撰文?|?厚宇德 (山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所)、鄭文鋒 (山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所)、劉姣婷 (山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所)

來源?|?本文選自《物理》2023年第3期

2017年9月4日至6日，楊振寧先生訪問山西大學(xué)，在短短的幾天里，他為全校師生做了關(guān)于《20世紀(jì)物理學(xué)的三個(gè)主旋律》的主題報(bào)告?(圖1)，與山西大學(xué)部分師生座談并題字?(圖2)，還抽空參觀古跡、博物館，等等。期間時(shí)有值得記憶的場(chǎng)景出現(xiàn)，今整理幾則與讀者分享。

圖1 2017年9月4日，楊振寧先生應(yīng)邀為山西大學(xué)師生做報(bào)告(圖片來源于山西大學(xué)新聞網(wǎng))

01向派斯質(zhì)疑玻爾的物理學(xué)家是誰？

美國(guó)著名物理學(xué)家、物理學(xué)史家派斯?(Abraham Pais)?寫過一本《尼爾斯·玻爾傳》，我國(guó)著名物理學(xué)史家戈革教授將這本書譯成了中文[1]。在這本書的序中，派斯講了幾個(gè)故事，其中第三個(gè)故事是，在20世紀(jì)80年代初期派斯和他一位朋友的一次談話。派斯說，與他對(duì)話的“那位朋友是海森伯一代以后的我們這一代中最高明和最著名的物理學(xué)家之一?！?/p>

派斯的這位朋友問：“你和玻爾很熟？”派斯回答：“是的?！?/p>

這位朋友又問：“那么告訴我，玻爾到底做了什么？”

派斯回答：“喏，首先而又最重要的是，他是量子理論的奠基人之一?！?/p>

派斯的朋友說：“我知道，但是那種工作已經(jīng)被量子力學(xué)超越了。”

派斯說：“當(dāng)然。”派斯接著繼續(xù)辯護(hù)：“接著我說了他?(玻爾)?在量子力學(xué)中的地位，特別是他對(duì)互補(bǔ)性的引入?！边€有一件事令派斯大惑不解：“互補(bǔ)性概念被玻爾本人認(rèn)為是他的主要貢獻(xiàn)，為什么在一些最好的教本中，例如狄拉克的量子力學(xué)教本、朝永振一郎的按照歷史過程敘述的量子力學(xué)教本，和理查德·費(fèi)曼的物理學(xué)講義中，竟會(huì)對(duì)這個(gè)概念只字不提呢？”

《尼爾斯·玻爾傳》于1991年出版，晚年的派斯記憶力可能不是很好，他忘記了在1986年出版的他自己的著作中，對(duì)于量子力學(xué)發(fā)展史，尤其是量子力學(xué)理論建立過程的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，他曾經(jīng)做出過準(zhǔn)確判斷。玻恩在1926年6月完成的一篇論文中，提出了波函數(shù)的幾率解釋，派斯對(duì)此予以高度評(píng)價(jià)：“量子力學(xué)意義上幾率的引入——也就是說，幾率作為基本物理學(xué)定律的一個(gè)內(nèi)在特征——很可能是20世紀(jì)最富有戲劇性的科學(xué)變化。同時(shí)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著一場(chǎng)‘科學(xué)革命’……的結(jié)束而不是開端。”[2]派斯的這一認(rèn)識(shí)與后期很多著名物理學(xué)家，或者說物理界的共識(shí)高度一致，即至玻恩提出波函數(shù)的幾率或統(tǒng)計(jì)詮釋時(shí)，量子力學(xué)理論體系的構(gòu)建工作已宣告結(jié)束，而在這之后玻爾提出的互補(bǔ)性或互補(bǔ)原理，純系哲學(xué)范疇的產(chǎn)物，物理學(xué)家在應(yīng)用量子力學(xué)解決物理問題時(shí)，從來不需要依賴互補(bǔ)原理。如王正行教授就干凈利落地說：“在物理上，根據(jù)玻恩對(duì)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋，并不需要玻爾的這個(gè)?(指互補(bǔ))?認(rèn)識(shí)論?！盵3]

