楊振寧傳(最新增訂版) -FindBook 找書網

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名人推薦：人們說，由於他和李政道在50年代榮膺諾貝爾物理學獎，學習理論物理的中國學生數目大大增加。在某種意義上，這反映了一種民族驕傲。
——「光纖之父」、2009年諾貝爾物理學獎獲得者高錕

中國積極吸收自然科學，由來至今，已屆樹人之年。國人在國際科學壇上有建立不朽之功績者，乃自楊振寧始。
——物理學家、1976年諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中

從不止一層意義上說，我是中國和西方兩種文化共同的產物，兩者既有衝突，也有協調。我想說，我既為我的中國根源和背景感到驕傲，也為我獻身於現代科學而感到滿意，現代科學...

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章節試閱

回首天外，腳踏實地（代序）
陳方正
為偉人作傳，似易而實難。易在其事跡、功業盡人皆知，相關文獻、資料、風評俱在，只要辛勤搜集，謹慎下筆，自然能夠成書；難在千頭萬緒，要披沙揀金，挫銳解紛，洞燭傳主的人格、氣質、精神，非識力超卓者不辦。太史公文章傳頌千古，就在於他獨具慧眼、畫龍點睛的功夫，至於文筆高妙，猶錦上添花而已。但要為當代科學偉人作傳，則困難更添一重，因為所牽涉的學問非內行人無從窺其堂奧，更遑論指點曲折原委了。派斯（Abraham Pais）的《上主之奧妙》（Subtle is the Lord...）被公認為愛因斯坦傳記的經典，正是因為作者不但親炙愛氏文獻掌故多年，更且以現代理論物理學為專業，談到20世紀初的各種大發現並無隔霧看花之苦。
從這一角度看來，對中國科學史家、作家而言，為楊振寧這麼一位不世出的科學大師作傳，既是義不容辭，也是天賜良機，但更是絕大的挑戰與考驗。迄今為止，接受此挑戰者，已經不下六七位之多。他們之中，楊建鄴教授當是最努力勤奮的一位。他早年參軍，復員後進蘭州大學攻讀物理學，不旋踵便為了不難想像的原因，被迫返回農村老家，虛度光陰二十載，直到1981年方才得到機會，進入華中科技大學物理系任教，自此全力投入科學史和科普工作。迄今為止，出版專著、譯著、編著50種之多，包括多位大科學家的傳記、《楊振寧文錄》，以及派斯粒子物理學史名著Inward Bound的翻譯，此外主編辭典、史話、文錄亦將近10種，真可謂夙興夜寐、持志不懈了。在這眾多著述之中，毫無疑問，這部《楊振寧傳》是扛鼎之作，也是他面對平生挑戰的認真響應。此書從1996年開始構思，2003年初版，翌年出修訂版，近年再經過大量補充和修訂，包括與楊振寧教授本人兩度晤談，然後才有這部全新擴充版面世。因此，我們對它寄予厚望是很自然的。
這本傳記有好幾方面是值得注意的。首先，它着重每個題材的前因後果，對相關人物、現象、理論進展都廣事搜羅資料，詳為介紹。例如談到規範場理論，便是從諾特（Noether）定理講起，跟着追溯外爾（Weyl）理論的發展，以及福克、倫敦、泡利諸人的貢獻，然後才轉入楊振寧在這方面的工作，包括他前此所受的啟發，到布魯克海文國家實驗室訪問的經過，以至楊—米場理論提出後產生的反應等；此後更縷述希格斯（Higgs）機制、電磁和弱作用統一、W和Z規範粒子的發現，最後以「漸近自由」與色動力學的討論做結束。這樣，在短短27頁篇幅裡面，作者提供了一篇規範場發展小史，令讀者對楊—米場的來龍去脈得到相當完整的了解。書中其他部分也同樣包含大量生動、相互關聯的細節，為所涉及的主題構築寬廣有深度的背景，在其中像費米、特勒、奧本海默、泡利、海森伯、狄拉克、吳健雄這些人物都有了清晰面貌。本書能夠如此全面、深入，無疑因為作者得力於以前的眾多著作、編譯，但也還是認真下了大功夫所致，這是值得稱道的。
