既然是念物理的，我可以跟大家講講fission（裂變）發現的歷史。在瑞典Göteborg旁邊一個小鎮裡有個旅館，跟fission發現的歷史有密切的關係。大概二十年前我到Göteborg大學去演講，鎮上一位專門研究這個鎮歷史的人帶我去了旁邊一個很不顯眼的房子，Lise Meitner那時就住在那裡。裂變對人類有着非常重大的影響，它的發現是在什麼時候呢？是在三十年代初。1932年Chadwick發現了中子以後，Enrico Fermi領導的實驗組用中子轟擊不同的元素，其中有一件事情就是用中子轟擊鈾（uranium）。中子打到鈾里後，他們就用化學方法鑑別產生物是什麼，但他們得出了一個錯誤的結論。其實裂變出來的結果里就有鋇元素。事後想起來，他們能夠探測到這些鋇，但是他們不相信，因為以前從來沒有過一個原子核能被中子打進去以後裂成差不多大小的兩塊。後來Fermi說這是他一生中的一個大失誤。Fermi是一個大物理學家，既是理論物理學家又是實驗物理學家，可是這一點他沒看到。

後來是誰發現的這個呢？是Otto Hahn。 他是一個化學家，他鑑別出產生物里有鋇元素。他在文章沒有發表以前寫信給Meitner。Meitner是一個理論物理學家，她與Hahn有很好的科研合作關係。1938年，Meitner因為是猶太人被迫離開了柏林，來到Göteborg，先住在那個旅館裡，後來有個朋友幫她找了一間房子，就是我剛才說我去了以後他們指給我看的。Meitner有一個外甥，叫Otto Frisch，當時在Copenhagen的Niels Bohr的研究所做研究工作。有一天Frisch去看他的舅媽，在散步的時候，Meitner把Hahn的信給Frisch看。Frisch看了以後就說，這不可能，打進去的是鈾，怎麼會出來鋇呢？Hahn一定搞錯了。Meitner說，不會錯的，Otto Hahn做的實驗，他說產生物里有鋇，就一定是鋇。他們開始思索，突然想到，中子打到鈾里後也許可以裂開。鈾加上中子，這個就是239，假如分成兩塊，一塊是100，一塊是139，那麼每一塊的能量是知道的，然後把這兩個加起來，跟那個238加1來一比的話，是小的多了。就是說，根據 E=mc2 原理，開始的那個中子加上鈾238，裂變以後還要剩下的很多能量變成了動能。這個物理圖象一開始的確沒想到，但確實是非常簡單的一件事情。事後想起就覺得所有的人當時都有點笨。這種事情是屢見不鮮的。所以你要隨時跳出當時的圈子，從外面去看一下。 假如Fermi要是當初跳出去看一下，他早就已經發現裂變了。總之，Meitner和Frisch在那天做了這個簡單的計算後，就得到一個結論：不單是Hahn的結論是對的，而且這個現象很普遍，出來的不一定是鋇，兩個差不多大小的東西都可以。Frisch回到Copenhagen後問一個生物學家，生物學裡一個細胞裂成兩個叫做什麼名字？那人說叫fission。所以Frisch寫文章的時候就講，我們所發現的是fission。fission這個名詞的由來就是我剛才講的這個故事。

後來 Frisch給了一個實驗的證明。在寫文章以前，他把這個經過都告訴了Niels Bohr。Niels Bohr當時是極為有名的物理學家了，知道這個以後他說：“我正要到美國去，我把這個消息帶到美國去，可是我不能預先講。因為，我要一講的話大家都知道了，你這個功勞可能就沒了，我要等你的文章寫好了才講。”後來Frisch的文章寫好了，寄給他。Niels Bohr跟Nature雜誌編者接洽好了，預備在Otto Frisch這個文章發表以後他才講出來。就在那個前後，在華盛頓召開了一個核物理的會議，會議一開始， Bohr就上台講了Frisch他們的這個結果。Frisch與Meitner的這篇文章解釋了Hahn在德國所做的實驗是一個fission。我聽說 Bohr的話還沒有講完，好幾個實驗物理學家就走出去找電話，打回他們自己的實驗室，跟他們說你們趕快做這個實驗。兩天之內，美國好多實驗室都證實了這個fission。當時整個會開不成了，沒有人再注意原來會議想討論的那些東西，都紛紛討論fission。立刻，大家就感覺到，可能要有原子彈了。

