杨振宁是一位非常有勇气的物理学家

*本文为「三联生活周刊」原创内容

在科学中充满勇气地去追求，去发表自己的想法，即使这种想法会引起质疑，也是非常重要的。

主笔 | 苗千

专访2004年诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯

戴维·格罗斯（David Gross）出生于1941年，他自幼跟随父亲从美国搬到以色列生活和接受教育。从希伯来大学物理系毕业之后，他返回美国进入加州大学伯克利分校跟随物理学家杰弗里·丘（Geoffrey Chew）进行博士研究。2004年，格罗斯与休·波利策（Hugh Politzer）、弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）因为“发现强相互作用中的渐进自由”而获得诺贝尔物理学奖。同时，格罗斯也一直致力于弦理论的研究。

格罗斯曾经长期担任加州大学圣芭芭拉分校科维理理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics）所长一职，并且在2011年当选中国科学院外籍院士。关于杨振宁对基础物理学的贡献以及他作为物理学家的特点，格罗斯接受了本刊的专访。

诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯

三联生活周刊：简单来说，你如何评价杨振宁对20世纪理论物理学的贡献？

格罗斯：杨振宁是20世纪理论物理学界的一个重要人物，在理论物理学的几个重要领域中，例如量子场论、基本粒子学、统计力学等方面都有重要贡献。当然了，在20世纪50年代，他还和李政道一起解决了一个重要问题，这个问题现在被称为“弱相互作用宇称不守恒”（parity non-conservation in weak interactions），这也导致了随后一系列的发现，让人们认识到自然界真正的对称结构。

对于他来说，最重要的学术贡献应该就是杨-米尔斯理论（Yang-Mills Theory），这是一种非阿贝尔群规范场论（non-Abelian Gauge Theory）。这个理论成为了人们描述自然界基本相互作用的一个基础，包括强相互作用和弱相互作用，也是把麦克斯韦的电磁场理论做了进一步的延伸。他在统计力学领域也做出了很重要的贡献，可以说他的贡献都是非常重要、无可挑剔的。

三联生活周刊：你如何评价作为同事或朋友的杨振宁？

格罗斯：杨振宁和我并不是同一代人。对我来说，他是一个杰出的物理学家。我并不算是杨振宁的朋友，更像是他的学生。作为一个科学家来说，我非常尊重他，不仅因为杨-米尔斯理论，也因为他在其他领域的贡献。

杨振宁在普林斯顿生活过很多年，我也在普林斯顿工作将近30年，但是我们在时间上并没有重合，他在我去普林斯顿之前就离开了。他仍然经常回到普林斯顿访问。我有很多年纪大一些的同事都是他的好朋友，那段时间我也经常见到杨振宁。

85岁的杨振宁在生日时接受采访，这位著名的物理学家总是显得矍铄

我在发展标准模型（Standard Model），描述强相互作用时，就是建立在杨-米尔斯理论的基础之上。当时我告诉杨振宁这个想法（通过杨-米尔斯理论描述强相互作用）时还很紧张，但他听到之后表现得很有兴趣，虽然在当时他并没有对粒子物理学投入太多的精力。他总是非常有礼貌，并且愿意鼓励别人。

在我获得了诺贝尔物理学奖之后，杨振宁给我发了一封非常友善的信，祝贺我获奖。我回信，问他有没有想过在20世纪50年代发展出的这套理论能够对基础物理学有这么深远的影响，他并没有回信，我猜他确实对此感到很惊讶。

三联生活周刊：杨振宁在一开始也没有想到这个理论会有如此广泛的应用吗？

格罗斯：要知道，杨-米尔斯理论在一开始看起来是有些问题的。有一个著名的故事，就是说杨振宁和米尔斯在刚刚完成了杨-米尔斯理论的论文之后，在普林斯顿高等教育研究院做了一次报告，讲述他们对麦克斯韦理论的一般化，而泡利（Wolfgang Pauli）就在听众之中。泡利显然也曾经对这个问题有过深入的思考，但他意识到了其中有很严重的问题。比如说在麦克斯韦的电磁理论中，电磁波是以光速运动的——实际上这就是光。而作为麦克斯韦理论延伸的杨-米尔斯理论也会有类似的问题，也就是说在这个理论中会存在着类似于光子的无质量粒子以光速运动。这种现象会和光非常类似，但是从来没有人发现过这种现象。

