杨振宁及其科学哲学思想评介的论文

  杨振宁及其科学哲学思想评介的论文

  杨振宁1922年生于安徽省合肥市。6岁时父亲从美国芝加哥大学学成回国先在厦门大学执教,次年被清华大学聘为数学教授,因此杨振宁成长在当时的北平。1937年抗日战争爆发,杨振宁随家几经折,迁入内地昆明,1938年他高中二年级时考入西南联大,得到许多良师的教诲,开始对物理学产生兴趣。在吴大猷指导下,他完成了关于群论及分子光谱的学士论文。这段工作引起他对对称性特别的兴趣。其后,跟王竹溪做的硕士论文涉及的统计力学,也成为他以后研究的方向之一。1945年杨振宁赴美进入其父曾就读的母校——加哥大学,三年后获物理博士学位。在芝加哥大学,他接触到许多世界第一流的物理学家。其著名者有论文主任泰勒(teller),和一代大师费米(fermi)。1948年他与费米提出π介子是质子及反质子束缚态的可能性,开研究粒子内部结构之先河。1949年,杨振宁应奥本海默(oppenheimer)邀请,赴普林斯顿高等研究院做研究工作,不久升为教授。1954年他与米尔斯(mills)发表的规范场理论,是一个划时代的创作,不但成为今日物理理论的基石,并且在相对论及纯数学方面也有重大意义。1956年他与李政道提出弱相互作用中宇称不守恒,次年获诺贝尔奖。从1966年至今,杨振宁主持纽约石溪州立大学的理论物理研究所。1986年,杨振宁南开数学研究所参观,并与该所所长著名数学家陈省身一道创立了南开数学所理论物理研究室,具体指导量子可积系统的研究。笔者有幸在该研究所攻读硕士学位,学习期间,深感杨先生思想的博大精深,对他那种朴实无华的科研作风敬佩不已,下面结合自己的学习心得,简单介绍杨振宁的科学哲学思想。WwW.11665.coM一、爱憎决定风格“在每一个有创造性活动的领域里,一个人的爱憎,加上他的能力、脾气和机遇,决定了他的风格,而这种风格转过来又决定他的贡献。”①杨振宁在解释他的这段话时说,物理学是一门客观地研究物质世界的学问,然而物质世界具有结构,而一个人对这些结构的洞察力,对这些结构的某种特点的喜爱,某些特点的憎厌,正是他形成自己风格的要素。因此,爱憎和风格之于科学研究,就象它们对文学艺术一样至关重要。杨振宁对物理学的爱憎基本上是1938年至1944年在昆明当学生时形成的。西南联合大学是中国最好的大学,为了取得学士学位,杨振宁跟吴大猷做了有关群论和分子光谱方面的论文,接触了群论在物理学中的应用。他读了狄克逊的一本名为《现代代数理论》的小书,从中学到了群表示理论。这一优美而又有巨大动力的理论,使杨振宁认识到群论的无以伦比的美妙和力量。从而激发起对于对称性原理的兴趣。而从群论到对称性原理上所得到的物理学与数学的结论,又对杨振宁产生了很大的影响。此后杨振宁在清华研究院,在王竹溪先生指导之下写作关于有序——无序转变的论文,对相变发生了浓厚的兴趣。1951年以后,他在统计力学、多体问题等方面写过许多文章,至今对这方面的工作仍很感兴趣,由他指导的南开数学理论物理室主要从事这方面的工作。杨振宁强调,“学一个东西不仅是要学到一些知识,学到技术上的特别的方法,更重要的是要对它的意义有一些了解,有一些欣赏,假如一个人在学了量子力学以后,他不觉得其中有的东西是重要的,有的东西是美妙的,有的东西是值得跟别人辩论得面红耳赤而不放手的,那么,他对这个东西并没有学进去,而只是学了很多可以参加考试得到好分数的知识,这不是真正做学问的精神,他没有把问题里面基本的价值掌握住”。②学一个学科,不只是物理学,不但是掌握这些知识、定理和公理,更要掌握这些知识、定理和公理的意义、精神及其重要性,等到你觉得这些重要到一定程度时,你才是真正地把这些东西吸收进去了。一个人喜欢考虑什么问题,喜欢用什么方法来考虑,这都是通过训练得出的思想方法,也就是爱憎决定了科学研究的风格。二、传统与科研杨振宁认为文化传统是一件非常重要的事情,西方和东方的文化传统的确大不一样。中国的传统,重视每个人对社会的责任,从小就讲先天下之忧而忧。相反地在西方这种观点非常少,甚至不存在,可是我们看到,西方传统也可以产生出灿烂的文化。在这两种不同文化背景下的人,学物理和方法了不同。美国学物理的方法与中国学物理和方法不一样。中国学物理的方法是演绎法,先有许多定理,然后进行推演;美国对物理的了解是从现象出发,物理定理是从现象中归纳出来的,是归纳法。演绎法是学考试的人用的方法;归纳法是做学问的办法。做学问的人从自己的具体工作分析中抽象出定理来,这样所注意的就是那些与现象接近的东西。另外,最重要的就是科研方向的问题。杨振宁向吴大猷学了分子光谱学与群论之间的关系,学的方法主要是演绎法:是从数学推演到物理的方法;泰勒所注意的是归纳法,它要从物理现象引导出数学的表示,杨振宁从泰勒那里学到了这种思想方法,获益非浅。因为归纳法的起点是物理现象,从这个方向出发不易陷入“泥坑”。在当时芝加哥大学的研究气氛中,杨振宁接触到一些最可能有发展的研究方向,这是十分幸运的。在联大,杨振宁有了一个扎实的根基,学了推演法,到了芝加哥,受到新的启发,学了归纳法,掌握了一些新的研究方向,两个地方的教育都对杨振宁的工作有决定性的作用。40年代末、50年代初,物理学发展了一个新的领域,这个新的领域是粒子物理学。杨振宁和同时代的物理学家是与这个新领域一同成长的。这个领域到今天,一直有长足的发展,影响了人类对物质世界结构的基本认识。这说明如果进入的领域是将来大有发展的,那末他能够做出比较有意义的工作的可能性也较大。这是方向问题,至于方法问题,杨振宁给出了一个很恰当的比喻。他说:“研究物理学好象看一幅很大的画。整个自然界的结构好比这幅画。看这一幅画可以有几种看法。适当的时候应当氢这几种看法结合起来。一是必须在近距离仔细研究,因为这幅画画得很仔细,每一部分都不一样,因此你必须用放大镜仔细研究它的细部。一是你应当在远距离去看它,你可以看到近距离看不到的一种大范围的规律,还有中距离的看法,物理学需要近、中、远三种看法。当然,如果你能一下子就看出远距离所能看到的规律,这当然是大贡献,但是这种可能性很小,甚至不可能。所以必须从近距离开始,总之,知识的流向是由近到中、再到远的,而不是反过来。”③例如,量子力学建立以后,它对哲学有很大的影响,但是海森伯和薛定谔不是从哲学出发,而是从研究原子光谱出发建立量子力学的。在此我们不难看出,杨教授对哲学与物理学研究关系问题的基本态度。