其次，此書在佈局上頗講究。例如上述楊—米場這個大題目時間跨度長達六七十年，作者卻把它全部歸為一節，依其「重心」（1954年）的時序放在講「普林斯頓時期（1949—1966）」的第四章，整個論述因而得以統一。下一個主題是大家熟知的「θ-τ之謎」和宇稱守恆問題，其跨度同樣漫長，重心則在緊接着的1956年，所以也別無選擇，只有全部放在同章隨後一節。然而，楊先生還有第三方面重要工作，即統計力學，這從50年代初延續到六七十年代，乃至今日，倘若再一股腦兒塞進第四章，就勢必令讀者腸胃堵塞，消化不良了。所以作者將之分為兩節，伊辛模型和楊—巴克斯特方程按後者的主要時序（1967年）移到下一章即「石溪時期（1966—1999）」，從此衍生的冷原子系統問題則歸於再下一章即「清華大學高等研究中心時期（1999— ）」，這樣敘事便從容不迫，內容分佈也比較均衡。本書讀來明白流暢，那既是筆下功夫，也是佈局煞費苦心所致。
除此之外，作者還專門闢出一節，詳細討論楊先生對物理學與美之間關係的看法，也就是對稱觀念、理論結構和物理現象三者之間的互動。的確，楊先生從大學時代開始就在這方面有非常強烈的感覺，後來二維伊辛模型、規範場理論、基態一維原子模型等的巨大成功更增強了他的自信。但這是個很抽象、滑溜的題材，本書徵引了楊先生多段原話作為核心，又遠從哥白尼、玻爾兹曼的相關說法開始，跟着提到狄拉克的相對性量子力學，這才轉入楊本人的工作，其後再回到麥克斯韋如何通過對稱觀念發現他的方程組，最後以愛因斯坦的廣義相對論之發現作結。這個迴環往復的大敘述以烘雲托月的方法凸顯了楊先生思想上的要點，也顯示了作者對楊先生多篇著述的熟悉，以及所做的統合功夫，那都是值得讚賞的。
說到美感、對稱與大自然探究，誠如楊先生所曾一再指出，那並非到近代方才出現，而是淵源於古希臘以圓為天體運行軌道的形狀，因為它最對稱，所以最美；與此相關的各種觀念一直延續到17世紀，甚至在開普勒和牛頓的工作中表現出來。我們曾經為楊先生的說法提供了一些佐證和補充，而稱之為對稱觀念的「史前史」—其實，說到底，對稱觀念與嚴格幾何論證正是西方傳統科學亦即古希臘科學的核心。然而，倘若如此，就生出一個大問題來了：為何現代科學沒有在古代希臘出現？
我們知道，古希臘科學從發現幾何三大難題開始（約公元前450年），隨着最後一位幾何學家帕波斯（Pappus of Alexandria，300—350）去世而結束，其間延續了足足800年之久，在數學、天文學、靜力學、光學等各方面有非常輝煌的成就。然而，在天文學家托勒密（約90—168）之後，它就開始停滯，不能繼續發展了。為甚麼呢？是甚麼因素使得現代科學要在17世紀英國而不是公元前3世紀的亞歷山大城出現？這個問題曾經在科學史家之間引起熱烈爭論，觸發各式各樣的答案，甚至有專家堅決認為，其實並沒有甚麼根本道理使伽利略的革命不可以在古希臘發生！我們不必重溫這些爭論，因為在今天，答案已經有共識了，那就是：古希臘科學過分倚賴純粹推理精神，也過分沉醉於幾何論證之美妙，因而疏遠了大自然的整體—特別是，它面對紛亂的「地上現象」一籌莫展，畏縮不前，認為它變動不居，故此不可理解—亞里士多德是例外，卻又魯莽地忽視數學工具。這樣，古代科學就失去了繼續發展的動力。