所以对于泡利来说，对麦克斯韦理论的非阿贝尔群延伸会导致出现一种从来没有人见过的粒子。这在泡利看来，显然不是一个好想法，所以他对杨振宁的报告表示了反对：虽然这样的想法很好，可是那些无质量的粒子在哪里呢？而杨振宁则回应道：看起来我必须先忽略这个问题了。

5位年轻的科学家对爱因斯坦进行访问，爱因斯坦告诉他们，科技只有和人类的价值观相结合，才能造福人类（摄于1952年）

在科学中，拥有这份勇气是非常重要的。如果你有一个非常好的想法，但是看起来还有很多问题阻碍着你，那你就需要继续前进，并且坚信对这些问题都会有一个完美的解决方法。

实际上人们花费了很长时间才找到了这个解决方法。一方面是所谓的“希格斯机制”（Higgs Mechanism）——寻找希格斯玻色子在几年前是一项非常重要的工作——这是杨-米尔斯理论可以解释弱相互作用的关键；而对于强相互作用来说，问题的解答就更加复杂有趣了，这并不只是依赖杨-米尔斯理论的对称性的破坏，而是因为胶子的振荡所引发的现象。这其中涉及到无质量粒子的运动被限制在原子核之中。这其中的动力学要复杂得多，人们至今仍然没有完全精确地理解，但是这已经构成了量子力学中很重要的一方面。

人们花了大概20年的时间，才从杨-米尔斯理论发展到量子色动力学（Quantum Chromodynamics，用以描述强相互作用的理论），也花了大约同样的时间发展了希格斯机制。所以说在一开始，杨-米尔斯理论虽然作为一个经典理论（Classical Theory）充满了诱惑力，但是作为一个量子理论（Quantum Theory）却显得非常难以理解。当时想把这个理论运用到真实世界中的尝试大都失败了。而我认为杨振宁自己并没有做太多的尝试，在很长时间里，他可能都没有想到这个理论在物理学中会有这么广泛的应用。

在标准模型里描述了三种基本相互作用，包括电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用，它们都可以用杨-米尔斯理论来描述，但是它们彼此的对称性又不相同。麦克斯韦的理论是最简单的，它是一个经典理论，并不需要量子理论；弱相互作用展示了对称性的自发破坏，这是人们从20世纪50年代就开始研究的现象；强相互作用就奇特多了，比如相互作用随着距离的增大而增大，还有被限制在原子核内部的波等等，具有不同色荷的夸克和胶子之间在极短的时间内相互作用。

1957年12月10日，李政道（左）、杨振宁（中）在瑞典首都斯德哥尔摩接受诺贝尔物理学奖（新华社供图）

所以说，在科学中充满勇气地去追求，去发表自己的想法，即使这种想法会引起质疑，也是非常重要的。泡利自己也有机会写下这些公式（杨-米尔斯理论公式），但是杨振宁则有这样的勇气去发表。他认为这个理论非常优美，因此人们应该去进一步理解，说不定在前面会有解释。

（注：沃尔夫冈·泡利是奥地利著名理论物理学家，量子力学研究的先驱者之一。他在1945年因为发现“泡利不相容原理”而获得诺贝尔物理学奖，在学术界以善于发现问题、提出尖锐批评而著称。）

三联生活周刊：杨振宁在中国接受了大部分的教育，他在西南联合大学获得了硕士学位之后才来到芝加哥大学进行博士研究。你也是在以色列接受教育，一直到大学毕业才到美国进行博士研究。在美国之外接受教育的物理学家与美国本土物理学家有没有什么差异？

格罗斯：我并不认为（在哪里接受教育）有太大的关系，尤其是对于相对低层次的教育来说。相比之下，研究生院对人的影响更大。我非常幸运，在20世纪60年代进入了加州大学伯克利分校的研究生院。在当时伯克利是世界粒子研究的中心，那里有世界上最大的粒子加速器。同样，杨振宁也非常幸运能够在20世纪40年代进入芝加哥大学进行博士研究，因为那里是第二次世界大战之后世界物理学的研究中心。当时恩里科·费米（Enrico Fermi）就在那里，还有一大群杰出的物理学家。

