學(xué)術(shù)報(bào)告是增強(qiáng)學(xué)術(shù)氛圍、開(kāi)闊眼界、促進(jìn)學(xué)術(shù)交流的重要方式。我的同事茍利軍研究員來(lái)天文臺(tái)后，為促進(jìn)我臺(tái)學(xué)術(shù)報(bào)告出了很多好點(diǎn)子，包括每年第一個(gè)全臺(tái)學(xué)術(shù)報(bào)告邀請(qǐng)重量級(jí)人物來(lái)講，以及安排報(bào)告的網(wǎng)絡(luò)直播等。

今年，我臺(tái)邀請(qǐng)到楊振寧先生來(lái)臺(tái)里做報(bào)告。楊先生是當(dāng)前活著的物理學(xué)家中最為杰出者之一，而且他已95歲高齡，他的這次報(bào)告實(shí)為我臺(tái)學(xué)術(shù)演講上空前之盛事。由于想來(lái)參加的人非常多而場(chǎng)地有限，臺(tái)里只好發(fā)入場(chǎng)券，真是一票難求。好在即使不在場(chǎng)的人也可以看網(wǎng)絡(luò)直播。

我自己此前聽(tīng)過(guò)兩次楊先生的報(bào)告，一次在清華大學(xué)，一次在中科院物理所，那都是二十多年前的事了。因此這次也早在進(jìn)入會(huì)場(chǎng)，選了一個(gè)靠前的座位。下午4時(shí)，楊振寧先生準(zhǔn)時(shí)來(lái)到天文臺(tái)，走上講臺(tái)。報(bào)告由陳建生院士主持。

楊先生做了題為麥克斯韋方程和規(guī)范理論起源的演講。楊先生在報(bào)告中回顧了規(guī)范理論的發(fā)展歷史，既有他對(duì)這段歷史文獻(xiàn)資料仔細(xì)研究得出的結(jié)論，又有他自己和米爾斯提出非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)的歷史過(guò)程。

楊先生首先回顧了電磁理論早期的發(fā)展歷史。最早，數(shù)學(xué)很強(qiáng)的安培給出的磁力與電流的關(guān)系是基于超距作用的概念。法拉第不懂?dāng)?shù)學(xué)，但他首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究拒絕了超距作用的觀念，并提出了一個(gè)模糊的幾何概念：electro-tonic state, 但未能給出精確的定義。麥克斯韋23歲從劍橋大學(xué)畢業(yè)后決心研究電學(xué)理論。僅僅2年后，他就寫(xiě)出了他經(jīng)典的3篇電磁學(xué)論文中的第1篇。

在這一篇論文里，受到湯姆森論文的啟發(fā)，麥克斯韋寫(xiě)出了磁場(chǎng)強(qiáng)度等于矢量勢(shì)的旋度的公式：H=▽×A，這里的A現(xiàn)在稱(chēng)為矢量勢(shì)，就是法拉第的electro-tonic state。楊先生特別指出，盡管一般科學(xué)史家往往把麥克斯韋在第2篇論文中發(fā)現(xiàn)位移電流作為其最大貢獻(xiàn)，但實(shí)際上寫(xiě)出這一公式也是麥?zhǔn)系闹卮筘暙I(xiàn)。楊先生也饒有興趣地討論了麥?zhǔn)鲜苄郎u理論啟示發(fā)現(xiàn)位移電流的過(guò)程，但表示今天我們已很難完全理解麥?zhǔn)袭?dāng)時(shí)的思路了，他自己曾幾次仔細(xì)研究麥?zhǔn)系耐评磉^(guò)程也未能成功。

麥克斯韋終其一生都用矢量勢(shì)A表述他的方程，但由于A不是直接可觀測(cè)量，因此麥?zhǔn)现蟮暮＞S賽、赫茲等人都不喜歡這一點(diǎn)，他們致力于在電磁場(chǎng)方程中消除A而僅使用電磁場(chǎng)強(qiáng)度E和H，但今天我們知道，由于量子力學(xué)Aharonov-Bohm 效應(yīng)，A實(shí)際上有基本的意義，是不能被消除的。

在此之后，狄拉克寫(xiě)出了相對(duì)論量子力學(xué)的電子運(yùn)動(dòng)方程，并預(yù)言了正電子的存在。楊先生曾研究過(guò)這段歷史，他指出趙忠堯先生實(shí)際上是首先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)正電子的人，但可惜的是，趙先生以及其導(dǎo)師密立根當(dāng)時(shí)不了解正電子的理論，另一方面當(dāng)時(shí)梅特納等著名物理學(xué)家類(lèi)似實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與趙忠堯先生不一致，事后看來(lái)趙先生正確而他們錯(cuò)誤，但在當(dāng)時(shí)這使得趙先生的發(fā)現(xiàn)沒(méi)有得到重視，因此后來(lái)正電子的發(fā)現(xiàn)被歸功于同一實(shí)驗(yàn)室用另一方法做出發(fā)現(xiàn)的安德森。    

正電子發(fā)現(xiàn)后，人們進(jìn)而在此基礎(chǔ)上發(fā)展了量子場(chǎng)論，為了克服其中出現(xiàn)的發(fā)散問(wèn)題，40-50年代發(fā)展了重整化理論。楊先生進(jìn)而談到50-70年代規(guī)范場(chǎng)論的發(fā)展，包括他自己的工作。在此之前，外爾(Weyl) 于1919年首先從推廣相對(duì)論的思想出發(fā)，認(rèn)為在時(shí)空的每一點(diǎn)可以局域地定義標(biāo)準(zhǔn)尺度，引入了“正比因子”也就是今天所說(shuō)的“規(guī)范”的概念。但是愛(ài)因斯坦等物理學(xué)家認(rèn)為，這樣的理論與物理實(shí)驗(yàn)不符。后來(lái)Weyl在1929年發(fā)表的理論中，將其正比因子改為量子力學(xué)中的復(fù)數(shù)相位因子，這樣就重新導(dǎo)出了電磁場(chǎng)理論，但并沒(méi)有得到新的結(jié)果，因此被視為一種優(yōu)美但并不重要的理論形式。