  三、对称性决定相互作用对称观念有很悠久的历史,远在上古时代,人类就有了对称观念,我们的祖先通过对许多自然现象的接触,渐渐形成了这一观念,这个对称观念的发展对上古的音乐、文学、绘画、雕刻、建筑,都有极其密切的关系。这方面的例子很多,在国内外的一些文物古迹上,随处可见我们祖先对自然现象中的对称性的偏爱。到了有史时代,对称现象在各种艺术的发展中更加显著。对称既然在人类历史上占有非常重要,非常基本的地位,哲学家和科学家便很自然地对之加以广泛的应用。有许多早期用到科学上的对称原理,例如,天文学家开普勒,就曾经想用一些几何的对称来解释太阳系中各行星轨道的直径比例,尽管没有很大的成果,可是它说明科学家很早就对对称性发生了兴趣了。对称在科学界开始产生重要的影响始于19世纪。发展到近代,我们已经知道这个观念是晶体学、分子学、原子学、原子核物理学、化学、粒子物理等现代科学的中心观念。近年来,对称更变成了决定物质间相互作用的中心思想。对称观念对20世纪物理产生了极其重要的作用,首先麦克斯韦公式利用向量的方法,得到了比较简单的表述,可以说是对称原理在物理学中的第一个主要贡献。因为对称原理与方向和向量的关系十分密切,而我们所以能够把那20个方程式写成4个方程式,就是因为这20个方程式含有对称性,把这个对称性很根本地写到方程里面去,就可以写出精而简的方程式。通过方程式的精简,我们才可以把电磁学发展到更基本、更深入的程度。在物理学中对称的第二个重要的用途与晶体的构造有关。晶体结构的对称性,经过许多重要的科学家的努力提炼,形成了空间群的观念,这可以说是对称对于物理学的第二个重要贡献。随着人们对对称的更加深入的认识,物理学家开始用数学上已发展得十分成熟的群的方法来描术对称性,群和连续群的观念把代数、解析与几何连在一起,而通过这许多关系(尤其是解析跟几何的关系)更和粒子现象,以及物理原理发生了密切的关系,又通过几何这个关键,引进了拓朴的观念,这正是近40年来出现的物理与数学交织在一起的现象。尽管物理学家很早就知道守恒定律,然而直到20世纪初,才有人了解,原来守恒的观念与对称性有密切的关系。通过一系列的发展,人们才知道原来对称性与守恒定律可以说是同一回事。到了本世纪50年代,人们对对称原理又有了一个前所未有的新的认识。物理学家发现原来认为的对称并不是绝对的,在某些相互作用下,会有一些纰漏,这些不对称的影响是很小的,不过假若你知道在什么地方发掘的话,你就可以发掘出不对称的现象。关于这方面的第一个实验是关于宇称守恒的。通过这个实验,人们认识到宇称不守恒是弱相互作用的一个基本特征。对称原理经过了50年代的发展,在物理学中已经占有了一个比以前更加重要的地位,而近年来,进入了深的层次,这个发展起源于规范对称。我们知道,世界上各种不同的基本粒子之间有四种不同的相互作用,叫做强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。相互作用就是力量,因此,各种不同的基本粒子之间,就有四类不同的力量。近20年来,大家认识到这种所有的不同的力量,都是不同的规范场,对称性是决定相互作用的要素。杨先生说:“对称决定相互作用”①。当然,决定相互作用还有其他的中心观念,因为在今天的基本物理中,有很多复杂的困难,要解决这许多困难,必须引进一些跟数学有密切关系的新观念。

  注释:①②杨振宁:《读书教学四十年》,三联书店香港分店,1985年版,第22页,第121页。③杨振宁:《杨振宁演讲集》南开大学出版社,1989年,第151页。①倪光炯:《百科知识》,1987年第1期、第2期。

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