一个人是在研究生院里才真正成长为一个科学家的。在芝加哥，杨振宁可以和世界一流的科学家交流，他还有非常优秀的同学，这些都是非常重要的。要知道，对于一个科学家来说，最重要的是学习如何做研究。但是没有人可以教你，也没有书本写着该如何做研究，怎么进行创造性思考。只有一种方法，就是看其他人是如何做的，你的榜样们是怎么做的，他们如何与别人进行互动。从这方面来说，你只能从身边的熟人那里学习，就像一个人想要成为一个好木匠，他必须先跟随一个好木匠进行学习，想要成为一个有创造力的科学家，就要跟随一个好科学家进行学习。

芝加哥大学有着热烈讨论物理学的氛围，聚集着最为顶尖的科学家群体（摄于1936年）

学术界就像家庭一样。从学术的角度来说，费米算是杨振宁的父亲，也算是我的祖父了。我的导师杰弗里·丘也是费米的学生，费米是一个非常好的老师。其他的知识你都可以在书本和论文里学到，在大科学家的身边学习则是唯一一种学到书本上没有的知识的方法。

三联生活周刊：杨振宁和李政道是一对完美的学术搭档，他们共同发现了弱相互作用的宇称不守恒，共同获得了诺贝尔奖。但令人伤心的是，他们在获得诺贝尔奖之后不久就决裂了。像他们这样在智力水平上非常接近，共同进行科学研究的学术搭档是不是非常罕见？是不是因为天才们过于骄傲，所以合作也就无法长久？

格罗斯：我只能说，真正罕见的是像杨振宁和李政道这样的学术搭档发生如此激烈、愤怒、苦涩的争吵。他们两个人我都认识，可能和李政道更熟悉一些。当年他们是两个非常杰出的中国科学家，可以说他们两人具有很强的互补性，他们共同合作真的是非常出色，所以后来他们出现了一直持续到现在的激烈争吵和决裂也就显得更有悲剧性了。他们两人在一起的时候做出了了不起的成就，而且两个人各有不同的技巧。（两人决裂）真的是非常不幸，而且非常少见。我并不理解，只是感到很难过。

三联生活周刊：杨振宁在普林斯顿高等研究院时的邻居弗里曼·戴森（Freeman Dyson）评价他是一个“保守的革命者”。作为一个科学家该如何理解这个评价呢？

格罗斯：就像我说的，杨-米尔斯理论在一开始只是对麦克斯韦理论的延伸，它是基于数学上群论的对称性（从阿贝尔群的对称性到非阿贝尔群的对称性），以探讨自然界的某种不变性。从某种意义上讲，这个做法是自然而然的，所以可以说是“保守的”。但是随后，人们发现了在这个理论中蕴含着非常有趣的动力学理论，我想这正是戴森所说的“保守的革命者”的意思。

从另一个角度来说，还涉及杨振宁的其他贡献。比如当时很多人认为弱相互作用中的宇称守恒是毫无疑问的，就像是一个人和他在镜子里的形象，能有什么区别呢？但是杨振宁和李政道就做了科学家应该做的事情——对一切都充满质疑。他们最终发现在弱相互作用中宇称是不守恒的，而且这可以通过实验进行验证，这个成就可以说是革命性的。另外，杨振宁在统计力学领域的研究非常广泛、非常深刻，也非常重要，这些成果也都是革命性的。

1957年12月10日，诺贝尔奖颁奖典礼上，本年度物理学奖获得者杨振宁（右）和李政道坐在一起（视觉中国供图）

三联生活周刊：在一次讲座中，你曾经提到你在普林斯顿的一位导师说过，数学是一种非常有趣的智力锻炼，但是它不应该阻碍人们理解真正的物理过程。你认为这是不是杨振宁与其他很多物理学家的根本性区别？看上去，在研究中他更愿意跟随自己作为一个数学家的直觉。

格罗斯：数学对于物理学研究是非常重要的。但我要说的是，数学家在研究中非常地小心，他们对于成立还是不成立，什么已经被证明，什么还没有被证明，什么是定理，什么是猜想，都有着非常严格的标准。相比之下，物理学家会显得更加大胆一些，他们有时会忽略一些数学形式。我认为这对于物理学家来说是一个非常重要的素质，因为如果你处处都坚持数学的严格标准，就没法走得太远，比如说一些建立在杨-米尔斯理论基础上的量子场论理论在数学上并不严格。

