8、美與物理學（1 / 3）

物理學的原理有它的結構。這個結構有它的美妙的地方。而各個物理學工作者，對於這個結構的不同的美妙的地方，有不同的感受。

——楊振寧

楊振寧，安徽省合肥人，1922年8月22日出生。1942年西南聯大畢業，1944年西南聯大研究所畢業，1945年在西南聯大附中教學後赴美，1948年夏完成芝加哥大學博士學位，1949年秋天普林斯頓大學研究，1957年獲諾貝爾物理獎，1958年當選中央研究院院士、1965年應紐約州立大學校長托爾邀請籌備創立石溪分校研究部門，1966年離普林斯頓赴紐約州立大學石溪分校主持物理研究所，擔任教授至今。

1957年，和李政道合作推翻了愛因斯坦的“宇稱守恒定律”，獲得諾貝爾物理獎學金。他們這項貢獻得到極高評價，被認為是物理學上的裏程碑之一。盡管他們早已入了美籍，但也是“美籍華人”，消息傳來，中國人無不引以為傲。楊氏也是以曾經接受中國文化的薰陶為自傲的，那年他們在接受諾貝爾獎金的時候，由他代表致辭，最後一段，他說：“我深深察覺到一樁事實，這就是：在廣義上說，我是中華文化和西方文化的產物，既是雙方和諧的產物，又是雙方衝突的產物，我願意說我既以我的中國傳統為驕傲，同樣的，我又專心致於現代科學。”

楊振寧：19世紀物理學的三項最高成就是熱力學、電磁學與統計力學。其中統計力學奠基於麥克斯韋（J。Maxwell，1831-1879）、波耳茲曼（L。Boltzmann，1844-1905）與吉布斯（W。Gibbs，1839-1903）的工作。波耳茲曼曾經說過：一位音樂家在聽到幾個音節後，即能辨認出莫紮特（Mozart）、貝多芬（Beethoven）或舒伯特（Schubert）的音樂。同樣，一位數學家或物理學家也能在讀了數頁文字後辨認出柯西（Cauchy）、高斯（Gauss）、雅可比（Jacobi）、亥姆霍茲（Helmholtz）或克爾期豪夫（Kirchhoff）的工作。對於他的這一段話也許有人會發生疑問：科學是研究事實的，事實就是事實，哪裏會有什麼風格？關於這一點我曾經有過如下的討論：

讓我們拿物理學來講吧。物理學的原理有它的結構。這個結構有它的美妙的地方。而各個物理學工作者，對於這個結構的不同的美妙的地方，有不同的感受。因為大家有不同的感受，所以每位工作者就會發展他自己獨特的研究方向和研究方法。也就是說他會形成他自己的風格。

今天我的演講就是要嚐試闡述上麵這一段話。我們先從兩位著名物理學家的風格講起。

一、狄拉克

狄拉克（P。Dirac，1902-1984）是20世紀一位大物理學家。關於他的故事很多。譬如：有一次狄拉克在普林斯頓大學演講。演講完畢，一位聽眾站起來說：“我有一個問題請回答：我不懂怎麼可以從公式（2）推導出來公式（5）。”狄拉克不答。主持者說：“狄拉克教授，請回答他的問題。”狄拉克說：“他並沒有問問題，隻說了一句話。”

這個故事所以流傳極廣是因為它確實描述了狄拉克的一個特點：話不多，而其內含有簡單、直接、原始的邏輯性。一旦抓住了他獨特的、別人想不到的邏輯，他的文章讀起來便很通順，就像“秋水文章不染塵”，沒有任何渣滓，直達深處，直達宇宙的奧秘。狄拉克最了不得的工作是1928年發表的兩篇短文，寫下了狄拉克方程：

(D)(略)

這個簡單的方程式是驚天動地的成就，是劃時代的裏程碑：它對原子結構及分子結構都給予了新的層麵和新的極準確的了解。沒有這個方程，就沒有今天的原子、分子物理學與化學。沒有狄拉克引進的觀念就不會有今天醫院裏通用的核磁共振成像（MRI）技術，不過此項技術實在隻是狄拉克方程的一項極小的應用。

狄拉克方程“無中生有、石破天驚”地指出為什麼電子有“自旋”（spin），而且為什麼“自旋角動量”是1/2而不是整數。初次了解此中奧妙的人都無法不驚歎其為“神來之筆”，是別人無法想到的妙算。當時最負盛名的海森伯（W。Heisenberg，1901-1976）看了狄拉克的文章，無法了解狄拉克怎麼會想出此神來之筆，於1928年5月3日給泡利（W。Pauli，1900-1958）寫了一封信描述了他的煩惱：

為了不持續地被狄拉克所煩擾，我換了一個題目做，得到了一些成果。（按：這成果是另一項重要貢獻：磁鐵為什麼是磁鐵。）狄拉克方程之妙處雖然當時立刻被同行所認識，可是它有一項前所未有的特性，叫做“負能”現象，這是大家所絕對不能接受的。狄拉克的文章發表以後三年間關於負能現象有了許多複雜的討論，最後於1931年狄拉克又大膽提出“反粒子”理論(TheoryofAntiparticles)來解釋負能現象。這個理論當時更不為同行所接受，因而流傳了許多半羨慕半嘲弄的故事。直到1932年秋安德森（C。D。Anderson，1905-1991）發現了電子的反粒子以後，大家才漸漸認識到反粒子理論又是物理學的另一個裏程碑。

20世紀的物理學家中，風格最獨特的就數狄拉克了。我曾想把他的文章的風格寫下來給我的文、史、藝術方麵的朋友們看，始終不知如何下筆。去年偶然在香港大公報大公園一欄上看到一篇文章，其中引用了高適（700―765）在《答侯少府》中的詩句：“性靈出萬象，風骨超常倫。”我非常高興，覺得用這兩句詩來描述狄拉克方程和反粒子理論是再好沒有了：一方麵狄拉克方程確實包羅萬象，而用“出”字描述狄拉克的靈感尤為傳神。另一方麵，他於1928年以後四年間不顧玻爾（N。Bohr，1885―1962）、海森伯、泡利等當時的大物理學家的冷嘲熱諷，始終堅持他的理論，而最後得到全勝，正合“風骨超常倫”。可是什麼是“性靈”呢？這兩個字聯起來字典上的解釋不中肯。若直覺地把“性情”、“本性”、“心靈”、“靈魂”、“靈感”、“靈犀”、“聖靈”（Ghost）等加起來似乎是指直接的、原始的、未加琢磨的思路，而這恰巧是狄拉克方程之精神。剛好此時我和香港中文大學童元方博士談到《二十一世紀》1996年6月號錢鎖橋的一篇文章，才知道袁宏道（1568―1610）（和後來的周作人（1885-1967），林語堂（1895―1976）等）的性靈論。袁宏道說他的弟弟袁中道（1570―1623）的詩是“獨抒性靈，不拘格套”，這也正是狄拉克作風的特征。“非從自己的胸臆流出，不肯下筆”，又正好描述了狄拉克的獨創性！