Chain reaction這個觀念在以前就由一個匈牙利物理學家Leo Szilard猜到了。Szilard在這方面很有遠見。中子打到鈾元素里可以發生裂變，而裂變產生出來很大的動能。於是很多人想到，假如打進去後平均起來出來的中子不止一個，那這些中子再打一次的話就指數增長，就可能發生爆炸，可能有原子彈。第一件事情要做的就是一個中子打進去以後平均出多少個中子。很快，在Columbia的Fermi主持的實驗和法國的Joliot Curie的主持的實驗都證明出來的中子數目不止1個。所以立刻就知道，這是可以造原子彈的。不過這裡還有很多問題。因為假如這個設備里除了鈾以外還有別的原子核，有些原子核是非常吸收中子的，這個東西就做不成功。因為你這個出來的中子很多都被那些東西吸收掉了。這還不是唯一的問題，需要更多的研究。美國最初並沒有大規模的去研究。可是後來，美國政府和美國的一些物理學家，很怕德國搶先製造出來原子彈。所以美國開始大量投資，把很多物理學家聚集到Los Alamos去，結果做得很快，最後在1945年爆炸了第一顆原子彈。

我就講到這兒。下面我們採取問答的方式好不好？

周一帆：有評論說，您對於數學的美有着很高的品味，而對於數學的這種感覺照亮了您的整個研究工作。我的問題是，我們如何去建立一種對於數學的品味?另外，如果您覺得數學是理論工作的源泉的話，那麼您覺得實驗物理靈感的源泉是什麼？謝謝。

楊先生：這位同學的問題，歸納起來是兩點。一個可以說是數學跟物理的關係，另一個就是，假如做理論物理很重要的靈感可以從數學來的話，那麼，做實驗物理，靈感從什麼地方來。這是非常好的問題。

我從大學念物理開始到現在有六十多年了，接觸了很多的物理學家，理論物理學家、實驗物理學家。我先講理論物理學家。理論物理學家裡有種種不同風格人，但對數學發生興趣，比較了解數學的精神，且能夠將數學之精神用到物理中的人數不太多。換句話說，假如你要問，有成就的理論物理學家中有多少是跟數學很接近的，我想絕對不會超過三分之一，甚至更少。理論物理學者當然要用數學，不過其中很多人不喜歡數學。

至於實驗物理跟數學的距離，這個關係也是很微妙的。比如說Farady，你如果看Farady的文章，沒有一個公式，連最簡單的公式都沒有。所以我想，他跟普通意義上的數學關係是非常之遠。可是，他有非常重要的直覺，而這個直覺來源於數學。Farady去世後，Maxwell寫了篇關於Farady的文章，說Farady有很清楚的line of force（力線）的概念和圖象，通過這個圖象他得出來很多直覺的物理結論。Maxwell在文章里再三講，Farady不會把他的電磁定律寫成微分或積分公式的形式 （Maxwell是利用Stokes Law把電磁定律寫成differential xxxx），可事實上他都懂。這話完全正確。這些東西都與Farady當初的直覺的想法有關係。這個故事就是講，最重要的數學觀念，不一定是課本上學來的。

我再舉個例子。1961年我到Stanford去訪問，有一個物理學家Bill Fairbank在做一個實驗——磁通量量子化（Flux quantization）。我覺得這個實驗完全應該得到Nobel Prize。Fairbank的數學並不強，當然要比Farady的數學好。可是他有直覺的實驗觀念，我覺得他在做實驗的時候，他的眼睛就能看見這個flux在那兒出來。這種直覺的實驗觀念也是一種數學，不過不是普通意義上的數學。我想這些做得非常好的實驗物理學家，他們的一些直覺的數學觀念常常都是很強的，雖然他們那種書本上的數學不一定很強。

張磊：100年前就有人預言物理學要終結了；100年後的現在，又有人預言物理學要終結，包括像霍金這樣的大物理學家。而且有人聲稱找到有可能是物理學終極理論的理論，請問您對這種觀點有什麼看法？