這個狀況一直到16世紀才發生根本改變，原因是當時西方科學受伊斯蘭文化影響，湧現了兩個嶄新因素：計算型數學與實驗精神。前者起源於伊斯蘭科學中的代數與三角學，這在中古傳入歐洲，到16世紀蓬勃發展，由是導致「數」觀念之擴充、符號算式之發展、高次方程之嚴格解、解析學和解析幾何學之興起乃至微積分學之出現等一連串發展。因此，17世紀的數學已經與古代完全不一樣，成為幾何推理與符號計算相輔並重的了。至於實驗精神，也同樣可以追溯到伊斯蘭文化，特別是它的光學、煉金術（即雛形化學）以及精密天文觀測。這些傳入歐洲之後，刺激了實驗性的光學、磁學、運動學等「地上科學」之發展—但它們卻是與數學結合的，和古代並不一樣。這個傳統在15—16世紀促成了實證科學的興起，包括哥白尼、第谷、開普勒的天文觀測和理論探究，北意大利的彈道學和拋射體研究，以及帕拉薩爾蘇斯（Paracelsus）的煉金術。因此，與古代相比，17世紀的科學文化已經脫胎換骨了：它是論證與計算並重，實驗與推理並重的。這表現為培根強調實驗與笛卡爾強調思考這兩種截然相反精神的碰撞、互動，由是才醞釀出牛頓的歷史性綜合，即所謂「實驗哲學」。所以，西歐是通過伊斯蘭文化而間接承受古希臘傳統的，這是個關鍵性轉折：它在傳統的科學文化中注入了新血液、新精神，也就是在優美的、以嚴謹推理為尚的、專注天上永恆事物的幾何型科學以外，又發展了雜亂的，倚靠嘗試、猜測多於推理的，包羅萬象的計算型科學。現代科學是這表面上矛盾、不兼容的兩種精神、兩種方法相互碰撞、相互結合的產物，而並非其中任何一者單獨發展的結果。
以上這段歷史許多人耳熟能詳，我舊事重提，是要強調：在現代科學出現之後，這兩種精神仍然是緊密配合、互相促進的；而且，即使在同一科學家身上，也是同時並存，重要性無分軒輊。譬如牛頓開天闢地，是建立現代科學理論體系的天才，但他之前的伽利略、開普勒、惠更斯等，都是與現象糾纏、搏鬥，從中尋覓表象規律者，他們也就成為把肩膀供他站立的巨人。在他的《自然哲學的數學原理》這部巨著之內，也同樣可以見到這兩種不同精神的體現。它開篇第一條定理是：受向心力支配的運動符合開普勒第一定律，亦即角動量守恆，這只需要不足一頁的幾何證明，簡潔優美之至。此書隨後估算地球的扁平度則牽涉大量近似計算，顯得迂迴繁複，異常凌亂艱辛。但《原理》的嚴謹數學震撼歐陸，萬有引力觀念卻遲遲不被接受，最後形勢得以扭轉，正是因為這扁平度的估計得到證實。同樣，麥克斯韋的方程組美妙絕倫，其實是累積了整一個世紀許多不同工作之綜合與融會—麥氏在其上所添加的關鍵一項誠然是神來之筆，卻很難說是超越時代與經驗。同樣，愛因斯坦也有他的巨人肩膀—邁克爾遜、洛倫兹、費兹傑羅、龐加萊等的眾多前期實驗和理論工作，狹義相對論應該說是這一連串發展所帶來的剎那間洞見；更何況，他在「奇跡年」對布朗運動和光電效應等「塵世」現象的探究，至終對量子力學也有巨大貢獻。因此，現代科學數百年來都是由理性思維與具體現象探索這兩種相關而不相同的精神交相推動，才得以穩步前進、蓬勃發展的。「兩條腿走路」是它與古希臘科學的最基本的分別。