作为物理学家，我们并不像数学家那样严格，因为我们还有实验。我们的理论已经在非常高的精度上被实验证明了几千次，我们相信大自然是最终的决定者，而不是数学。如果自然证明什么是对的，我们就会相信，我们也相信这些理论最终都会得到数学的证明。所以说物理学家的勇气和信心是非常重要的，即便可能有数学上的困难，也要勇于表达，要有勇气在直觉的引导下，写出在数学上并不严格的公式，当然这最终会被实验所裁决。

我们很幸运有实验物理学家和大自然为我们裁决，因为在一开始就得出严格的数学形式是非常困难的。要知道，杨振宁在统计力学方面有很多的成就，其中一部分是热动力学的重要基础，也有一些地方至今都没有被数学证明。但是我们相信这些部分都是正确的，因为这已经被实验证实了。要知道，理论物理学家必须是一个不错的数学家，杨振宁就是一个好例子。杨振宁的数学非常好，但他并不是一个数学家，而是一个物理学家。

三联生活周刊：杨振宁曾经说过，如果他在20世纪50年代回到中国，可能就不会发现宇称不守恒，因为在当时他得不到最新的学术资料，但是他可能会深入思考更加基本的问题，反而可能更早发现杨-米尔斯理论。

格罗斯：杨-米尔斯理论可能在20世纪的任何时间被发现，因为这个理论是在经典理论层面的拓展而非量子理论层面。但（当时在物理学领域）并没有太强的动机去做这样的拓展，直到20世纪50年代，人们才开始对弱相互作用的特点有所了解。当时费米发展的有效场论理论（Effective Field Theory）非常成功，在描述弱相互作用时也很有效。这个理论并没有引入新的量子场，而只是描述“电流”之间的直接相互作用。在费米的理论中有带有“电荷”的“电流”，而杨-米尔斯理论引入了量子场，这种描述并不是很直接。但从数学上讲，这种拓展随时都可能出现。

著名物理学家费米。上世纪40年代，芝加哥大学物理学系的研究生水准在世界范围内数一数二，费米是学生们最喜欢的老师之一

三联生活周刊：最后一个问题是关于超级对撞机的。众所周知，杨振宁反对在中国建造一个超级对撞机（Super Collider），对此你也写了一篇文章予以回应。可以更详细地解释一下你的观点吗？

格罗斯：在这个问题上我和杨振宁的观点并不相同。杨振宁有两个理由，而我认为它们都站不住脚。

第一个理由是超级对撞机太贵了，中国没有能力负担这个项目。随着时间的推移，这个理由越来越站不住脚，因为中国正在成为世界上最大的经济体。欧洲核子研究中心（CERN）拥有一个非常了不起的大型强子对撞机（Large Hadron Collider），而中国的人口是欧洲人口的几倍。相比之下，我认为（建造一个超级对撞机）对中国来说经济负担并不算重，而它对科学前沿所能带来的直接和非直接的收益则是巨大的。当然了，关于经济方面的问题在任何一个国家都会有类似的讨论。

他的另一个理由是，粒子物理学在某种程度上已经完结了，新的对撞机可能做不出任何新的发现。在这一点上我不认同，我们总能做出某种发现。要知道，杨振宁持有这个观点（粒子物理学已经完结）已经有很多年了。我记得大约在50年前，我们得出标准模型之前，他就这么认为，事实证明他的判断是错误的。实际上，当年李政道非常支持建造北京正负电子对撞机（Beijing Electron Positron Collider），而杨振宁对此并不支持。最终证明，这个科学项目非常成功，而这对当时的中国来说是一个更大的经济负担。

要知道，建造粒子对撞机并不仅仅有利于粒子物理学研究，它还有很多的副产品。很多用于实用领域的发明，其实都是来源于高能物理学的发展，所以对中国来说，发展基础物理学非常重要。我想杨振宁也理解我的理由。但是人们仍然会彼此抱有不同的观点。实际上，对一个问题进行具有活力的辩论，无论是对科学还是对社会来说，都是有益的。

（本文刊载于《三联生活周刊》2021年第30期，点击文末封面图一键下单）