如果派斯清晰記得自己在撰寫《粒子物理學(xué)史》時(shí)，對(duì)于量子力學(xué)發(fā)展史的清晰認(rèn)識(shí)、準(zhǔn)確而高明的判斷，就不會(huì)在為玻爾做傳時(shí)，受玻爾觀念的左右，反而又去對(duì)互補(bǔ)性戀戀不舍。這方面的討論不是本文的重點(diǎn)即此略過。我們要討論的是，那個(gè)令派斯困惑的年輕一代“最高明和最著名的物理學(xué)家”究竟是誰？戈革教授在翻譯《尼爾斯·玻爾傳》時(shí)，他揣測(cè)：“從各種跡象看來，我相信此人就是一代奇才理查德·費(fèi)曼?！备旮锝淌诘牟聹y(cè)雖然客觀上貌似有道理，但是事實(shí)上卻難以證實(shí)。在這本書中，根據(jù)這段對(duì)話前后的語境，事實(shí)上大體可以斷定此人應(yīng)該不會(huì)是費(fèi)曼。因?yàn)樵谂伤闺S后對(duì)這次對(duì)話的疑惑中?(上文引用的)?，出現(xiàn)了費(fèi)曼的名字，如果與派斯對(duì)話的人是費(fèi)曼，那么派斯就不會(huì)在第二個(gè)同樣的不解中，再次列出費(fèi)曼的名字。

那么，我們還有辦法搞清楚這位年輕一代最高明又著名的物理學(xué)家究竟是誰嗎？本來是幾乎沒有可能的，但是這個(gè)問題很快迎刃而解了。在9月4日午餐時(shí)，楊先生談鋒甚健，在與眾人輕松聊天的過程中，筆者問楊先生是否了解戈革教授，他開始沒有聽清，其后的回答表明，他并不了解戈革教授。于是筆者介紹說戈革教授是國(guó)內(nèi)著名的玻爾研究者。提到玻爾，楊振寧先生問：“你們有沒有讀過派斯寫的玻爾傳記？有一次我問派斯，玻爾到底為量子力學(xué)做了什么？”之后楊先生的進(jìn)一步敘述，基本上與前面我們引用的、派斯在玻爾傳記的序言里講過的第三個(gè)故事完全一致。之后楊先生講：“后來派斯給我看他的書稿，他把與我的對(duì)話寫進(jìn)了玻爾傳記的序言里?！敝链宋覀兙鸵馔獾亟忾_了戈革教授沒有猜對(duì)的謎題：被派斯稱為年輕一代中“最高明和最著名的物理學(xué)家之一”的那位物理學(xué)家，不是費(fèi)曼，而是楊振寧先生。1)

此事的意義有二：第一，確定了戈革教授也曾揣測(cè)的被派斯稱為年輕一代最高明、最著名的那位物理學(xué)家的真實(shí)身份；第二，由此可以看出，當(dāng)年老一代物理學(xué)家?(如派斯)?對(duì)楊振寧有極高的評(píng)價(jià)。這可能也是派斯在著作中沒有直接寫出楊振寧名字的主要原因。

02是A-B效應(yīng)，還是B-A效應(yīng)？

山西大學(xué)物理學(xué)院的梁九卿教授曾在美國(guó)南卡羅萊納大學(xué)師從阿哈羅諾夫?(Yakir ?Aharonov)?教授，阿哈羅諾夫就是物理學(xué)中重要的A-B效應(yīng)里的“A”。阿哈羅諾夫當(dāng)年師從著名物理學(xué)家玻姆?(David Bohm，即A-B效應(yīng)里的“B”)?。楊振寧先生這次在山西大學(xué)訪問期間，9月6日上午曾與山西大學(xué)物理學(xué)院、科學(xué)技術(shù)史研究所等部分師生座談。當(dāng)他聽說梁九卿教授曾師從阿哈羅諾夫后，講了個(gè)關(guān)于A-B效應(yīng)的故事。

圖2 楊振寧先生在2017年9月6日上午座談后題字留念

在敘述楊先生講的故事前，有必要先回顧一下與A-B效應(yīng)相關(guān)的物理知識(shí)。在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中，描述場(chǎng)的基本物理量是電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。其中，E=-?φ，φ是靜電場(chǎng)的電勢(shì)，為標(biāo)量；而B=?×A，A被稱為磁場(chǎng)的矢勢(shì)。由于：?×(A+?ψ)=?×A，所以對(duì)應(yīng)同一個(gè)磁場(chǎng)B，矢勢(shì)A可以是多量值，而不是唯一確定的(同理對(duì)于同一個(gè)電場(chǎng)E，電勢(shì)φ也不具有唯一確定性)。因此在經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中，φ和A只是為了數(shù)學(xué)上的方便而引入的輔助量，二者都不具有直接可觀測(cè)的物理意義。1959年，阿哈羅諾夫和玻姆從理論上預(yù)言：在量子力學(xué)中，磁場(chǎng)矢勢(shì)A和電場(chǎng)電勢(shì)φ具有可觀測(cè)的物理效應(yīng)。以通電螺線管中的磁場(chǎng)為例，當(dāng)螺線管內(nèi)有磁通Φ時(shí)，讓電子經(jīng)過其外部空間，在此區(qū)域處處B=0，但A≠0，因?yàn)閷?duì)于包圍螺線管的任一閉合路徑，積分可得：

