杨振宁和他的世界：潘建伟、蔡荣根评述杨振宁

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沈是公共事务部 2023年06月16日

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5月，西湖大学学术会堂，三位学者——陈方正、蔡荣根、潘建伟——先后解读了他们眼中的“杨振宁和他的世界”，带领大家共同打开这位享誉世界的物理学大师壮阔而厚重的人生传奇。

这场讲座由西湖大学与中国文化书院联合举办，是西湖大学成立5周年系列活动的开篇，同时也是湖心讲堂特别呈现•中国文化书院“汤一介当代学人讲座”第二讲。

杨振宁特别强调，做科学研究，要有好的品味taste，这背后给我们的启发是什么？以下，是量子物理学家、中国科学院院士潘建伟作为评议嘉宾的发言实录。

从整个人类的文明史上面来讲，我觉得杨先生应该是人类历史上最伟大的科学家或者说物理学家之一。大家知道，杨先生不仅在粒子物理学，在统计物理和凝聚态等领域都做出了里程碑式的贡献。

下面我从几个方面——杨先生在治学方面对我的影响、杨先生在为人方面对我的影响、他对祖国深厚感情方面对我的影响，给大家做一个分享。我觉得杨先生有一个让我感受特别深的事，你学问要做得好，非常重要是要找到适合自己的、同时也是正在快速发展的方向。所以正如他在回忆当中所讲的，他是在1938年被西南联大录取。他报考的时候其实他没有学过高中物理，他数学很好，当时他觉得化学很有意思，所以报考的是化学系。但他在准备入学考试的时候自修了物理，发现物理更有趣，更合他的口味，所以进入大学以后转到物理学。从这个角度给大家第一个我的感悟——要做一个比较好的事情，最好要找到适合自己，自己感兴趣的事情，当然我后面会讲为什么要找正在快速发展的方向。其实这是贯穿了杨先生一生。

到了1945年的时候他去美国留学攻读博士学位，在费米的推荐下，他先跟爱德华·泰勒攻读博士学位。但是杨先生刚刚去的时候，他特别想做的是实验物理研究，因为他当时认为总得回到中国去，理论物理没什么用，中国需要的是实验物理。正因为这方面的原因，所以在1946年的时候费米就推荐杨先生到芝加哥大学的核物理研究所，阿里森的实验室做博士论文。非常有意思的是，杨先生后来发现自己实在不太擅长做实验，所以到1948年的时候，他终于算是接受了泰勒的建议了，专心从事理论物理研究了。我愿意说的是，这是理论物理学的幸运。正因为这样他做选择适合自己做的事情，所以取得非常重要的成果。

杨振宁在西南联大的学籍卡

杨先生1946年出国，1948年已经完成博士论文。1949年的时候，在芝加哥大学听到了奥本海默关于量子电动力学重整化的演讲，产生了去普林斯顿高等研究院工作的想法。但是等他到了普林斯顿后，并没有研究量子电动力学重整化的问题，因为当时主要问题都已被施温格、费曼、戴森等一些聪明人解决了。他认为要加入甚至开辟正蓬勃发展的方向才容易取得成果。正因为这样，赫尔曼·外尔提出的局域规范不变的思想，对杨先生产生了很大的影响。那么他到1954年的时候，利用局域规范不变性普遍性这个东西推广了麦克斯韦理论，把它发展到了非阿贝尔规范理论。

其实他这种想法不仅在自己的工作和研究当中践行，他指导青年学生的时候也是这么践行。比如他后来建议张首晟，他说你就最好不要做粒子物理，可能很多聪明人已经把工作都做完了，你要把聪明的头脑用在做凝聚态的理论，所以后来张首晟先生在凝聚态方面也做了很好的工作。

前面的工作介绍得太抽象，太难懂，但是杨先生讲过这么一句话，其实你听很多科普，可能没有完全听懂，甚至完全不懂，但是不要紧，慢慢地，它会对于你的整个价值观发生影响。所以杨先生讲，他中学的时候在图书馆借阅科普书，这些书给他很大的营养，尽管内容不完全了解，但是对于后来的研究之路的发展非常有帮助。他在西南联大的时候听过麦克斯韦方程的讲座，当时他才是大学一年级，还不可能完全了解。当时听了演讲之后，吸收到当时那种空气，对他后来的发展还是很有好处。在西南联大期间，他听了王竹溪先生的统计力学，陈省生先生的微分几何，吴大猷先生的量子力学和对称性原理，马世俊先生的量子场论等等。

