从杨振宁的失败中,我们能学到什么?| 科技袁人

导读

能从失败中学习,才是大师风范。大家如果能从别人的失败中学习,就能更快地成功。

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本视频发布于2022年7月22日,浏览量已超19w

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杨振宁是世界著名的物理学大师,但他在学习和研究中也曾经历很多失败(《我的学习与研究经历 | 杨振宁》)。有趣的是,有志于科学事业的人从他的失败中能学到的反而是最多的。

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1946年,杨振宁到美国芝加哥大学,想跟恩里科·费米(Enrico Fermi,1901 - 1954)读博士,尤其是想做实验方面的工作。但当时费米的实验室是保密的,杨振宁不能进入,于是费米推荐他先跟另外一位教授爱德华·特勒(Edward Teller,1908 - 2003)做理论。

特勒给杨振宁的第一个题目是Be与BeO的K-电子湮没的几率问题。杨振宁的初步计算结果出来以后,特勒安排他做一个报告,那是杨振宁在美国第一次做学术报告。系里教师们听了报告都反应很好,特勒就要杨振宁把这写成一篇文章。然而杨振宁写了一个星期始终写不好,因为计算中用了好几种不同的近似方法,自己不能肯定结果的可靠性。特勒倒也不在意,又给了他一个核物理的题目。

1946年秋天,费米介绍杨振宁去另一位教授艾里逊(Samuel King Allison,1900 - 1965)那里。艾里逊是核实验物理学家,当时正在建造一台400千伏的Cockcroft-Walton加速器。杨振宁终于得到了做实验的机会,但他的实验生涯非常悲惨。用他自己的话说:

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当时我在芝加哥大学的物理系是非常有名的研究生,因为我在西南联大所学到的基本理论物理已达到了当时最前沿的标准,可是我的动手能力非常蹩脚。同学们很佩服我的理论知识,常常要我帮他们解决理论习题,可是大家一致笑我在实验室里笨手笨脚。“Where there is Bang, there is Yang!”(哪里有爆炸,哪里就有杨振宁!)

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我早就听说过这句名言!

与此同时,杨振宁在理论方面不断地在找题目,找了四个之多。前三个当时在芝加哥大学都没人感兴趣,他一个人在图书馆中研读,每一项都花了几个星期的努力,结果都是无疾而终。只有第四个题目是特勒非常感兴趣的,杨振宁花了几个星期用群论分析“物理规律在空间旋转下不变”的意义,得出几个漂亮的定理,写成一篇短文。特勒很喜欢这篇文稿。

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1948年春天,全系师生都知道杨振宁在艾里逊实验室的工作不成功,于是特勒主动来找他,问:“你做的实验是不是不大成功?”杨振宁说:“是的。”特勒说:“你不必坚持一定写出一篇实验论文。你已经写了理论论文,那么就用理论来作毕业论文吧。我可以作你的导师。"杨振宁听了很失望,因为他确实是一心一意想写一篇实验论文的。于是他对特勒说,需要想一想。

想了两天以后,杨振宁决定接受特勒的建议。这就是为什么杨振宁没有成为一个实验物理学家。杨振宁自己说:有的朋友说这恐怕是实验物理学的幸运。我看到这里大笑,我想说,这也是理论物理学的幸运。

然而真正的转折在于,杨振宁自问自答:我一年多的实验经历是否白费了呢?不是。我从中了解到,实验工作者的价值观与理论工作者不同,这一点影响了我以后的许多工作。

我来注释一下。关于实验工作者与理论工作者的价值观区别有一个非常形象的故事,来自盖尔曼(Murray Gell-Mann,1929 - 2019)的科普名著《夸克与美洲豹》。

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盖尔曼在MIT读博士的时候,参加过一个讨论班。有一次,一位演讲者介绍了他的博士论文,里面用看似合理的近似方法算出,B-10原子核的最低能态的自旋角动量应该为1。当他讲完后,盖尔曼想的是,坐在前排的杰出理论物理学家们对此有何评论。然而,第一个发言的根本不是理论物理学家,而是一个满脸胡子、好像刚从地下室爬出来的小个子。

他说:“嘿,它的自旋角动量不是1,而是3。我测量过!”蓦地,盖尔曼明白了理论物理学家的主要目标:不是要说服前排的教授们,而是要与观察结果一致。当然,实验家也可能出错。但在这个例子中,那个好像从地下室里爬出来的家伙说的观测结果是正确的。

让我们回到杨振宁的故事。1954年至1956年间,实验发现了很多种新粒子,其中有两种被称为θ和τ的粒子非常奇怪(《物理学与美学的顶峰相遇——李政道先生思想的星辰之光 | 袁岚峰》)。它们的质量、寿命等性质完全一样,看起来它们应该是同一种粒子。然而θ会衰变成两个π粒子,τ会衰变成三个π粒子,这就造成了巨大的困惑。因为物理学中有一项金科玉律叫做宇称守恒,意思是物理规律在左右变换下应该不变。每一种粒子都有一个宇称,奇或者偶,即-1或者+1。π粒子的宇称是奇,这就意味着θ的宇称是偶,因为-1的平方等于1,而τ的宇称是奇,因为-1的三次方等于-1。所以,θ和τ到底是不是同一种粒子呢?!

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这个问题叫θ-τ之谜,是当时基本物理学中最困扰人们的问题。这里的关键在于,基本相互作用分为四类:万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用。在前三种相互作用中,宇称守恒都有坚实的实验基础。但在弱相互作用中,宇称守恒并没有得到严格的检验,大家认为它守恒只是因为它“天经地义”,这是一种思维的惯性。θ和τ的衰变,就来自弱相互作用。

1956年夏天,杨振宁和李政道仔细检验了过去五类所谓证明弱相互作用中宇称守恒的实验,发现它们其实都没有证明宇称守恒。他们指出了这一点,指出了弱相互作用中宇称不守恒的可能性,并建议了几类可以检测弱相互作用中宇称是否守恒的实验。

他们把论文寄给了很多同行,很快就收到一致的回应:宇称绝对不会不守恒,你们建议的实验都是浪费时间与资源!只有吴健雄独具慧眼,她虽然也不相信宇称会不守恒,但她认为这是值得检验的。即使宇称守恒不被推翻,在以前没有检验过的弱相互作用情况下检验它也仍然是有价值的。

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经过六个月的努力,吴健雄于1957年初宣布:在弱相互作用中宇称不守恒,而且是极度不守恒。这震惊了整个物理学界,杨振宁与李政道立刻获得了当年的诺贝尔奖。然而为什么大自然在三种相互作用中都宇称守恒,只有在弱相互作用中宇称不守恒?直到现在都不清楚。

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这些波澜起伏的故事告诉大家:永远不要把所谓“不验自明”的定律视为是当然的。而杨振宁前面那些失败的经历,也都为成功做了必要的铺垫。能从失败中学习,才是大师风范。大家如果能从别人的失败中学习,就能更快地成功。

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