。因此，矢勢(shì)A具有可觀察的物理效應(yīng)，它可以對(duì)電子產(chǎn)生相互作用。兩人的這一預(yù)言，次年?(即阿哈羅諾夫博士畢業(yè)年)?由錢伯斯?(R. G. Chambers)?通過實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)。

楊振寧對(duì)于A-B效應(yīng)的物理意義評(píng)價(jià)甚高：“在我看來，阿哈羅諾夫—玻姆實(shí)驗(yàn)是基本實(shí)驗(yàn)之一，它建立在量子力學(xué)中電磁理論的真正拓?fù)湟饬x之上?！盵4]在9月6日楊振寧講的與A-B效應(yīng)有關(guān)的故事中，雖然關(guān)于A-B效應(yīng)的文章作者順序是A前B后，但是楊振寧一度出于自己的考量而稱其為B-A效應(yīng)。這個(gè)故事曾收錄在他的著作中：

當(dāng)這一理論1959年第一次被提出來時(shí)，很多著名物理學(xué)家都不相信它。……在1984年以前，我總是將阿哈羅諾夫—玻姆論文稱為玻姆—阿哈羅諾夫論文，(我這樣做)基于以下理由：玻姆是一位很優(yōu)秀的物理學(xué)家，在麥卡錫時(shí)代被迫害而逃往巴西之前我們是好朋友；也因?yàn)槲抑腊⒐_諾夫是他的研究生。在1983年召開的基于新技術(shù)討論量子力學(xué)基礎(chǔ)的國(guó)際會(huì)議 (ISQM) 期間，阿哈羅諾夫問我為什么不按照他們文章發(fā)表時(shí)的作者順序稱謂他們的文章。我告訴了他我的幾條理由，并說如果玻姆告訴我，我的想法不對(duì)頭，那么就會(huì)改變我的做法。一段時(shí)間之后，玻姆真的寫信告訴我，那篇文章的想法的確首先來自于阿哈羅諾夫的點(diǎn)子。從那以后，我履行自己對(duì)阿哈羅諾夫許下的諾言，(而稱其為阿哈羅諾夫—玻姆論文)。[4]

通過這個(gè)故事我們可以印證兩個(gè)事實(shí)：

其一，包括楊振寧在內(nèi)的物理學(xué)大家多數(shù)是自信的，他們尤其堅(jiān)信自己的看法，很少人云亦云。他們的個(gè)人看法通常是有事實(shí)依據(jù)的，但也未必都是完全正確的。

其二，大多數(shù)科學(xué)家都是尊重事實(shí)的，當(dāng)有足夠的可靠證據(jù)說明他們的個(gè)人觀點(diǎn)并不正確時(shí)，科學(xué)家能夠糾正自己的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，而不固執(zhí)己見。這堪稱科學(xué)界的一條重要的“公序良俗”，它反映出來的是科學(xué)家實(shí)事求是的基本科學(xué)精神。楊先生不回避、不掩飾自己曾經(jīng)的“錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)”，不僅知錯(cuò)即改，而且將它寫進(jìn)著述里，并在適當(dāng)場(chǎng)合再次講述，為的就是以己為鑒，讓更多人明白過于主觀容易犯錯(cuò)誤的道理。

03技術(shù)和應(yīng)用：物理學(xué)未來一段時(shí)期的進(jìn)路

在9月6日上午與山西大學(xué)師生座談時(shí)，有一位年輕的物理教授談到，他本人對(duì)楊振寧先生早年開創(chuàng)的物理學(xué)某一領(lǐng)域的理論研究很有興趣，并向楊先生請(qǐng)教，這一領(lǐng)域未來的研究前景如何。楊振寧先生的回答在有的人看來，似乎有些出乎預(yù)料，他說：“繼續(xù)開展這項(xiàng)理論研究，至少目前看來意義不大?！彼J(rèn)為，物理學(xué)在未來一段時(shí)期內(nèi)，主流應(yīng)該屬于應(yīng)用研究與技術(shù)開發(fā)的時(shí)代。他以自己使用的助聽器為例說：“我已經(jīng)用了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的助聽器，都是從國(guó)外買的，有德國(guó)西門子這樣著名的大公司生產(chǎn)的，也有瑞士、丹麥等國(guó)的一些小公司生產(chǎn)的。這個(gè)小東西，近十年來技術(shù)在不斷進(jìn)步，性能越來越好。未來一段時(shí)期內(nèi)的物理學(xué)，應(yīng)該朝著這個(gè)方向發(fā)展，聚焦于用物理知識(shí)開發(fā)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)?！?/p>