隨著二戰(zhàn)后大量新粒子的發(fā)現(xiàn)，為了描述這些粒子之間的相互作用，人們提出了五花八門(mén)的理論。當(dāng)時(shí)是博士后的楊先生想要提出一種從某種基本原理出發(fā)的相互作用理論，于是1954年他和米爾斯合作，把麥克斯韋理論中的電荷守恒推廣到核子的同位旋守恒，從而建立了非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論。

這個(gè)理論最初提出來(lái)時(shí)并未被物理學(xué)界所接受，因?yàn)檫@個(gè)理論預(yù)言的規(guī)范場(chǎng)粒子的質(zhì)量為0，但除了光子外，人們并未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量為0的粒子。當(dāng)時(shí)泡利也在研究這一問(wèn)題，可能已意識(shí)到這一問(wèn)題，因此楊先生在做報(bào)告時(shí)一再被泡利打斷詢問(wèn)其粒子質(zhì)量，不得已只好停止報(bào)告。只是后來(lái)隨著研究的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了希格斯機(jī)制，無(wú)質(zhì)量的規(guī)范場(chǎng)粒子可以通過(guò)自發(fā)對(duì)稱(chēng)破缺獲得質(zhì)量，這才解決了這一難題，并使用規(guī)范場(chǎng)理論建立了粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。而直到2012年，CERN的實(shí)驗(yàn)才找到了希格斯粒子，最終證實(shí)了這一理論的正確性。而也是到了70年代，人們才發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中的規(guī)范場(chǎng)與數(shù)學(xué)中的纖維叢實(shí)際上是一回事。

最后，楊先生總結(jié)說(shuō)，目前已知的四種相互作用中的三種可以用規(guī)范場(chǎng)描述，但萬(wàn)有引力理論也就是廣義相對(duì)論還無(wú)法與量子理論結(jié)合，這可能不是一二十年內(nèi)能夠解決的。非常奇怪的是，宇宙的結(jié)構(gòu)里有電磁學(xué)，而且這個(gè)結(jié)構(gòu)非常漂亮，所呈現(xiàn)的現(xiàn)象、人類(lèi)對(duì)它的了解，以及通過(guò)這些了解所做出的新的發(fā)展，簡(jiǎn)直是一個(gè)很難想象的奇跡。這里深?yuàn)W的東西還非常多，這些深?yuàn)W的東西還要等待更年輕的、很努力的科學(xué)家去研究。

我有幸第一個(gè)向楊先生提問(wèn)。我問(wèn)的第一個(gè)問(wèn)題是，50年代粒子物理新發(fā)現(xiàn)非常多，楊先生是怎么想到去研究規(guī)范場(chǎng)的。楊先生回答說(shuō)，此前他在西南聯(lián)大7年時(shí)已打下了很好的場(chǎng)論基礎(chǔ)，多年來(lái)對(duì)此有深入的思考，他想從一種基本的原理出發(fā)找出相互作用。我問(wèn)的第二個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)規(guī)范場(chǎng)粒子的質(zhì)量為零后，是怎么想的，是否認(rèn)為有什么辦法可以最終有一天解決這一問(wèn)題。楊先生說(shuō)無(wú)論他到哪里做報(bào)告，大家都會(huì)問(wèn)這一問(wèn)題。他說(shuō)當(dāng)時(shí)他們那篇論文最后一段寫(xiě)得非常小心，說(shuō)這一問(wèn)題很復(fù)雜，需要深入研究。而泡利也研究過(guò)規(guī)范場(chǎng)，卻因這一問(wèn)題而未發(fā)表。

此后，還有很多人提出了很好的問(wèn)題，我這里不一一列出了，感興趣的朋友可以去看視頻。不過(guò)我想這里提到兩個(gè)問(wèn)題。一個(gè)是，楊先生特別提到，一個(gè)很重要的物理問(wèn)題就是暗物質(zhì)。暗物質(zhì)是要研究的，但是也是個(gè)很難的問(wèn)題，因?yàn)橐呀?jīng)有三四十年的研究歷史，但還沒(méi)有進(jìn)展。作為暗物質(zhì)暗能量問(wèn)題的研究者，我感到楊先生對(duì)我們這一領(lǐng)域的評(píng)價(jià)是非常準(zhǔn)確的——很難，未必能很快取得突破，但這是值得深入研究的。

另一個(gè)問(wèn)題是問(wèn)楊先生對(duì)某些地方高考中取消物理學(xué)的看法。楊先生認(rèn)為，一些基本的物理學(xué)知識(shí)，比如能量守恒，比如為什么要用高壓輸電等等這些高中物理知識(shí)，是每個(gè)現(xiàn)代青年人應(yīng)該具備的常識(shí)，是應(yīng)該學(xué)習(xí)的。當(dāng)然，麥克斯韋方程并非人人都必須了解。

報(bào)告結(jié)束，國(guó)家天文臺(tái)嚴(yán)俊臺(tái)長(zhǎng)也贈(zèng)給楊先生一個(gè)紀(jì)念品，這是一個(gè)牌子上面有鑲嵌了一塊隕石，這是一個(gè)18克重的球粒隕石，主要成分為橄欖石。牌子上也有一首詩(shī)，是由吳金水先生和我草擬的。