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杨振宁谈爱因斯坦:“他厉害在哪里?”(内附独家采访视频)

时间: 2015年09月25日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
在任何前沿的科学研究领域,都有一个永远存在的问题,就是你看不清楚的东西中,哪个是值得你抓住不放,哪个是你不要花太多时间去研究。能够分辨出这一点的本领,爱因斯坦特别厉害。”

 

“20世纪物理学的三大贡献中,两个半都是爱因斯坦的。”杨振宁先生这样评价爱因斯坦。而作为过去1 000年最伟大的科学家之一,爱因斯坦也确实配得上这样的评价。杨先生所说的“20世纪物理学的三大贡献”,指的是狭义相对论、广义相对论和量子力学。在2014年,与相对论相关的物理学论文多达2 000多篇。并且,很多理论,如量子霍尔效应、多重宇宙等,都是从相对论发展出来的,而这些理论,都是当今物理学的前沿研究领域。这足以证明,在过去100年里,相对论对物理学领域产生了多么大的影响。

 

在爱因斯坦诞辰125周年等多个时机与场合,杨先生都曾以爱因斯坦为主题做过演讲和报告。因此,在爱因斯坦逝世60周年和广义相对论发表100周年之时,《环球科学》特意邀请他,及他的老朋友江才健先生(《杨振宁传》的作者,曾任中国台湾《中国时报》科学主笔),在清华大学高等研究院杨先生的办公室畅谈爱因斯坦的成就、这位伟大科学家的独特之处以及物理学的未来。 

 

江才健:我们今天专程来看望并采访您,一是因为今年是爱因斯坦逝世60周年,广义相对论提出100周年,《科学美国人》专门制作了专题。二是今年也是爱因斯坦136年诞辰。11年前,2004年的3月14日,您受邀在德国纪念爱因斯坦125年诞辰大会上做了一个报告(大会在爱因斯坦出生地乌尔姆举行)。您当时的英文报告的题目是《爱因斯坦对21世纪理论物理学的影响》,那是一个非常深刻的报告,我们就由这个报告开始谈起。

 

在那篇报告最开始,您先提到爱因斯坦的狭义相对论,并讲了两件很有意思的事。第一件事是,“相对性”这个词最先不是爱因斯坦提出来的,而是庞加莱;第二件事是,最先写出狭义相对论那个变换公式的也不是爱因斯坦,而是洛伦兹,这个变换曾经、至今仍是以洛伦兹的名字命名。所以,您说庞加莱懂得了相对论的哲学,没有懂得它的物理;洛伦兹懂得了它的数学,也没有懂得它的物理。只有年轻的爱因斯坦能创建出此革命。

 

对于爱因斯坦,您自述从早年学习时代开始就认为他有一种您特别欣赏的风格,那么爱因斯坦到底特殊在哪里?

 

杨振宁:爱因斯坦厉害的地方是,一方面,他知道一些数学,对于数学中很妙的地方有直觉的欣赏的能力;另一方面,他对物理中的现象也有他的近距离的了解。他跟所有人都不同的地方就在于,他既能近看,又能远看。这就好像电影中既有近距离的镜头,又有远距离的镜头;能从近处又能从远处自由地切换,那就很厉害了。大多数人都只有一个镜头,或只能从近处看,或者只能从远距离看,不会自由切换。

 

江才健:这似乎像您在西南联大跟黄昆讲的,一个是俯视,一个是趴视。

 

杨振宁:对。我们西南联大的几个研究生对物理学的了解已经到了一个相当的程度,知道俯视者能够切换观点的好处,能够看到趴视者看不见的东西。

 

江才健:因为提到西南联大,我想趁这个机会,请您多讲几句话。西南联大是在对日抗战那个最困难的时候建立的,这个只有不到9年历史的学校,没有经费也没有国际化,却取得了中国教育史上最成功的成绩。这在今天的某种教育风潮下(例如非常强调国际化之类)是非常具有启示性的。作为从那个环境出来的杰出代表,请您多说说这里的经验。