楊先生：100多年前有好幾回講物理學要終結了，這是錯誤得不能再錯誤了。我不相信物理會終結。終結的可能是物理的某一部分，就是沒有問題，物理也要發展出來新的方向。回想一下，20世紀初年以前的物理跟20世紀後來的物理有一個極大的轉變。20世紀頭30年，有三大革命：先是狹義相對論，然後廣義相對論，然後量子力學。這三大革命，不只是在物理學歷史上，我想在人類歷史上，都是great intellectual revolution。今天我說物理學不會終結，是不是代表21世紀頭30年，頭50年也要出這樣大的革命呢？我自己覺得不會，因為時代變了，不能照搬過來。那是不是說現在應該講物理學要終結了？不然。那並不代表物理學就沒有了，而只是物理學要發展的東西，要發展的方向，要發展的內容，是另外一種，就是大大的接近了應用。剛才所講的那三大革命，在剛發展的時候，跟應用沒關係的，廣義相對論和狹義相對論今天跟應用的關係也還不大；量子力學跟應用的關係當然極為密切。發展到了今天，物理學的分支非常之多。我在作研究生的時候，念物理只需要念幾個課，那幾個課都掌握的話，對當時物理的前沿就有了相當好的一個掌握。今天你們所面臨的和我那時候不一樣。這麼多的分支是好呢還是不好呢？也好也不好。不好的地方呢，我剛才講了，假如我念了5個課，假如每一個課我都念的非常透徹，那我自己就可以掌握住當時物理前沿所有的基本問題。你們現在不能這樣做，因為它（物理）太寬，不能夠一下子掌握。可是也有好的地方，就是你可以從眾多分支中選擇很多東西，尤其是在中國。

中國現在最需要的，不是得Nobel獎的。我當然非常贊同中國得Nobel Prize，這是非常好的。可更重要的是中國做出來的研究要有最大的經濟效益，因為中國還是太窮。而現在有經濟效益的發展方向多的不得了，很多方向開了很多門。你如果能把那個門打開，產生經濟效益的話，那你對於你自己，對於物理學，對於整個國家都有極大的貢獻。所以從這個方面講，這是好的。總而言之，我要講的，就是你們所面臨的情形，物理學發展的情形，跟我年輕的時候是完全不一樣的，我想每一個人必須對這點有一個掌握。才能夠比較容易地作出將來比較有意義的事情。

張麗：楊先生，您剛才提到在發現裂變的過程中，如果當時Fermi跳出來看一下的話，他就不會與這個發現失之交臂。我想問的就是在您自己的研究生涯中，您有沒有遇到類似的情形，當時您是怎麼做的？或者說，您覺得應該怎樣來判斷您當時是要跳出來，還有怎麼跳出來？

楊先生：事實上，在我的研究過程里，有沒有過因為沒有及時跳出來，從遠地方看，所以沒有能夠及時掌握住最關鍵的觀念？是有，我可以給大家講一下。我先講我曾經有過一個遐想，是說研究物理，就像看一張很大的畫，兩種看法。一種是湊得很近的去看，就會發現有很細的東西。Dali最有名的一幅畫，你們一定都見過。畫了一隻表，那隻表好像是熔化了，一半在台子上，一半淌下去了。你把Dali的畫拿來仔細看，每一個細節都清楚極了。物理也是一樣，細節里有非常複雜的地方，而有的是很漂亮的東西，這你需要了解。可這不是對整個物理學的了解，你還得能站在遠的地方看，那你就看出來一些在近的地方看不見的東西。要做一個成功的物理學家，必須兩個都能做，而且能夠遠近自如，及時地進進出出，才能把整個東西了解得清楚。