为什么这一点对我的印象比较深刻，我首次见到杨先生是1992年6月，当时我在中科大念本科，我毕业论文已经做完了，然后也准备读研究生。那天科大正好要为杨先生庆祝70岁的生日，我们有一个学术报告会。我去得特别早，坐在第二排，非常巧的是，杨先生正好坐在我前面，这是我第一次近距离见到杨先生。他当时做的报告是关于长程序方面的，当然我那时本科刚毕业还是不能完全听懂的，但是我对杨先生当时讲的一句话印象非常深刻，对于你们年轻人来说，听这样的报告不一定马上就能有所收获，但也许在将来某个时刻，你会发现你以前听到的事情会影响你的一生。

1992年6月，杨振宁在非线性科学与理论物理学术报告会

正好后来这个事情就确实发生应验到我身上。1992年之后，杨先生觉得原子物理里面发生的玻色-爱因斯坦凝聚非常重要。所以他当时支持给南开的葛墨林先生一笔钱，在他每年举办理论物理前沿研讨会上，他说组织一些人跟年轻的学生讲一讲玻色-爱因斯坦的凝聚态实验。当时我别的全都记不住了，但对于说如何把一团冷原子给抓住，怎样能够让这些比较低温的原子不要跑掉，就好比现在有一个杯子里面装了原子，让那些热的原子蒸发，最后温度就冷却下来了，给我留下非常深刻的印象。后来成为我主要的研究方向，我当时92年听到杨先生长程序相变，在95年他让葛墨林先生给我们讲了这些东西之后，后来基于冷原子的量子物理和量子信息的研究，就成为我从92年以来30年的一直研究的方向，当时对我的影响非常深刻。

所以后来我进入量子信息的领域，最开始从事的是光量子信息研究。用光子来做量子信息处理有很多好处，但是光子飞行得太快了，每秒钟30万公里很容易就飞掉了。你要进行信息处理需要能够将光子存储一会儿，以后需要用的时候再把它的状态提取出来。这里面正好需要用到冷原子里面的很多技术。所以后来慢慢地我就为了把光子存起来，就去做了冷原子，然后做冷原子之后我又做了超冷原子，做了超冷原子就和之后杨先生在90年代提到出的凝聚态里面的工作有很大关联了。所以时至今日，超冷原子量子模拟这个方向一直是我工作的重要内容之一，这是杨先生对我治学方面对我的影响。

另外一点也很重要，你治学的鉴赏力有没有明显的taste，在治学的过程当中，你的鉴赏力有没有一个明确的taste，或者说你喜欢吃什么菜，有的人喜欢吃酸菜，有的人喜欢吃浙江菜对吧？所以杨先生讲，他说一个做学问的人，除了学习知识之外，还要有你的一个taste，这个词不太好翻译，有的翻译成品味、喜爱。一个人要有大的成就的话，就要有相当清楚的taste。所以他认为他在西南联大7年，对他一生最重要的影响，就是他对整个物理学的判断已经形成了他个人的taste。

他还举过一个例子。他当时在纽约州立大学石溪分校的时候，他有几个非常年轻的、非常聪明的学生，跟其中一位谈话之后，杨先生发现他什么都懂，他什么东西都能算，他非常聪明。当时杨先生问他几个量子力学的问题，他都能会回答，但是又问他哪个问题你觉得最妙，这个学生讲不出来。杨先生就觉得这个学生在后续的发展当中会“有点问题”。这个例子对于我个人来讲印象非常深刻，因为我在大学的时候，我觉得其他所有课都是比较顺的。唯独就是量子力学，因为我一开始学就糊涂了，就觉得量子叠加、量子纠缠怎么这么奇妙。后来我做本科论文的时候，我决定我要把量子纠缠搞得更加清楚，但是还是没搞清楚。后来硕士的时候，我希望能够把量子纠缠理论做一个系统性梳理，后来做实验过程当中我也一直沿着这个方向做下去。

对于我个人来讲，对于杨先生来讲，对称性是一个非常美的东西，这是杨先生物理生涯的主旋律，对于数学和物理之美的遵循，贯穿了他的整个科学生涯。他曾经讲到，他有他自己的兴趣、品位、能力和历史背景。如果有人问他，他的总体研究方向是什么？他说他对物理学里面的对称性的作用是最感兴趣的。现在大家都承认他在对称性方面、在好几个方向都做出了奠基性的贡献，不仅包括宇称守恒、规范场理论，甚至他后来把它推广到凝聚态里面去工作，体现了他的这样一种taste。

