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第19章 学生热爱社会教育故事推荐(9)

事实确实如此,杨、李提出弱相互作用下宇称可能不守恒的设想后,并不被当时多数物理学家所承认。其中最典型的,要数20世纪最负盛名的物理界权威泡利教授。他对杨、李的设想大大地不以为然。他在一封信中说:“我不相信上帝是一个无能的左撇子,我愿意出大价钱和人打赌,实验的电子角分布将是左右对称的!”

虽然没有人和泡利教授打赌,但他终究输了。证明他输的也是一位华人,即女物理学家吴健雄。她用精确的β衰变实验,证明电子角的分布并不左右对称,而是偏向一方。通过这项震动世界的实验,最终得出了在弱相互作用下宇称并不守恒的结论。于是“θτ”之谜也随之解决:具有不同宇称的θ介子和γ介子原来是同一种粒子,后来称之为k介子。

杨振宁终于成功了,是年34岁。

诺贝尔奖是科学界的最高荣誉,然而,这是要特别指出的是,它还不是杨振宁的最高成就。在更早的1954年,也就是他32岁时,曾完成一项贡献更大、意义更为深远的学术创造。他和美国人密耳斯一道,提出了物理学中的规范场理论,称为“杨-密耳斯规范场方程”。这一方程,和麦克斯韦的电磁场方程、爱因斯坦的引力场方程(相对论)并列,被称为20世纪物理学奠基性理论之一。而杨振宁则被称为“继爱因斯坦、狄拉克之后,20世纪物理学出类拔萃的设计师”。随着人们对规范场理论重要性的认识日益加深,物理学界普遍认为,杨振宁在规范场理论上的突出贡献,应得第二次诺贝尔奖。

杨振宁学术成就如此之高,他是怎样成长起来的呢?杨振宁总结了他的治学经验,通过着文、讲学,带给人们十分有益的启示。

首先,杨振宁认为,做研究工作要有主见,对所研究的问题要保持一种开放的想法。也就是说,要考虑问题的方方面面,考虑一切可能性,不能被书本、权威和已有结论牵着鼻子走。他认为,物理学中所追求的,应该是新的、活的东西,要多注意新的发展,多注意最初的现象。有时为了不被现成的结论所束缚,对有些问题的研究,还要从头做起:暂时先不看别人的文章,待独立研究一段时间后,再去看看自己和别人的思路有何不同。

其次,杨振宁认为,做研究工作要有自己独特的风格。他认为,爱憎决定风格,而风格又决定贡献大小。他比较喜欢爱因斯坦、狄拉克和费米的风格。这种风格,具有把一个物理概念、一种理论结构或一个物理现象的本质是炼出来的能力,并且能用简洁的数学形式表达出来,从而能准确地把握其精髓。杨振宁的研究风格也是如此。正是在这种风格的基础上,才发展出规范场理论。

第三,杨振宁认为,要发挥自己的特长,注意扬长避短。一方面对自己的能力要有自信,坚信研究目标能够实现,并为之不懈追求;另一方面,也要适当估计自己的能力,不能死钻牛角尖。他说:“假如你做一件事情做得很苦,我想也许值得考虑不要这个东西了,去另外想别的东西。一个学问的前沿方向是很多的,有许多有生气的方向。最好走向这些有生气的方向。牛角尖不是绝对不可以钻,但是必须保持主动性,保持见机而退的能力和勇气。”这里还有一段有趣的故事:杨振宁出国之初,本想从实验物理学发展,但他的动手能力实在欠佳,以致流传着“凡是有爆炸的地方一定有杨振宁”的笑话。后来,氢弹之父泰勒劝他改向理论物理学发展。这一改变,决定了他一生的命运。人们都说,他转向理论物理,是理论物理的幸运;有的朋友也戏言,他“见孬就收”,也是实验物理的幸运。

第四,杨振宁认为,要有广泛的兴趣,要最大限度地扩展自己的知识面。由于各科之间知识的渗适性日益加深,他主张采用“渗透性学习法”。在研究工作中,要抓住由渗透、联想所产生的创造火花,并努力把它发展成创造的支柱。

以上是杨振宁的治学经验谈。除此之外,杨振宁还把他的成功,归结为中西文化的结合。他认为,中国文化注重演绎法,即从一定的数学表达式,推演出相应的物理结构或结论;而西方文化注重归纳法,即从物理现象、事实中,引导出相应的数学表达式。杨振宁同时接受中西两种教育,不同方式的思想训练,使他受益匪浅。他提出规范场理论,最初思路是想把麦克斯韦方程推广到新的领域,这是演绎去的成功范例。而他突破宇称守恒定律的局限,则来源于对物理现象、事实的归纳,这又是归纳法的生动事例。

