中国科学院院士、诺贝尔物理学奖获得者、理论物理学家杨振宁先生,于2025年10月18日逝世,享年103岁。
杨振宁先生1922年10月1日生于安徽合肥三河镇,原籍安徽凤阳。其父是著名数学家杨武之,早年留学美国,后任清华大学数学系教授。
杨振宁自幼时起,就展现出了过人的学习天赋,四岁时母亲开始教他识字,一年多时间便掌握了三千个汉字。童年时期的杨振宁数学和语文成绩都极为优异。
1933年,杨振宁进入北平崇德中学就读。正是在这所中学的小图书馆里,他第一次接触到了二十世纪的物理学。通过阅读金斯的《神秘的宇宙》中译本,杨振宁对狭义相对论、广义相对论和量子力学产生了浓厚的兴趣,这次偶然的阅读经历成为他走向物理学道路的重要启蒙。
1937年抗日战争爆发,杨振宁随家人经历了漫长而困苦的逃难旅程,于1938年春抵达昆明。由于战时的特殊情况,教育部允许中学未毕业的学生以同等学力参加大学入学考试。十六岁的杨振宁就是在这样的背景下,成为西南联合大学第一届新生。
杨振宁最初遵从父命选择了化学系,但他在自学高中物理教科书准备入学考试时,发现更热衷于物理学。
开学后不久,他便征得理学院院长吴有训教授的同意,转入物理学系。
A
杨振宁伟大的一生,自此开启。
1942年,杨振宁以英文论文《群论与多原子分子的振动》获得西南联大理学学士学位,指导教师是著名物理学家吴大猷教授。随后他进入西南联大研究院继续深造,在王竹溪教授指导下研究统计物理学。1944年,他以《超晶格统计理论探究》获得清华大学研究院理学硕士学位。
1945年,杨振宁考取庚子赔款奖学金赴美留学,进入芝加哥大学攻读博士学位。在这里,他受到了费米等物理学大师的深刻影响,在导师泰勒的指导下于1948年获得物理学博士学位。
1949年,杨振宁进入普林斯顿高等研究院进行博士后研究工作,开始了与李政道的合作,这一合作将在物理学史上留下浓墨重彩的一笔。
杨振宁在物理学领域的研究涵盖统计力学、凝聚态物理、粒子物理和场论等多个分支。杨振宁的工作不仅推动了理论物理学的发展,更为现代物理学的基础理论体系做出了里程碑式的贡献。
1944年昂萨格发表了平面正方二维伊辛模型的精确解,用来研究磁性材料中原子磁矩的相互作用。但昂萨格的解答虽然完整,却没有直接给出一个重要的物理量:自发磁化强度。
什么是自发磁化强度?一块铁在没有外加磁场的情况下,如果温度足够低,铁内部的小磁铁会自发地排列整齐,形成一个整体的磁性,这种现象就叫自发磁化。自发磁化强度就是衡量这种整体磁性强弱的物理量。
杨振宁在1952年成功地从昂萨格的复杂数学表达式中提取出了自发磁化强度的精确公式。虽然这听起来并没有什么,但在数学上却是极其困难的。因为昂萨格的解答包含了复杂的积分和无穷级数,要从中提取出自发磁化强度,是一件非常困难的事情。
该论文发表之后,吸引到了一位物理学巨擘的关注——爱因斯坦。他立即派遣他的助手考夫曼来请杨振宁去见他。
杨振宁很坦诚,他回忆起这次见面时表示,由于自己太紧张,再加上爱因斯坦用了很多他不懂的德文,所以其实 “没有得到什么智慧”。
除此之外,杨振宁还与合作者进行了一系列关于稀薄玻色子多体系统的研究,得出了基态能量修正的平方根修正项,这一结果后来得到了实验证实。
B
杨振宁一生的贡献,远不止于此。
六十年代,杨振宁发现了著名的杨-巴克斯特方程。杨-巴克斯特方程描述的是在量子系统中,当三个粒子发生相互作用时,它们的散射过程必须满足的一致性条件。
虽然杨-巴克斯特方程距今已有超过60年之久,但依然为现代量子计算机的设计提供了理论基础。量子计算机之所以能够同时处理大量信息,就是因为量子比特之间的相互作用遵循了这种特殊的一致性规律。今天使用的量子加密技术,以及未来的量子计算机,都离不开这个方程的指导。
美国能源部西北太平洋国家实验室的Bo Peng团队通过应用杨 - 巴克斯特方程,构建了层数较少的量子线路,在不牺牲精度的情况下,有效降低了量子计算机的噪音问题。
此外,这个方程还在统计物理学中发挥着重要作用,帮助科学家预测大量粒子集体行为的规律,比如为什么水会在特定温度下结冰,为什么磁铁会有南北极。可以说,杨-巴克斯特方程就像量子领域的一把万能钥匙。
1961年,他与拜尔斯将规范变换技巧运用于凝聚态系统中,从理论上解释了费尔班克实验组发现的超导体磁通量子化现象。1962年,杨振宁提出了非对角长程序的概念,这一概念为理解超流和超导等宏观量子现象提供了重要的理论框架。这些物理方法后来在凝聚态物理的许多问题研究中得到了广泛应用。
然而,杨振宁最为人所知的成就是他在粒子物理学方面的突破性工作。1956年,杨振宁与李政道共同提出了弱相互作用中宇称不守恒的理论。在此之前,物理学家普遍认为宇称在所有基本相互作用中都是守恒的,这被视为自然界的基本对称性之一。
宇称是物理学中描述空间反射对称性的概念,简单来说就是镜像对称。