當然，必須承認，這有特殊例外。廣義相對論就是不折不扣的超越時代和經驗（雖然不是數學發展）之創造：它從洛倫兹不變性到（局部的）普遍不變性這一凌空飛躍，的確工奪造化，不啻令人重睹希臘幾何之優美，體會柏拉圖宣言「倘若人對於知識與智能的熱愛是認真的，並且運用心智過於身體其餘部分，那麼自然就會有神聖和永恆的思想」（《蒂邁歐篇》90C）之崇高潔淨。不過，這樣從一個信念、一點穎悟出發凌空飛躍而獲得大自然首肯者，在整部物理學史上可謂鳳毛麟角。狄拉克的相對性量子力學方程雖然驚人，卻是憑藉相對論、量子力學與（非相對性）自旋觀念這幾塊強力彈板起跳的。要找第二個例子，只有楊—米場庶幾近之。它所根據的規範不變性和同位旋守恆原則雖然久已為人熟知，但極其抽象、縹緲，以此居然能夠建構起一個粒子相互作用的基本理論，在數十年後更證明是與現實世界在最深層次若合符契，那真使人生出憑空御虛、飛渡天塹之感！楊先生如此看重對稱觀念，以及品味、美感在物理學中所起的作用，當是由此切身經驗與驚喜而來吧。但無論如何，楊先生和以前諸位大師一樣，在此理論飛躍以外也同樣有大量實證性的現象規律探索，宇稱守恆問題只是其中最著名的例子而已。倘若楊—米場顯得回首天外、思入風雲，那麼如他自己所經常強調，他的雙腳始終是牢牢踏在實地上的。因此，他期期無法認同優美奇妙、風行一時的超弦理論為物理學正道，因為在現實世界中它始終缺乏支撐點，甚至連接觸點也闕如，就不足為怪了。
其實，就人生而言，楊先生也同樣有回首天外與腳踏實地這截然不同的兩個取向：前者是物理學，是他所承受於西方文化的；後者是故國情懷，是孔老夫子、清華園和西南聯大所灌注於他血液之中的。他經常以「幫助改變了中國人自己覺得不如人的心理」為驕傲，為畢生最大貢獻；從70年代初開始，就致力於推動中美關係，促進中國科學發展；晚年更返回清華園定居，以「歸根居」命名寓所，處處都流露出這種感情。因此，物理學上的巨大成就僅僅是楊先生的一半，另外一半是他的中國情懷，兩者互為表裡，關係密不可分。本書以將近一半篇幅討論楊先生的成長與回歸，也就是他和中國的關係，是極其自然的。
對中國人來說，這兩個取向是理所當然、毋庸置疑的。從五四時代開始，科學報國就已經是知識分子的大傳統，創辦「中國科學社」的胡明復、任鴻雋如此，此後數十年間留學歐美的眾多科學家也大抵如此。他們回國效力時間有遲早，成就有高低，所作犧牲有多寡，歷程有曲折順利之不同，但振興中華的願望與承擔則人同此心，並無二致。楊先生只不過是其中成就最高、最為突出的一位而已。這是傳統文化的強大實用傾向和凝聚力使然，知識分子深受熏陶而有此以天下為己任的自覺，再自然不過了。然而，在西方觀念之中，探究自然與報效國家或者服務社會卻本來是全然不相干，甚至彼此矛盾的兩回事情，這在今日雖然已經改變，但與中國人心目中的「學以致用」仍然大有距離。其中的異同，也還是很需要分辨明白的。
我們所要指出來的，簡單地說，是以下兩點。首先，科學的原動力本來不在實用，而在求知，到了現代，它雖然顯示出巨大的實用價值，但求知作為它的基本理念這一點仍然是根本，不能夠拋棄。其次，古代哲人探究自然奧秘純粹出於信仰與個人追求；到近代科學家方才發展出社會意識，但這既有積極的承擔，亦有消極的批判。也就是說，他雖然處身社會之中，卻不一定認同世俗價值，仍然可以超脫其外。統而言之，現代科學雖然已經成為社會密不可分的一部分，但功能不僅在於控制物質世界：它自有其獨立價值和思維方式，應該視為一種獨特的文化。
讓我們先從科學的原動力談起。在西方，作為科學前身的自然哲學傳統是在非常特殊的背景下形成的：它是純粹思辨性、理論性，完全不注重實用的；它的發展也不固定於任何地區或者文化傳統，而是不斷在多個地區之間轉移。最特別的是，它以嚴格論證的數學作為突破點，而背景則是畢達哥拉斯所創立的神秘教派，特別是它「萬物皆數」與「致力宇宙奧秘探索可帶來永生」這兩個理念。這些特點決定了西方科學傳統的基本形態，即它是以個人的超越性追求（包括思想性與宗教性兩個向度）為原動力的。