 

杨振宁:讲起这个来,我想是这样的。很多人都讨论过为什么西南联大那么成功,这里面有好些个因素,不是一个因素。我觉得其中有一个因素是大家不很重视但其实是很重要的,就是西南联大恰巧是在一个关键的时刻:当时的学生后来恰好碰到了新中国开始建设和台湾需要经济起飞的时代。所以,我同龄的那些人和比我晚十年的那些人碰到了这个时机,是新中国从一个封闭的农业国向一个开放的工业国开始发展,台湾也是这样。所以,我们这一辈人,或者比我年轻十岁的人有好机会发展,这与这个时间点的机遇密切相关。这似乎是大家不够重视的一点。

 

江才健:我们回到相对论,相对论所导引出的对称的概念,后来变成了20世纪物理学领域最重要的基石。爱因斯坦的狭义相对论是由电磁理论出发而认识到对称概念,后来他提出广义相对论的时候是倒过来:从对称回头来做。您说过,这是非常有远见也是非常有勇气的。您可以把爱因斯坦这个创造力再阐释一下吗?

 

环球科学专访杨振宁:爱因斯坦厉害在何处?

 

杨振宁:在任何前沿的科学研究领域,都有一个永远存在的问题,就是你看不清楚的东西中,哪个是值得你抓住不放,哪个是你不要花太多时间去研究。能分辨出这一点的本领,爱因斯坦特别厉害。他花八年时间抓住对称不放,表示他能看出什么是真正重要的。另外再举一个例:1923或1924年,有一位年轻的印度人Bose(玻色,Satyendra Nath Bose)给他寄来一篇英文文稿,说英国的期刊不肯发表此文,可否请爱氏将他翻译成德文在德国发表。这样唐突的请求没有触怒爱氏,他不但将文章翻译成德文,署名Bose寄去发表,并且加上一句他的评语,说这篇文章很有道理,他自己还要加以发展。以后他连续发表了几篇文章,发展成了Bose-Einstein(玻色—爱因斯坦)凝聚理论。

 

他的这个理论是惊人的革命性的,发表以后他同时代的人都认为他疯了,连他最好的朋友、荷兰人埃伦费斯特(Paul Ehrenfest)都反对他。可是,Bose-Einstein凝聚理论到了1950年代终于被物理学界了解是极重要的正确理论。这个故事表明了1924年Bose看不清的一种模糊的想法,爱因斯坦一下子就看中了,就抓住不放做出来革命性的贡献。

 

讲到埃伦费斯特,他是爱因斯坦的好朋友,于1933年自杀。他死后,爱因斯坦专门写了一篇文章纪念他,说他有很多好的创意,但他创造的本领比不过他批判的本领,所以他的很多创意都胎死腹中了。

 

江才健:爱因斯坦发展广义相对论以后,还想出了三个办法,用实验来检验广义相对论,这是不是他的特别作风?

 

杨振宁:是。这也是非常重要的,是常常在讨论爱因斯坦的时候不够被重视的一点。爱因斯坦在写下方程式之后,还问有没有什么办法去检验分析这个方程,这个分析不是物理的,而是数学的。在接下来的一两年时间中他写出来的文章,给出了如何用实验验证广义相对论的方法。这些实验被验证之后,他的声名一下子达到全球家喻户晓的地步。所以,如果你问历史上的物理学界大人物,我认为只有牛顿能和他相提并论。像麦克斯韦和波尔兹曼,当然也都是大物理学家,可是他们没有爱因斯坦的影响大。20世纪物理学的三大革命中,两个半都是爱因斯坦的。

 

江才健:刚才讲到爱因斯坦,我们就多讲一点。他说,物理学的理论,可以从数学推导出来。这和你刚才讲的,爱因斯坦既能从宏观出发,又能回到实际问题,这两个说法之间是不是有冲突的地方呢?

