杨振宁(1957年诺贝尔物理学奖得主)
杨振宁(Chen Ning Yang,1922年10月1日—),华裔理论物理学家,与李政道因发现弱相互作用中宇称不守恒而共同获得1957年诺贝尔物理学奖。杨振宁是20世纪最杰出的理论物理学家之一,在统计物理、粒子物理和场论等领域均有里程碑式的贡献。
| 杨振宁 | |
|---|---|
| 出生 | 1922年10月1日 中国安徽省合肥县 |
| 国籍 | 中国(1949年前) 美国(1964—2015) 中国(2015年恢复) |
| 母校 | 国立西南联合大学 清华大学 芝加哥大学 |
| 知名于 | 宇称不守恒、杨—米尔斯规范场论、杨—Baxter方程 |
| 奖项 | 诺贝尔物理学奖(1957) 拉姆福德奖(1980) 美国国家科学奖章(1986) 鲍尔奖(1994) |
| 研究领域 | 理论物理、规范场论、统计物理 |
| 机构 | 普林斯顿高等研究院 纽约州立大学石溪分校 清华大学 |
生平
杨振宁1922年生于安徽合肥(今属合肥市),父亲杨武之是数学家,曾任清华大学数学系教授。杨振宁在清华园长大,自幼受到良好的学术熏陶。1937年七七事变后,清华大学南迁,杨家辗转至昆明。杨振宁1938年以同等学力考入国立西南联合大学(由北大、清华、南开三校合并),1942年获物理学学士学位,1944年获硕士学位,师从吴大猷和王竹溪。
1945年抗战胜利后,杨振宁获庚子赔款奖学金赴美留学,入芝加哥大学物理系,在爱德华·泰勒(Edward Teller)指导下攻读博士学位。1948年以《核反应中的角分布》获博士学位。1949年他进入普林斯顿高等研究院(IAS)担任研究员,此后在此工作17年(1949—1966),从研究员晋升为教授。
在普林斯顿,杨振宁与李政道开始了长达近二十年的合作。两人性格迥异却互补:杨振宁更偏重数学严谨性,李政道更注重物理直觉。他们的合作以极高频率产出论文,几乎涵盖当时粒子物理的全部重要问题。
1956年,杨李二人共同提出弱相互作用中宇称可能不守恒,并设计了实验方案。次年吴健雄实验证实这一预言,杨李共同获得1957年诺贝尔物理学奖——时年杨振宁35岁、李政道31岁,是诺奖史上最年轻的得主之一。
1966年杨振宁离开普林斯顿,加入纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University),创立理论物理研究所并任所长,直至1999年退休。1999年他回到清华大学任教,2015年正式恢复中国国籍。他至今仍活跃在学术前沿。
学术生涯
杨振宁的学术贡献极为广泛而深刻,主要包括三个方向。
第一是粒子物理与宇称不守恒:1956年前后,τ—θ之谜(同一质量的粒子有两种不同宇称的衰变方式)在粒子物理中悬而未决。杨振宁与李政道对当时所有已知的弱相互作用实验进行了系统审查,发现没有任何实验证实弱相互作用中宇称守恒。他们大胆提出:宇称在强相互作用和电磁相互作用中守恒,但在弱相互作用中可能不守恒。两人还具体设计了几种可验证的实验方案。
第二是杨—米尔斯规范场论:1954年,杨振宁与研究生罗伯特·米尔斯(Robert Mills)合作提出非阿贝尔规范场理论。他们将量子电动力学中的U(1)规范对称性推广到SU(2)非阿贝尔群,创建了杨—米尔斯方程。杨—米尔斯理论最初被认为没有物理应用(因为规范玻色子零质量问题),但后来被证明是描述强相互作用(量子色动力学)和弱电统一理论(格拉肖—温伯格—萨拉姆模型)的数学基础。杨—米尔斯理论是20世纪理论物理最重要的数学框架之一,詹姆斯·西蒙斯曾称其为"牛顿以来最深刻的理论物理突破"。
第三是统计物理与杨—Baxter方程:杨振宁在统计力学中的可积系统领域做出了原创性贡献。1967年他提出了一维量子多体系统的精确可解条件,即杨—Baxter方程(C. N. Yang and R. J. Baxter independently)。杨—Baxter方程的分支代数结构后来成为数学物理中量子群理论的核心。
杨振宁的学术风格以追求数学美和物理深刻性著称。他多次强调"对称性决定相互作用"的观念,认为物理学原理应当具有内在的数学美。
获奖成就
杨振宁与李政道共享1957年诺贝尔物理学奖,颁奖词表彰他们"对宇称定律的深刻研究导致了有关基本粒子的重要发现"。杨振宁还获得拉姆福德奖(1980)、美国国家科学奖章(1986)、鲍尔奖(1994)、富兰克林物理学奖章等。他是英国皇家学会外籍院士、美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士(2015年转为院士)。
2017年,杨振宁与姚期智等放弃外籍转为中国科学院院士,引发广泛社会关注。
历史贡献
杨振宁的历史地位在理论物理学界极为尊崇。宇称不守恒的发现打开了粒子物理的新维度——弱相互作用左右不对称的事实揭示了自然界基本相互作用的深层规律。这一突破直接催生了标准模型中弱电理论的V—A结构。
杨—米尔斯规范场论的深远影响可与爱因斯坦的广义相对论相提并论。它统一了粒子和相互作用的描述框架,为后来整个粒子物理标准模型提供了数学语言。1990年代,杨—米尔斯存在性与质量间隙问题被列为克雷数学研究所七大千禧年难题之一。
杨—Baxter方程在统计物理、量子群、弦论和数学物理中都有深刻影响,是数学物理中最优美的方程之一。
轶事典故
杨振宁与李政道的合作与决裂是物理学史上的著名故事。两人在1950年代亲密合作,共同取得诺奖级成就。但在1962年后,因获诺贝尔奖论文的署名排序等事件矛盾激化,最终分道扬镳。此后两人再未合作发表论文,关于谁对宇称不守恒贡献更大的争论持续了几十年。
杨振宁与邓稼先的友谊也广为传颂。两人是西南联大同学,后分别走上海外和中国两条不同的科学道路。2001年杨振宁在回忆邓稼先的文章中写道:"邓稼先是中国几千年传统文化所孕育出来的有最高奉献精神的儿子。"
杨振宁酷爱中国古典诗词,晚年时常引用苏轼、陶渊明的诗句表达心绪。他曾说:"物理学追寻的是自然的终极对称,而中国古典诗词追寻的是语言的终极对称——两者异曲同工。"
参考文献
1. Yang, C. N., & Lee, T. D. (1956). "Question of Parity Conservation in Weak Interactions". Physical Review, 104(1), 254–258. 2. Yang, C. N., & Mills, R. L. (1954). "Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance". Physical Review, 96(1), 191–195. 3. Yang, C. N. (1957). Nobel Lecture: "The Law of Parity Conservation and Other Symmetry Laws of Physics". 4. Yang, C. N. (1967). "Some Exact Results for the Many-Body Problem in One Dimension with Repulsive Delta-Function Interaction". Physical Review Letters, 19(23), 1312–1315. 5. Yang, C. N. (1983). Selected Papers 1945–1980 with Commentary. W. H. Freeman. 6. 杨振宁 (2002). 杨振宁文集. 华东师范大学出版社.