如果说爱因斯坦教会物理学家用几何思考引力,杨振宁则教会他们用对称性书写相互作用。粒子物理标准模型的骨架——规范场论——出自他 1954 年与米尔斯合写的一篇论文;而在此之前,他已经和李政道一起,把「镜像世界与现实等价」这条千年直觉送上了审判席。
从清华园到西南联大
1922 年 10 月 1 日,杨振宁生于安徽合肥。父亲杨武之自芝加哥大学获数学博士学位归国,执教清华,他的童年就在清华园里度过。抗战爆发后随家南迁昆明,1938 年,十六岁的他考入西南联合大学。铁皮屋顶的教室一下雨就叮当作响,日机空袭时师生要跑警报躲进山沟——就是在这样的环境里,吴大猷把他引向对称性,王竹溪把他引向统计力学。这两条线索,贯穿了他此后六十年的研究。
「哪里有爆炸,哪里就有杨」
1945 年,他考取庚子赔款奖学金赴美,次年进入芝加哥大学——特意奔着费米去的。他起初立志做实验物理,在艾里逊的加速器实验室泡了近两年,同学的玩笑却成了实验室名言:「哪里有爆炸,哪里就有杨。」他最终回到理论,1948 年在泰勒指导下获博士学位。费米那种从最简单的物理图像出发、不玩形式花招的风格,成了他一生的标尺。1949 年,他前往普林斯顿高等研究院。
泡利的追问
1953 年夏,他在布鲁克海文实验室与同办公室的年轻人米尔斯合作,提出一个大胆的问题:既然电磁学的规范不变性能「生出」电磁场,能否把质子与中子之间的同位旋对称也变成局域的,让对称性亲手生出核力的场?方程写出来了,优美而狰狞——新的场会自己与自己作用。1954 年 2 月他在普林斯顿报告这项工作,刚写下场的记号,泡利就发问:「这个场的质量是多少?」杨振宁答不上来,被追问得僵在台上,只好坐回座位,靠奥本海默打圆场才得以讲完。泡利问中了要害:规范对称要求场无质量,核力却是短程的。这个矛盾悬置了十几年,直到希格斯机制与渐近自由相继出现,人们才恍然:描述强、弱相互作用的语言,正是杨-米尔斯理论。
打碎镜子的人
1956 年,θ-τ 之谜困扰着粒子物理:两种介子质量、寿命测得分毫不差,衰变产物的宇称却相反。杨振宁与李政道把历史文献翻了个底朝天,发现一个惊人的空白——宇称守恒在弱相互作用中从未被实验检验过。他们提出了具体的检验方案。几个月后,吴健雄用极低温下自旋排列整齐的钴-60 原子核证实:电子偏爱朝一个方向飞出,镜像世界与现实世界并不等价。1957 年,距论文发表仅一年多,35 岁的杨振宁与 31 岁的李政道同获诺贝尔奖,是诺奖史上最快的纪录之一。
另一条战线
在粒子物理之外,杨振宁在统计力学里同样留下奠基之作:与李政道合作的单位圆定理刻画了相变的数学结构;1967 年他解一维量子多体问题时写下的自洽条件,与巴克斯特的工作合流为「杨-巴克斯特方程」,催生了可积系统与量子群,让他的名字同时刻进了数学史。
归根
1971 年中美坚冰初融,他率先回国访问,此后数十年为两国科学交流奔走。2003 年,81 岁的他回到清华园定居,把居所命名为「归根居」;2015 年放弃美国国籍,恢复中国国籍。他手书的治学格言是「宁拙毋巧,宁朴毋华」。2021 年百岁生日时,他回应挚友邓稼先五十年前「但愿人长久,千里共同途」的嘱望,说自己此后五十年「符合你『共同途』的瞩望」。2025 年 10 月 18 日,杨振宁在北京逝世,享年 103 岁。