 

环球科学专访杨振宁:杨-米尔斯理论的诞生

 

杨振宁:没有,因为爱因斯坦在不同的时期对数学的重要性有不同的看法。他在晚年的一篇文章中提到,他早年没有意识到数学在物理学中的作用,相反很早对物理学中什么是重要的问题就有直觉了解。所以爱因斯坦早年是从对物理现象的直觉兴趣开始。后来在发展广义相对论时他才了解到数学对物理结构的重要。而到了1930年代他再进一步,说理论物理学的“创新思维来自数学”。以后一直到临终,他都坚持这个新说法。

 

江才健:您刚才讲爱因斯坦对数学和物理的直觉和感受。您的好朋友Dyson(戴森,Freeman Dyson)说他自己的数学直觉比较强。您在1954年的工作Yang-Mills(杨—米尔斯)规范场论,当时是从物理现象出发,还是从数学直觉出发?

 

杨振宁:那篇文章是我最重要的文章。最近,Dyson说这篇文章是自1928年狄拉克的文章之后最重要的一篇文章。为什么我们会写出那篇文章,我想是因为两个时机成熟了。第一,二战后科学家们发现了很多新的粒子,所以大家都在研究它们之间相互作用是什么,文章很多,都是在凑。我想这样不行,得有个总原则,总体支配各种不同粒子间的相互作用。第二,恰巧我当时很欣赏Weyl(外尔,H.Weyl)1929年的规范不变理论。我想把它推广也许就能找到此总原则。这两点是所以1954年能写出那篇文章的原因,是又从物理,又从数学出发的。

 

江才健:1954年的Yang-Mills规范场论,这个对称的发展对20世纪物理有很大的影响。而Yang-Mills规范场场强的式子和爱因斯坦的广义相对论,两个在数学的式子有很类似的地方,它们都是高度非线性的方程式。好像这一点是多年以后你才注意到的。

 

杨振宁:不错。是在上世纪60年代末,我在石溪(纽约州立大学石溪分校)教广义相对论时,才注意到的。后来我向数学家Simons请教,才于1975年和吴大峻完全澄清了一个重要的观念:规范场理论的数学结构是数学中的纤维丛理论。

 

江才健:您最近在《物理学的未来:重新检讨》中,回顾了1961年麻省理工学院100周年时,您与费曼等四个人受邀参加一个小型的讨论会。那时你39岁,是四人中最年轻的,但是看当时的发言纪录,您看待问题已经非常深刻,不那么乐观。相反,费曼那时是非常非常乐观。他在发言的最后说:“我的结论是:我相信基础物理学再有有限的时间就要结束了(因为我们将已掌握了终极的理论)。今天基础物理学正在突飞猛进,我十分不想自其中退出。我有幸生活在此时代,而且我不相信还有的有限时间会超过一千年。”您注意到了吗?

 

杨振宁:我注意到了。费曼有许多不同寻常的直觉物理观,他的路线积分与费曼图都是世纪级的,直觉的,大贡献。我猜想1961年前后他大概又觉得他已有新的直觉灵感了,所以才那么乐观。这新的直觉灵感是什么我觉得很值得研究。至于我们两人当时对未来看法如此不同,我想还有文化背景的原因。我是中国传统的儒家“吾日三省吾身”的教训训练出来的,而他是美国的产物。

讲到这一点我们自然会问这样一个问题:“美国的科学家常常骄傲以至嚣张,而美国的科学又十分成功,这两个现象是不是可以联系起来?”也就是说,中国的年轻人引进了美国人的这些特点是否更能在科学上多取得成功?这一点值得讨论。

 

《环球科学》:杨先生,虽然您提出来这个问题只说值得讨论,但我想您心中应该有一个答案,那就是对美国科学家那种方式的肯定,是这样吗?