基督教成為西方文化主流之後，這一特徵仍然留存，只不過其宗教向度被重新定位於基督教的上帝而已。但從18世紀開始，這個傳統出現了巨大變化。正如培根所預見和主張的那樣，科學不再限於探究自然，而日益展示它還具有主宰自然、改變自然的不可思議的力量，因此也就變成了人類活動的一個主要部分。中國人對科學的普遍認識，是20世紀初方才開始的，因此被視為富強之道，這和今日的「科教興國」觀念正好一脈相承。其實，西方也同樣有此傾向：美國在50年代面對蘇聯挑戰，以及在今日面對中國挑戰的時候，又何嘗不是號召大力發展教育與科技來做響應呢？
然而，單純從追求富強的角度來推動科學發展雖然容易鼓動人心，卻是短視的。為甚麼？根本原因是科學的真正秘密和精神在於：以宗教的謙虛、虔誠，與全部的生命熱忱、承擔，來探索自然奧秘，來追求「神聖與永恆思想」。而此奧秘、思想則是「無用之用」，是「無為而無不為」的大道。由之而生出的無窮財富、力量，只是意想不到的連帶結果而已。倘若從頭便以富強為目的，則不免落於下乘，淪為「必欲得之，固將失之」了。世界上所有古老文明，從埃及、巴比倫、印度以至中國，都曾經發展出相當高水平的實用性科技，但它們至終卻全部受制於原先的淺近、有限度的目標，而只能夠停留在「蟪蛄不知春秋」、「夏蟲不可以語於冰」的階段。
在今天，科學對現實世界的重要性無疑是家喻戶曉了，但它原來的求知、求真理念卻仍然是最根本的。因為科學不是固定的：新的自然規律還會被發現—事實上，正在不斷湧現，而我們不可能判斷它哪些部分有實用價值，哪些沒有。愛因斯坦不可能預見狹義相對論會在數十年內徹底改變世界；盧瑟福宣稱「誰要從原子的蛻變來尋找能源無異癡人說夢」，不旋踵就被證明為大錯而特錯了；混沌（chaos）和分形（fractal）觀念在其初只不過是應用數學家的玩物，但現在已經成為從激光和手機天線設計以至了解地貌不可或缺的原理了。因此，無論高科技產品如何令人目迷五色、眼花繚亂，我們仍然不可忘記，在實用與經濟意義以外，科學還有更高遠的追求和理想，那才是它真正的生命與價值所在。放棄這理想，它就會喪失往前發展的動力，它的生機也不免枯竭了。
倘若科學的理念是超越實用的，那麼科學家本身又如何呢？這把我們帶入第二個問題，即科學家與社會的關係。在古代，科學家是昂首天外、疏離社會、對俗務不屑一顧的哲人。這定位與形象的改變是從啟蒙運動開始的：他們夢想掃除愚昧，造福人民，慨然以改造社會為己任，正是由百科全書學派吹響號角。自此以後，響應者如拉瓦錫、巴斯德、赫胥黎等就風起雲湧、不可勝數了，「科學主義」的觀念於焉形成。五四以來，中國好幾代的科學家也都深受其鼓舞與影響。另一方面，絕不能夠忽視的是：科學家亦並非盲目認同於所有科技應用。例如，深受國家器重、尊崇的法拉第，就曾經以道德信念為理由，拒絕為克里米亞戰爭中的英政府出任化學武器研究顧問。另一個為人熟知的例子，則是愛因斯坦在第一次世界大戰期間公開反對德國的軍國主義；以及他在1955年臨終之前響應羅素的號召，簽署反核子武器宣言，那至終得到泡利、玻恩等其他九位著名科學家聯署，從而導致了聲勢浩大、影響深遠的一場全球反核武運動。在當時，自然還沒有人能夠預見，雖然以科技改造世界的夢想轉眼就會成真，但它並不完美，至終會帶來禍害，甚至災難！自50年代以來，隨着科學的應用與影響日增，科學家在社會上也日益重要，不但進入主流階層，甚至有躋身商界大亨、政界要人、社會名流之列的。然而，與此同時，他們的批判意識也並沒有沉睡：半個世紀前，生物學家卡森（Rachel Carson）以《寂靜的春天》一書揭開了整個環保運動的序幕；在今日，數百名國際氣象學家組成的獨立委員會IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）在全球變暖這一高度敏感的問題上發揮了巨大作用與道義力量。那也就是說，在天真的科學主義以外，科學家還會唱反調，會顯示出社會批判意識，憑藉其專業知識對公眾事務做出獨立判斷，從而發揮超越政治利害的道義力量。在這個意義上，科學並非工具，而代表一種獨立文化，一套價值觀念。
