从杨振宁和盖尔曼的失败中,我们能学到什么?

2025-05-06ASPCMS社区 - fjmyhfvclm

杨振宁是全球著名的物理学家,在他的学术生涯中也经历了许多失败。值得一提的是,那些有志于投身科学的人,往往能从他的失败经历中汲取到更多的教训和智慧。

1946年,杨振宁赴美国芝加哥大学,立志向恩里科·费米(Enrico Fermi)教授学习,特别是希望参与实验方面的研究。然而,费米的实验室因保密原因无法让杨振宁进入工作。于是,费米推荐他转向另一位教授——爱德华·特勒(Edward Teller)从事理论研究。特勒给他布置的第一个研究课题是关于铍(Be)与铍氧化物(BeO)中K电子湮没几率的计算。杨振宁初步完成了计算并准备做报告,这也是他在美国的首次学术汇报。报告获得了教授们的高度评价,特勒鼓励他将其写成论文。然而,在接下来的一个星期里,杨振宁发现自己始终无法将这篇论文完成,因为计算中涉及了几种不同的近似方法,他并不确信这些方法的结果是否足够准确。尽管如此,特勒并未过多介意,而是继续给了他一个新的核物理课题。

1946年秋天,费米又介绍杨振宁去见核物理学家艾里逊(Samuel King Allison)。艾里逊教授正在建造一台400千伏的Cockcroft-Walton加速器,杨振宁终于有了做实验的机会。然而,他的实验之路并不顺利。他自己回忆道:

“我在芝加哥大学物理系是一个非常出名的研究生,因为在西南联大的学习让我掌握了当时最前沿的理论物理知识。尽管如此,我的动手能力却非常差。我的同学们非常佩服我的理论能力,常常请我帮忙解决理论问题,但他们也总笑我在实验室里笨手笨脚。”他还笑称:“哪里有爆炸,哪里就有杨振宁!”这句话已经成为了他学术生涯中一个经典的自嘲。

与此同时,杨振宁并未放弃理论研究,他寻找了四个新的课题。前三个课题在芝加哥大学并未引起任何关注,他独自一人在图书馆里努力钻研,付出了几个星期的时间,但都未取得任何实质性的进展。直到第四个课题,他通过群论分析物理规律在空间旋转下的不变性,得出了几条精彩的定理,并撰写成一篇简短的文章。特勒对这篇论文非常欣赏,认为它具有很高的价值。

到了1948年春天,杨振宁在艾里逊实验室的实验工作并未取得预期成果,整个物理系的师生都已经知晓此事。于是,特勒主动找到了杨振宁,询问他的实验进展。杨振宁坦言实验结果不如人意,特勒则表示:“你不必坚持写一篇实验论文,你已经写了很好的理论论文,完全可以用它作为你的毕业论文。我可以做你的导师。”这一建议让杨振宁感到失望,因为他本希望能在实验方面有所突破。经过两天的思考后,杨振宁决定接受特勒的提议,从而放弃了成为实验物理学家的理想。他自嘲地说,自己没能成为实验物理学家的经历,既是实验物理学的幸运,也是理论物理学的幸运。

然而,他深刻地反思了这一段实验经历,提出:自己并没有白白浪费一年多的实验时间。相反,他从中深刻认识到,实验工作者与理论工作者之间的价值观存在差异,这一认识对他后来的研究产生了重要影响。

这让我想起了一个生动的故事,来自诺贝尔奖获得者盖尔曼(Murray Gell-Mann)的科普作品《夸克与美洲豹》。在MIT攻读博士时,盖尔曼参加过一个讨论班,听到一位演讲者提出B-10原子核的自旋角动量应该是1,依据的是一种合理的近似方法。讲座结束后,盖尔曼迫不及待地想知道前排理论物理学家们对此有何看法。然而,第一个发言的并不是理论物理学家,而是一位满脸胡须的小个子,他说道:“嘿,他的自旋角动量不是1,而是3,我做过实验,测量过!”这一发言让盖尔曼恍然大悟,意识到理论物理学家的目标不在于取悦座位前排的教授,而是要确保自己的理论与实验结果吻合。尽管实验者也可能犯错,但在这个例子中,那位看似不起眼的实验者的测量结果却是正确的。

回到杨振宁的故事,1954年至1956年间,物理学界发现了多种新粒子,其中有两种粒子θ和τ,它们的质量和寿命几乎一致,外表看似是同一粒子。然而,θ粒子会衰变为两个π粒子,而τ粒子会衰变为三个π粒子,这引发了极大的困惑。因为根据宇称守恒定律,物理规律在左右镜像变换下应保持不变。π粒子的宇称为奇,因此θ粒子的宇称应为偶,τ粒子的宇称则应为奇。这个不解之谜被称为θ-τ之谜,成为了当时物理学界的一大难题。

这个问题的关键在于,物理学的四种基本相互作用中,万有引力、电磁力、强相互作用都严格遵循宇称守恒,但弱相互作用却没有得到同样的实验验证。人们普遍认为弱相互作用守恒,只是出于对其“天经地义”的习惯性认知。θ与τ的衰变现象表明,可能是弱相互作用中的宇称守恒被违反了。

1956年夏天,杨振宁和李政道通过仔细检查此前的实验数据,发现原先所谓证明弱相互作用宇称守恒的实验,并没有真正验证这一点。于是,他们提出了一个大胆的假设,指出弱相互作用中宇称可能不守恒,并且建议进行一系列新的实验来验证这个假设。此举遭到了广泛的质疑,几乎所有同行一致认为,宇称绝不会违反。幸运的是,物理学家吴健雄站出来支持他们的观点,认为即使宇称守恒并没有被推翻,这个实验仍然具有极高的学术价值。经过六个月的努力,吴健雄终于在1957年初宣布:弱相互作用中宇称不守恒,且违反程度相当严重。这一突破震惊了全球物理学界,杨振宁和李政道因此荣获当年的诺贝尔奖。

至今,科学界仍未解开为什么在三种基本相互作用中宇称守恒,而只有在弱相互作用中宇称不守恒的谜团。然而,这段经历让人们明白了一个深刻的道理:不要轻易将任何看似理所当然的定律视为不容怀疑。杨振宁早期的失败为他后来的成功铺平了道路,这一切都证明了从失败中汲取经验、不断前行的价值。如果我们能够从他人的失败中学习,我们也能更加迅速地走向成功。

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