当然,杨振宁的成功,还有其他一些重要因素,比如良好的家庭教育和学校教育。他父亲杨武之,是清华大学着名的数学教授,也是他学术方面最早的引路人。他母亲罗孟华,是一个善于在幼儿心田上播撒智慧种子的母亲。至于他的学校教育,可以说奠定他学术基础的,是清华大学。这是清华人,乃至全体中国人引为自豪的。

由于杨振宁的科学成就,也由于他对新中国教育、科学诸多方面的贡献,中国有关方面,将紫金山天文台1975年11月26日发现的国际编号为3421号的小行星,命名为“杨振宁星”,并已得到国际小行星命名委员会的正式批准。“杨振宁星”将在浩瀚的宇宙中永远闪耀!

28.发现粒子

1974年8月底,年轻的美籍华人丁肇中和他的实验小组,在美国布鲁克海文实验室的加速器上日夜奋战。

为了寻找新的重粒子,他们已经辛苦了10年之久。这次来到布鲁克海文实验室,在对机器进行检查、调试后,他们又几乎花费了大半个夏天的时间,在能量为40亿~50亿电子伏的区域内反复寻找,仍然毫无所获。

要知道,这个实验的难度实在太大了。在核反应过程中寻找出他们所要的粒子,真如同大海捞针,它的机会少到只有100万分之一。而且,不知道它们在什么时候会突然地冒出来,一不留神,稍纵即逝,必须24小时不停地开机搜索。小组成员在丁肇中的带领下,经常一天工作16小时以上。

几年前,有位名叫莱德曼的教授也在这台加速器上做过类似的实验,只看到一些模糊的反常现象,便放弃了探索。当时,一些人也以莱德曼为“前车之鉴”,来劝说丁肇中放弃实验方案。

可丁肇中的回答是:“不!即使是波士顿的雨季里,也许这是仅在一秒钟内降下的一颗雨滴,我也要把它找出来。”

他又再三告诉自己的小组成员:“决不放弃自己的科学观点,要毫不胆怯地去迎接挑战。”

同时,丁肇中详细地研究莱德曼教授的实验报告,吸取了他们的教训。这次做实验,他在改进探测器上下苦功,力排万难,制作了一台分辨本领很高的新型探测器。

可到底行不行呢?谁也没有把握。

这天,他们决定把机器能够提供的能量区域再往下调低一点,又开始了新一轮的探索。

情况如同往常,小组成员继续搜索着。

突然,一个反常的现象出现了:计数器接受的信号骤然增加!

咦?难道是仪器出了毛病?

“不,不可能。”丁肇中想,因为他们对仪器都仔细检查过,何况它经过了几个月的考验。

“啊!莫非果真有一个新粒子?”

丁肇中竭力克制住自己万分激动的心情,再三叮嘱组员们:“重新测试,检查、再检查!

全体实验小组成员都来到了这小小的控制室,个个无比兴奋、喜悦,注视着仪表的动静。

这是真的!已经可以肯定,在他们面前,果真出现了一个新粒子!大家欢呼起来,相互握手、相互祝贺。10年的艰苦耕耘,终于结出了硕果!

几天后,丁肇中看到了经计算机处理的实验数据绘制的图形:在31亿电子伏处,出现了一个峰顶越出图纸的高峰,表明这里产生了一个新的重粒子,而且这个新粒子的寿命异乎寻常地长。

为了做到万无一失,他们采用两套截然不同的方法来再次核实这个实验,最后得到完全相同的结论:一个寿命长得出奇的新粒子确确实实存在!

丁肇中和他的组员们商量后,给新粒子起了名字,叫J粒子。

J粒子的发现,是基本粒子科学的重大突破。它震动了整个物理学界,几乎吸引了全世界所有的粒子物理学家,成了当时每次国际性学术会议的中心内容。

为什么J粒子的发现会引起那么大的反响?原来,它的性质是那么奇特,寿命比预料值大5000倍,比其他伙伴大1000倍。J粒子的这种特性,表明了它是一种含有新型夸克的强子。

夸克是什么?它是组成基本粒子的小粒子,也叫亚粒子。两千多年来,人们对物质世界的认识不断深化。先是发现物质是由分子构成的,以后又探测到分子是由更小的原子组成的。自从汤姆生1897年从实验中发现第一个基本粒子——电子以后,人们认识到原子也是可以分割的,它的中心有原子核,核里有质子和中子,电子环绕着原子核不断地运转。物理学家把质子和中子叫做强子,把电子叫做轻子,统称为基本粒子。随着各种加速器的出现,物理学家发现了越来越多的基本粒子,到现在已经有近400种了。