當然，對於處身於冷戰時期美國的青年楊振寧來說，要發揮社會批判意識是很困難的，實際上是完全不可能的。更何況，就他而言，這也沒有任何文化上的意義。因此，如他一再在不同場合所披露，鼓動他的，基本上是埋藏心底的強烈民族意識。另一方面，他所投身的物理前沿研究本來就是高度抽象與理論性的；而且，為了竭力保持與上海家人的聯繫，以及將來回歸中國的可能性，他有意識地避開與軍事有任何關聯的所有研究題材與機構。這樣，很奇妙（但並不獨特）地，他雖然有那麼強烈的入世意識，然而在物理學上的主要貢獻—楊—米場、宇稱不守恆、二維伊辛模型解、楊—巴克斯特方程等，卻只是對物理學和數學產生巨大衝擊，迄今未有任何實際應用—而且，這和廣義相對論、宇宙論、基本粒子「標準模型」等基本理論也是完全一樣的。也許，這適足以說明，科學（特別是物理學）在現代世界的最重要功能在於其思想性和文化性，其實際應用反而是第二義的吧。
時光荏苒，猶記當年先生八秩榮慶，曾經有幸以「楊振寧的兩個世界」為題講論先生生平；如今這本傳記出版在即，承囑在卷首寫幾句話，想不到信筆所之，連篇累牘不能自休，不過，雖然蕪雜，卻也還是平日思考過的一些想法，也許正可用以慶賀先生年登期頤吧。當然，古人所謂耄耋，所謂期頤，所指都不外供奉、休息、靜養之意。如今先生康健如恆，仍然潛心於第一線物理研究而常有創獲，真所謂「天行健，君子以自強不息」了。謹以是為祝為禱，為先生壽。是為序。

2011年新春於用廬

回首天外，腳踏實地（代序）
陳方正
為偉人作傳，似易而實難。易在其事跡、功業盡人皆知，相關文獻、資料、風評俱在，只要辛勤搜集，謹慎下筆，自然能夠成書；難在千頭萬緒，要披沙揀金，挫銳解紛，洞燭傳主的人格、氣質、精神，非識力超卓者不辦。太史公文章傳頌千古，就在於他獨具慧眼、畫龍點睛的功夫，至於文筆高妙，猶錦上添花而已。但要為當代科學偉人作傳，則困難更添一重，因為所牽涉的學問非內行人無從窺其堂奧，更遑論指點曲折原委了。派斯（Abraham Pais）的《上主之奧妙》（Subtle is the Lord...）被公認為愛因斯坦傳記的經...

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回首天外，腳踏實地（代序）陳方正 / 001
第一章幸福的少年時代（1922—1938）
一、出生的年代 / 5
二、在父親留美的日子裡 / 9
三、父親歸來 / 15
四、世外桃源和「似有異稟」 / 27
五、戰亂中的奔波 / 46
第二章西南聯合大學（1938—1945）
一、戰火中的西南聯大 / 57
二、大學生活 / 67
三、獲得學士學位 / 90
四、研究生院 / 101
五、遠渡重洋 / 117
第三章芝加哥大學（1945—1949）
一、尋找費米 / 120
二、來到芝加哥大學 / 128
三、特勒的建議和獲得博士學位 / 140
四、「我是很幸運的」 / 148
第四章普林斯...

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