要講我自己實際的經驗，就是1956年李政道跟我在研究宇稱不守恆的過程中。５０年代中出了一個希奇的現象叫做θ-τ 迷，它跟宇稱有關係。當時大家想，是不是可能宇稱不守恆？在那以前已經做過幾百個幾千個關於β 衰變的實驗，理論分析都是用宇稱的觀念，而且大家覺得宇稱一定是守恆的。現在忽然來了一些新的現象，宇稱好像不守恆了。1956年5月，我們仔細地分析和計算了已有的衰變實驗結果，發現以前所有的β 衰變實驗跟左右對稱不對稱根本沒有關係。之後，我在Brookhaven給了一個初步的演講，有一個叫Watt Philip的實驗物理學家問，為什麼這麼多的實驗原來都跟宇稱守恆不守恆沒關係呢？我和李政道苦想了一天，最後才了解到了是什麼緣故。原來是一個很簡單的東西。在那以前所有的β 衰變實驗裡頭，沒有人測量一個贗標量。假如說要量三個動量 P1,P2,P3，那麼P1▪(P2  P3) 就是一個贗標量。另一個贗標量是p ▪σ，吳健雄後來做的實驗就是測量p ▪σ。當我們了解這個以後，就建議應該做哪種實驗。我們寫文章的時候就直截了當講，以前的這些實驗跟宇稱守恆不守恆沒關係，因為沒有人測量過一個P1▪(P2  P3)。這樣表述出來，任何看的人立刻就懂了，他不必懂那些計算。

這麼簡單的話為什麼大家都沒想到呢？討論P1▪(P2  P3) 是一個遠距離的觀念，可這個遠距離的觀念是與左右對稱有關係的。左右對稱用到物理現象中，就產生了一個宇稱的觀念，是近了一點；宇稱觀念走到β 衰變里就更近，因為這裡不是一個宇稱，而是四個粒子的parity。在那個領域做研究的人都站得很近，忘記了站在遠地方看。這是一個歷史事實。我講這個故事，就是要你們隨時注意到，不能夠不站得很近，不站得很近根本就不知道問題在什麼地方；可是你不能夠永遠只站得很近，要不時的超脫一點，看看能不能夠遠一點。我曾經在很多地方講過，我在西南聯大念書的時候有兩個同班同學，一個叫做張守廉，一個叫黃昆。我們三個人都念物理，整天的辯論。我們那時候討論來討論去，對於物理的了解有兩種：一種是“趴着的”，一種是俯視。什麼叫做“趴着的”呢？就是你近距離的在那裡看，趴在那；另外一種是在高空俯視。我們當時就了解到，必須有兩種，如果你只有一種的話，沒有真正懂她的精神。我剛才講的故事就是一個很好的例子。

汪源：聽說最近您對生物方面比較關注。我想問一下，像我們這種以數學和物理為基礎的學生，如果以後想在生物方面做的話，您能不能給一些建議或者說應該注意什麼問題？ 楊先生：這個問題我太外行，不會回答。不過我深信，生物物理是非常重要的學科，為什麼呢？因為從前我所研究的統計物理，在生物中沒有什麼應用，可現在則要大大應用了，因為動不動就是數十億個 DNA對，這樣複雜的問題與統計物理學的分析方法有着密切關係，所以最近生物物理變成一個熱門學科。現在我們高研中心也希望發展這個方向。

我再給大家舉個具體的例子。大概十五年以前，Stanford一個研究生來找我，說他想做生物物理。我就把他介紹給Brookhaven的一個物理學家，叫Schönborn，他做散射。大家知道第一次把生物大分子的三維結構照出來是一九五幾年在Cambridge，他們標定了血紅素里原子的位置，由此得到了Nobel Prize。他們利用的研究手段是X衍射，中子打到氫氣上，中子和氫原子一樣重，所以它最有效的。這就是Schönborn做的。Schönborn當時最大的貢獻就是把好幾百個血紅素里氫原子的位置都確定出來。那個研究生就師從Schönborn，得了博士學位後很快變成一個專家。為什麼呢？現在生物方面都要知道種種特別的蛋白質的三維結構，叫做結構生物學，是一個熱門的題目。結構生物學為什麼重要呢？因為人身上有很多的蛋白質分子，如果這些分子出了問題，要想修補的話，你得知道這些分子的三度空間的幾何構造。這裡所講的是蛋白質方面的，也許更與物理有關係的是DNA的結構。現在工業化國家的人的平均年齡都在增長，尤其我現在非常深切地知道，年齡大了身體就要出毛病了；身體出毛病需要醫生來看，所以我認為Biophysics的前途是不可限量的。（根據錄音整理）