我们常说，君子有三立，杨先生说立德，立功、立言。下面我给大家分享一下杨先生在立德和为人方面对我的影响。2004年我们中国首次实现了五光子纠缠，当时就入选了英国和美国物理学会评选的年度物理学的十大进展。所以到2005年3月，杨先生对这个工作比较感兴趣，他就让朱邦芬老师找我去给他介绍一下，所以后来到了3月份的某一天，我在清华在他的办公室给他大概讲了一个上午。我当时怕他比较累，我说我是不是讲短一点，他说没有问题。讲完以后，他说我最近刚刚结婚了，你知不知道？我说我知道。然后他说你到我家里去吃个饭，后来我们就一直交谈了很长时间。1992年的时候我第一次见到杨先生，只是坐在杨先生后面，不敢说话。2005年这一次是我第一次和杨先生面对面交流。杨先生的大脑看起来跟我们年轻人一样，思路非常清晰，而且对新鲜事物充满好奇。后来临别的时候，杨先生还把我叫到他的办公室，鼓励我尽早全职回国工作。

后来，2009年，杨先生在接受一家香港媒体采访的时候说，现在超冷原子有望率先实现可扩展量子模拟的物理体系，是一个最红的领域，这个领域还要高速发展。50年代可以说理论走在前面，现在则是实验带着理论走。所以在杨先生的鼓励之下，通过多年的技术积累，我们从2016年开始，我们在超冷原子量子模拟方面已经成为走在国际前列的研究团队之一。

潘建伟和导师塞林格

除了在研究学术上对我的指引之外，我还有一点感受特别深的，是杨先生他对我个人的关爱。我回国之后，开展光量子信息实验研究，其实就已经和我在奥地利留学时的老师，也就是去年获得诺贝尔物理学奖的塞林格，形成了一定程度的竞争，后来甚至和他之间产生了一些误会，对我们的国际合作带来了一些困扰。杨先生在2005年去日本的时候，了解到了解到这一情况，就专门把他请到中国清华来访问，借此机会协调我和塞林格的关系，一起吃饭，后来拉我一直和塞林格保持非常好的合作关系。所以我觉得杨先生不仅关注我的学术成长，还关心学生，他是孔孟的遵循者。

2018年，在杨先生鼓励下，我们把墨子号卫星的载荷初样鉴定件捐给国家博物馆。杨先生在致辞的时候说，我们这一辈人总是盼望着中国天亮，现在看到中国的科技走到前沿之后，终于看到中国的未来有无限的可能。所以，杨先生给我们最大的教诲是对国家有着深厚的感情。

最后，我以这一篇杨先生自己写的《归根诗》来祝愿杨先生健康长寿：

昔负千寻质，高临九仞峰。

深究对称意，胆识云霄冲。

神州新天换，故园使命重。

学子凌云志，我当指路松。

千古三旋律，循循谈笑中。

耄耋新事业，东篱归根翁。

人类最大的梦想就是理解我们的宇宙，而杨振宁像一个孩子一样，看到了宇宙的精妙之美——接下来，是理论物理学家、中国科学院院士蔡荣根作为评议嘉宾的发言实录。

以下为蔡荣根演讲实录

*发言内容仅代表主讲人观点

杨先生是物理学大师，根据我的能力和见识是远远不能点评我们杨先生的。我想利用这个机会简单地介绍一下杨先生跟中科院理论物理所的最近几年的交往，以及杨先生对二十一世纪物理学的展望。

2015年，中科院理论物理所召开纪念广义相对论诞辰100周年研讨会，邀请杨先生做报告。杨先生是物理学大师，在理论物理的许多方面，在粒子物理、量子场论、统计物理、凝聚态物理、冷原子物理，数学物理等许多方面，都做出了具有开创性的工作。当然他最大的成就，我们知道他是诺贝尔物理学奖获得者。我也特别喜欢杨先生的这句话，他说：我一生最重要的贡献，是帮助改变了中国人自己觉得不如人的心理，帮助中国人的自信心增强了。

杨先生是我们中国人中第一个诺贝尔奖获得者，确确实实是极大地提升了我们中国人的自信心。杨先生跟我们理论物理所的交往是非常多的，我介绍一下杨先生这些年跟理论物理所的一些交流。2019年5月15日，杨先生来到理论物理所，参加周光召院士从事科学事业65周年学术思想与科学精神研讨会，杨先生发表了一个精彩的演讲。杨先生回忆起从上世纪50年代开始与周光召交往的过程。50年代我们周光召老师，在杜布纳核子联合研究所做研究，三年的时间内发表了21篇粒子物理方面论文，做出了许多重要的工作。在那个时候，杨先生是做粒子物理的，当然注意到了这样一个国际理论物理学界冉冉新起的一个新星。杨先生说周光召是个绝顶聪明的理论物理学家，他对理论的看法既能从大处看，又能在小的地方想出办法来，这就跟下围棋一样，既有布局的能力又要有想法的能力。