在20世纪60年代以前,人们以为基本粒子是组成物质的最基本的东西。1962年一位年方31岁的盖尔曼教授把已发现的100多种粒子分门别类,列出了一张基本粒子“周期表”,从这张表的空格中,他预见强子是由3种比基本粒子更小的、带有分数电荷的粒子——亚粒子(u、d、s)构成的。他给这3种亚粒子起名叫夸克。当物理学家们运用这3种夸克来解释已经发现的所有强子时,理论与实验结果非常一致,以致很难想像,还会有其他成员进入这小小的夸克家族。

可是,今天发现的J粒子,需要引进新的第四种夸克来解释它。这无疑是打开了夸克家族的大门,展示了探索亚粒子世界的前景,大大推动了高能物理的发展。不久后,人们发现了许多新的粒子,第五种、第六种夸克也相继被发现。微观世界真是奥妙无穷!现在,物理学家们还在不断地进行新的探索。

1976年10月18日,丁肇中收到了一份来自瑞典皇家科学院的电报:“瑞典皇家科学院今日以1976年诺贝尔物理奖平分颁于美国丁肇中教授和美国布尔顿里希特教授,以酬谢其在发现一种新的基本重粒子方面的先驱性工作。”

按照惯例,获奖者在颁奖典礼上要用本国语言发表演讲。可是,丁肇中向瑞典皇家科学院写了一封信,提出了一个请求:在授奖典礼上,先用中文发表演讲,然后再用英文复述。

丁肇中1936年出生于美国密执安州安阿伯城,是美国公民,但原籍是中国山东省日照县。父母留学美国时生下了他,而且他出生才3个月就被父母带回中国,小学、中学时代都在中国度过,是在中国长大的。他要先用中文演讲,是为了表示他对中国的深挚的爱,表达自己作为中华民族后代的自豪。

他的这一请求使瑞典皇家科学院为难,但经过他的努力,他如愿以偿。1976年2月10日下午,丁肇中精神抖擞地走上瑞典斯德哥尔摩音乐大厅的庄严讲台,用流利的中国普通话发表了一篇铿锵有力的演讲。在短短200多字的演讲中,他语重心长地向发展中国家的青年强调了实验工作的重要性。中华之声第一次响彻斯德哥尔摩授奖大厅,人们向他报以长时间暴风雨般的掌声。

丁肇中成为当代着名的实验物理学家绝非偶然。他走出了一条“兴趣+勤奋=成功”的成长之路。

在旧中国,丁肇中的童年是在战火与逃难中度过的。战争使他无法进小学读书。为了给父母分忧,他小小年纪就干起了家务活。

他的父母都是大学教授,可以说是他的启蒙老师。丁肇中八九岁的时候,父亲常给他讲述19、20世纪一些伟大科学家,如法拉第、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等的故事,给他留下了很深的印象。母亲则常告诫他说:“你不管做什么,一定要努力,要成为一个佼佼者。”他懂得了要成为佼佼者,必须吃大苦、耐大劳,锲而不舍、百折不挠地奋斗的道理。听父母讲“龟兔赛跑”的故事后,他嘲笑那只自满的兔子,佩服那只埋头苦干的乌龟。心想,做事情“不怕慢,就怕站”。只要认准目标,一往直前,再远的路程也可以走完,再高的山峰也可以攀上去。

由于战乱,他到1949年才进正规的学校。之前,他要补上全部的小学课程,以便考上初中。经过刻苦努力,他一年内把小学的基础打得扎扎实实,以优异成绩考入了中学。

中学开学典礼上,老校长说:“大家一定要努力上进,做一个出类拔萃的学生。自古以来,成大事者不但要有高超的才能,而且还必须要有坚忍不拔的毅力。”丁肇中铭记在心。他暗下决心:一定要全力以赴,争取“出类拔萃!”他抓紧分分秒秒刻苦努力。“时间是最浪费不起的”这句话成了他的口头禅。后来,数学、物理、化学和中国历史成为他几门拿手的课程,以致在高中毕业时,同学的临别赠言这样写道:“你的理科可以说是班上无敌手,希望你集中全力向理科进攻,发明几个丁氏定律。”

在中学,丁肇中的兴趣有了变化。从小他的父母就不强迫他读何种书,也不单抓他的考分,总是启发他的自觉,激励他的兴趣。最初他爱好中国历史,以后,他逐渐觉得自己搞自然科学更有把握,越来越对探索自然界的奥秘产生了浓厚的兴趣。他发现自己热爱物理,自己真正的兴趣和长处是物理。高中毕业时,他确定了自己的奋斗方向,立志献身于物理学。

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