这是一个很反常识的研究,在普遍认知里,人站在镜子前面举左手,镜子里的人举起右手,则是宇称守恒。但是宇称不守恒,就是在镜子中,出现了别样的情况。
这个研究,是探索宇宙起源的重要依据之一。
宇宙大爆炸初期本应产生等量的正物质与反物质,但它们相遇会湮灭为能量。而正是由于宇称不守恒,才导致了正、反物质的衰变行为存在微小差异,最终让正物质少量 “过剩”,形成了如今的恒星、行星乃至人类。整个过程被称为 “重子数起源”。
杨振宁和李政道通过深入的理论分析,大胆提出宇称在弱相互作用中可能不守恒,这一假设随后被吴健雄的实验所证实。
由于这一开创性贡献,杨振宁与李政道共同获得了1957年的诺贝尔物理学奖,完全授予了杨振宁和李政道二人,以表彰他们“对所谓宇称定律的深入研究,特别是导致有关基本粒子重要发现的研究”。
但是,许多物理学家认为,杨振宁更大的贡献是他在1954年与罗伯特·米尔斯共同提出的杨-米尔斯规范场论。这一理论是现代规范场论和粒子物理标准模型的基础,它为理解基本粒子之间的相互作用提供了统一的理论框架。
规范场理论的核心思想是,自然界的基本相互作用可以通过规范对称性来描述。这种对称性要求物理定律在某种变换下保持不变,而这种变换就是规范变换。
举例来说,就像我们可以用摄氏度或华氏度来测量温度,虽然数字不同,但水在100摄氏度和212华氏度时都会沸腾,这个物理事实不会改变。规范变换就类似于在摄氏度和华氏度之间转换,而规范对称性要求无论用哪种“温度计”,物理定律都应该保持相同的形式。
在微观粒子世界中,这种对称性更加深刻。它告诉我们,电子和质子之间的电磁相互作用,夸克之间的强相互作用,以及导致放射性衰变的弱相互作用,都可以用同一套数学框架来描述。
这就像发现了一个通用的“语言”,能够解释看似完全不同的自然现象背后的统一规律。正是这种统一性,让科学家能够预测新粒子的存在,并最终在实验中发现它们。
杨-米尔斯理论的影响是深远的。它不仅为标准模型的建立奠定了基础,还启发了电弱统一理论和量子色动力学的发展。根据这一理论发现新粒子而获得诺贝尔奖的科学家多达七人,这足以说明其重要性。
可以说,没有杨-米尔斯理论,就没有现代粒子物理学。
杨振宁的科学成就得到了国际学术界的广泛认可。除了诺贝尔物理学奖外,他还获得了费米奖、沃尔夫奖、美国国家科学奖章等众多重要奖项。他是中国科学院院士、美国国家科学院院士、英国皇家学会会员、台湾中央研究院院士等多个学术机构的成员。
值得特别提及的是杨振宁对中国科学事业发展的贡献。1971年,杨振宁成为中美关系松动后回中国访问的第一位华裔科学家,这次访问在当时具有重要的政治和文化意义。此后,他多次回国访问,积极推动中美科技文化交流,为中美两国建交和科技合作做出了重要贡献。
C
2015年,杨振宁毅然放弃美国国籍,回到祖国定居清华大学。他不仅在清华大学高等研究院担任教授,同时也担任清华大学高等研究院名誉院长。还亲自为本科生讲授物理课程,体现了一位大师对教育事业的热忱。
2016年,杨振宁从中国科学院外籍院士转为中国科学院院士。
杨振宁为清华高研院累计筹措资金超过一亿元,为吸引和培养中国顶尖科学人才倾尽心血。他的回国不仅是个人选择,更体现了深深的爱国情怀。
作为一位跨世纪的伟大物理学家,杨振宁见证了现代物理学的发展历程,也参与塑造了这一历程。他的科学成就不仅推动了人类对自然界的认识,更为后续的科学技术发展奠定了基础。
从量子理论到计算机技术,从半导体到通信技术,杨振宁的理论贡献都在其中发挥着重要作用。
杨振宁的一生是献身科学的一生,是追求真理的一生,也是心系祖国的一生。
在学术研究中,杨振宁始终保持着严谨的科学态度和敏锐的物理直觉。他善于从复杂的物理现象中抓住本质问题,用数学工具进行严格的理论分析。他的研究方法和科学思想影响了几代物理学家,为理论物理学的发展指明了方向。
杨振宁不仅是一位杰出的科学家,也是一位优秀的教育家。他培养了众多优秀的学生和后继者,这些人才在各自的研究领域都取得了重要成就。他强调基础科学教育的重要性,主张培养学生的创新思维和独立研究能力。
回顾杨振宁的一生,我们看到的是一位真正的科学巨匠。他的科学成就将永远载入人类文明史册,他的精神品格将继续激励后人。
杨振宁先生的逝世是中国科学界和国际物理学界的重大损失。他留给我们的不仅是丰富的科学遗产,更是宝贵的精神财富。他用自己的一生诠释了什么是科学精神,什么是爱国情怀,什么是人生价值。他的名字将与牛顿、爱因斯坦等伟大科学家一起,永远闪耀在科学的星空中。
友情提示
本站部分转载文章,皆来自互联网,仅供参考及分享,并不用于任何商业用途;版权归原作者所有,如涉及作品内容、版权和其他问题,请与本网联系,我们将在第一时间删除内容!
联系邮箱:1042463605@qq.com