60多年前的那場科學挑戰

文／王渝生

（作者系國家教育咨詢委員會委員，中國科技館原館長、研究員）

一年一度的諾貝爾獎如約而至，這讓我想起了2007年12月10日，楊振寧在獲得諾貝爾物理學獎50周年紀念日來到中國科技館參加“大師講科普”的情景。

在那個特殊日子，諾貝爾獎委員會特別邀請李政道、楊振寧到瑞典首都斯德哥爾摩出席獲獎50年后的頒獎典禮。李政道應邀前往。楊振寧則來到中國科技館，參加了由中央電視臺《大家》欄目和中國科技館聯合主辦的大型公益活動“大師講科普”，同公眾一起分享他們質疑和推翻宇稱守恒定律的過程和啟示。

楊振寧是在1957年35歲時同31歲的李政道一起獲得諾貝爾物理學獎的。50年后，85的楊振寧健步登上中國科技館學術報臺，作了精彩的演講。

楊振寧首先回顧了在50年前的1957年1月，吳健雄宣布她的實驗證實了在β衰變中宇稱不守恒。差不多一個月以后，2月2日，在美國物理學會的大會上，楊振寧宣讀了那篇與李政道合作的論文，給國際物理學界帶來了一場威力不亞于原子彈爆炸的沖擊。楊振寧很生動地說，事后，對于那天大會的情形有這樣一個報道：最大的演講廳擠滿了人，有人幾乎從廳中央懸燈的鐵纜上爬下來。

為什么這篇論文的影響如此巨大？楊振寧從當時他所從事的粒子物理研究說起，講到了構成世界的最小微粒究竟是什么？在很長一段時間里，人們一直以為答案應該是原子。到了20世紀初，科學家們在原子中發現了質子、中子和電子，很多人以為這些粒子已經不可拆分了。然而基本粒子的發現顛覆了這一觀念。隨著科學儀器的不斷更新，興奮的物理學家們就像剝洋蔥一樣，一層一層地將更小的微粒剝離出來。

楊振寧詳細講述了當時在粒子物理學研究中，普遍認為每一個粒子都有一個特性，叫做宇稱；而有一個基本定律，叫做宇稱守恒。粒子物理學研究前沿要想有所突破，除非推翻宇稱守恒定律。然而在當時的世界物理學界，“宇稱不守恒”是絕對不可思議的事情。因為人們相信宇稱守恒有3個主要的原因：宇稱守恒的意思就是說物理世界是左右對稱的，物理世界的左右對稱通過牛頓的定律跟麥克斯韋爾的定律是完全符合的；左右對稱有很大的直覺和審美的感召力，大家都愿意多有一點對稱；1920年到1930年以后，量子力學研究證實宇稱非常準確地在原子物理中守恒。

楊振寧接著擴展開來說，20世紀物理學一個非常重大的革命性的發展，就是在前30年間量子力學的發展。量子力學不僅是對于物理學，對于今天我們的生活也有極大影響。比如你們手里拿的手提電話，之所以有手提電話，是因為里面有一個芯片；之所以有芯片，是因為有半導體；之所以有半導體，就是因為有量子力學的革命。而在量子力學里，宇稱是非常準確地守恒，宇稱在理論跟實驗研究上已經成為一個很重要的工具。這個工具在原子與分子物理、核衰變的物理及在核反應的實驗里也非常有用處，所以大家認為宇稱絕對是守恒的。1956年，楊振寧和李政道聚到了一起，開始聯手向宇稱守恒觀念發起挑戰。

楊振寧說，物理世界有4種力量，叫做強力、電磁力、弱力、引力。強力就是把原子核合在一起的力量，所以原子彈可以有很大的能量爆炸出來；電磁力就是電跟磁的力，我們平常所看見的很多現象，其實都是電磁力各種不同的表現；弱力是20世紀才發現，比強力和電磁力都要弱得很多的力，其中大家最熟悉的就是放射性，現在到醫院檢查身體，常常給你吃一些放射性的藥物，幫助醫生檢查你身體里有什么問題；還有就是萬有引力。這4種力，在上世紀四五十年代，已經很清楚了。

楊振寧和李政道大膽地猜測，或許宇稱守恒對絕大多數的力量而言是正確的，但在弱力作用下未必如此。于是他們對弱力，尤其是β衰變進行了非常深入的研究，這使他們有了一個十分驚人的發現，原來以前所有的β衰變實驗都跟宇稱守恒沒有關系。于是他們接著就提出來幾個實驗，來測試β衰變跟其他的弱相互作用中宇稱是否守恒。當時他們就寫了一篇文章，題目是《宇稱在弱相互作用里是不是守恒？》。結果在幾個月以后，在10月1日文章登出來的時候，這個題目改成了《在弱相互作用之下宇稱守恒的問題》，為什么變成這樣呢？因為當時叫戈特斯密特的編輯是一個有名的物理學家，他說一個題目里不可以有問號，就把它改成這樣。

“但我自己一直是覺得，還是原來有問號的那個題目比這個更傳神一些。”楊振寧用這個問號的話題結束了他獨到的演講，贏得了在場聽眾熱烈的掌聲。

聽眾們踴躍向他提出問題，他一一做了精煉的回答。對于大學生提出的問題，他總是采取循循善誘的態度。

今天，回顧十多年前楊振寧的“大師講科普”，使我進一步深刻認識到習近平總書記在2016年5月30日全國“科技三會”上講的話：“要尊重科學研究靈感瞬間性、方式隨意性、路徑不確定性的特點，允許科學家自由暢想、大膽假設、認真求證。”