04學(xué)識(shí)淵博與赤子童心

楊振寧先生除了鐘情于數(shù)學(xué)與物理學(xué)，還對(duì)很多事物興趣盎然。在2017年9月訪問山西大學(xué)的幾天里，他參觀了晉祠、天龍山景區(qū)，以及山西省博物院等地。楊先生早年在美國(guó)期間，曾見到有石雕佛像首展出。他猜測(cè)石像源于中國(guó)，深入了解后知道確實(shí)來自于中國(guó)，進(jìn)而知道來自于山西天龍山石窟。這是他此行前往天龍山的主要原因。在天龍山他請(qǐng)工作人員講解這些佛首是什么時(shí)期，通過什么途徑被掠至美國(guó)的。當(dāng)工作人員告知是在上個(gè)世紀(jì)初由日本人盜走的之后，楊先生又提出有沒有什么途徑爭(zhēng)取讓文物回歸故地等問題，交流持續(xù)數(shù)小時(shí)。2021年央視春晚宣布天龍山石窟第8窟北壁主尊佛首將回歸祖國(guó)，2021年7月24日這尊佛首終歸故土。楊先生知道后一定會(huì)為之欣慰。

在山西博物院參觀時(shí)，可以看出，幾乎每一件文物都能喚起楊振寧先生的好奇、探索之心。所提出的問題表明他具有豐富的文物知識(shí)。如他看到一個(gè)展位的玉器后，他覺得這幾件玉器的形制與良渚文化圈出土的玉器較為相似，是不是說明當(dāng)時(shí)兩地的古人有過交流。當(dāng)工作人員指著幾塊規(guī)則擺放的巨大石塊說，這是迄今為止世界上最早的史前陶寺觀象臺(tái)時(shí)，楊先生饒有興趣地與陪同人員討論起這個(gè)觀象臺(tái)的工作原理，思索那個(gè)時(shí)期的古人具有什么知識(shí)與技術(shù)，才能成功建造這樣的觀象臺(tái)，并對(duì)它的發(fā)現(xiàn)過程以及年代的斷定等等提出了多個(gè)問題。一路走來，楊先生幾乎對(duì)每一件石器、玉器、青銅器、出土的壁畫等，都與博物院工作人員以及陪同人員展開交流，并且一直心情愉快，充分展現(xiàn)了他在數(shù)理之外的淵博知識(shí)，對(duì)文物的文化與藝術(shù)之美的欣賞，以及那一份對(duì)未知充滿好奇的赤子童心。

距離楊先生訪問山西大學(xué)已有6年時(shí)間，之所以現(xiàn)在才見諸文字，非常重要的原因之一，是筆者要消化與楊先生接觸時(shí)獲得的信息，比如尋找其他文獻(xiàn)與之相互印證、深入思考并與學(xué)生討論，以求更準(zhǔn)確地理解和把握楊先生的思想等。雖然耽擱了很長(zhǎng)時(shí)間，但為了更謹(jǐn)慎、更客觀地展現(xiàn)楊先生的思想觀點(diǎn)，這樣做還是十分必要的。

注：1) 2017年9月4—6日楊振寧訪問山西大學(xué)期間，他的重要談話和講座，山西大學(xué)科技史所做了全程錄音。本文作者之一的厚宇德也經(jīng)允許做了多次重要錄音，其中就包括9月4日中午的這次談話。

參考文獻(xiàn)

[1]?阿布拉罕·派斯 著，戈革 譯 . 尼爾斯·玻爾傳. 北京：商務(wù)印書館，2001

[2]?阿布拉罕·派斯 著，關(guān)洪，楊建鄴，王自華 等 譯 . 粒子物理學(xué)史 . 武漢：武漢出版社，2002. p.314

[3]?王正行. 量子力學(xué)原理. 北京：北京大學(xué)出版社，2004. p.288

[4] Yang C N. Selected Papers II，with Commentaries. New Jersey：World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.，2013. p.70

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)“中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)”。