 

杨振宁:你讲对了,我是觉得美国科学家的骄傲与他们的成功是关联的,在极度竞争的行业中君子们是要吃亏的。

 

江才健:这正是我接下来想要问的。

 

杨振宁:从非科学家的角度来看,1961年费曼和我的两篇发言对待科学的态度形成了鲜明的对比,这对比是不是也反应了文化传统的分别?而且,这两种态度对于科学的发展,哪个更好?我想这都是非常有意思的问题。

 

江才健:我没有见过费曼,我想他的现场表现可能很好,口若悬河。但如果你看他的文章,你会发现他没有什么深入性,他用他的推理办法来说现实的问题。我觉得这里有一些问题,费曼当然是个天才,他也很大胆,他写的路线积分就包括了您曾谈到的三个旋律:量子化、对称和相位。近代科学反映的是西方对于宇宙的观点。您虽然也做理论研究,但您的文化背景不同。从这个角度来看,我常常在想,文化对于一个人的宇宙观和世界观的影响——除了做科学的态度以外,对认知的影响是否都会不同?

 

杨振宁:当然有影响。费曼这篇1961文章中讲话的态度值得和沃森(James Watson)1968年的《双螺旋》对比(沃森是DNA双螺旋的发现者)。两者都显示出美国的一种精神。就是“你不需要有很多知识,也不需要有多高的修养,你只要有天不怕地不怕的精神,然后去猛冲,你就能成功”。我还要补充一点:费曼对物理的了解有十分深入的地方。他的路径积分我认为是物理学史上的重大贡献。可是他似乎太藐视传统研究方法,是他的短处。

 

江才健:沃森的这本书把这种美国精神写得有声有色,从销路来看,或者从描述科学家钻研时的心态来说都是极成功的著作。可是,它却是传统君子所不喜欢的一种写书方式。

 

杨振宁:文化背景影响做学问的态度。理论物理学是一个猜测的学问,猜测就意味着不是逻辑推演,这里面只有猜的聪明还是猜的笨。这就好像下棋,高手并不能告诉你他为什么下这步棋,但他猜的就是对的。猜的时候有人大胆一些,有人保守一些,对一个年轻人,是应该建议他胆子大一点呢,还是应该建议他胆子小一点呢?我想,中国的文化会建议他胆子小一点,但美国的文化会建议他胆子大一点。

 

江才健:回到您1961年的文章,您说宇宙的微妙结构是无穷的,人类的智慧是有穷的,用有穷的智慧去追求无穷的宇宙,是不可能完全掌握的。这一点上,您和爱因斯坦讲的有些相似。爱因斯坦说,他只知道两个事情是无限的,一个是宇宙,另一个是人类的愚昧,他说他对前一个还不能确定。我们都知道,您的好朋友Dyson在他有名的“爱因斯坦讲座”《鸟和青蛙》中提到,一些科学家像鸟儿一样,有全观的眼光,他将您列于其一。我们看到,现在的很多新理论用数学推演的很好,但它们在物理上却面临着是否可运作的问题。这是一个终极的哲学问题,也是一个科学问题。

 

杨振宁:不错。像超弦论,它已有了极重要的数学影响,但是否与物理现象有关还是未知数。另外,我对超对称不那么乐观。原因有两个,第一,一个数学的东西如果被基本物理学采用,就一定是很妙的数学,这有过去很多的例子。可是超对称的数学不是最妙的,所以我猜想不是基本物理的基石。关于这一点我在1979年的一次纪念爱因斯坦诞生百周年讨论会上就讨论过。另外,它搞了好几十年,还没有任何与实验相关的结果,所以我对它的未来表示怀疑。

 

江才健:《科学美国人》专题中有一位科学家专门谈到了爱因斯坦犯下的错误。您认为,爱因斯坦的这些看法究竟是错的吗?

 

杨振宁:宇宙学的第一炮是爱因斯坦打响的。这是他又一大贡献。我们今天发现的问题,不可能爱因斯坦当时就已经有了的。所以,当初爱因斯坦引进或不引进宇宙参数是基于他的广义相对论方程式的,不能用今天的成果来评价爱因斯坦的对错。另外,天文学近年来有大发展,我认为也许会催生出一场物理学的大革命。(特约记者 江才健)

 

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