杨振宁（右一）和周光召（右二）

2018年我们理论物理所成立40周年，杨先生也很高兴地参加了我们理论物理所的庆典活动。杨先生在讲话中热情地讲述了他与理论物理所科研人员的友谊。他说：在国内许多研究所中，与他的关系最深的就是理论物理所，对于理论物理所的彭桓武先生、周光召先生、何祚庥先生、戴元本先生都非常熟悉。他说最近几年虽然没有常来，但一直关注理论物理所的动态。他希望理论物理所要弘扬过去的优良传统，为理论物理的新天地作出新贡献。他指出，理论物理所有非常优秀的年轻人，希望在选择新方向，新题目方面做得更好，为理论物理的发展作出新的贡献。

2017年是我们何祚庥先生从事物理学研究70周年，也召开了一个研讨会。杨先生也非常高兴参加了这个活动。他在演讲中说，“德”在中国知识分子和西方知识分子中的作用和地位是不一样的。杨先生在前面的视频里面专门讲到“德”这个问题，我想这是杨先生一直深刻思考一个命题。

杨先生跟理论物理所渊源很深。中科院理论物理所成立于1978年，成立之后大家都在思考怎么办好理论物理所。杨先生给予了很大的帮助。1980年理论物理所派出了一个5人代表团，去访问了美国的许多大学的理论物理研究机构，包括杨先生那里。

21世纪物理学应该是怎样的？杨先生说20世纪的理论物理学的主旋律是量子化、对称性和相因子。他说，21世纪物理学被各种应用问题主导，缺乏诗意和哲学品质，基础革命性突破应该来自于天文物理学这个交叉领域。

杨振宁

让我们回顾一下19世纪末的物理学，那个时候经典物理学，力热电光四个经典物理学已经完全建立起来。所以1900年当时在英国物理学界最权威的汤姆森在皇家学会的新年致辞中，发表了题为“笼罩在热和光的物理理论上的19世纪之乌云”的演讲。他认为物理世界晴空万里，物理理论可以解释一切物理问题，唯有两个小问题有待解决，那就是以太理论和黑体辐射的理论解释。大家知道这两朵乌云催生了二十世纪物理学的大发展。

迈克尔孙和莫雷的实验证明以太理论的破灭。我们都知道，波的传播需要媒介。譬如我在这里讲话大家能够听到是因为声音是通过空气的振动传播过来的。那么电磁波的传播靠什么传播的？当时以为是有个“以太”，但是迈克尔孙和莫雷的实验证明，以太是不存在的，任何方向上光的传播速度都是一样的，证明以太是不存在的。这个催生了相对论，1905年爱因斯坦提出了相对论。另外一个就是黑体辐射，用经典理论来解释黑体辐射，在波长很短的地方能量是会发散的。这一点是跟实验观测是不符的。所以普朗克提出了量子的观点。他认为能量辐射是一份一份的，不连续的。这开启了量子论，后来在20年代建立了量子力学。20世纪物理学的最大成就就是建立了相对论和量子力学。

20世纪我们称之为物理学的世纪，我们现在所谓的高科技都是在20世纪物理学这个理论物理的科学革命之后催生出来的，这些高科技的背后理论就是量子力学和相对论。1905年爱因斯坦提出狭义相对论，在1915年推广到广义相对论。狭义相对论和量子力学的结合，催生了量子场论的发展。这是我们描述微观物质结构的一个理论框架。基于这个，科学家建立了粒子物理标准模型，在这里面杨-米尔斯场理论是建立这个标准模型的基石，没有杨-米尔斯场理论就没有所谓的粒子物理标准模型，所以杨-米尔斯场理论这是非常重要的。

我们现在物理学有两个标准模型。在物理学上就我所知只有这两个模型被称为标准模型的。一个叫做粒子物理标准模型，它把强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用统一起来。这个模型是非常成功的模型，大家知道微观物质有三代夸克，三代轻子。传播相互作用的粒子叫波色子，像弱电相互作用的W正负粒子和Z零粒子。传播电磁相互作用的是光子，传播强相互作用是胶子。产生这些粒子质量的叫希格斯粒子，这也就称为上帝粒子。这个2012年也在欧洲的大型强子对撞机上发现了。到目前为止这个模型是非常成功的。这是描述物质微观结构的一个模型。描述宏观的宇宙的模型叫做宇宙学标准模型。

我们自然界中有4种基本相互作用，尽管引力相互作用是最弱的，但是它统治了宇宙的演化，所以要理解宇宙的起源、演化和它的命运。我们必须对引力的本质有一个深刻的认识。

从上世纪98年以来，我们基本上有建立这么一个宇宙学框架。我们大家都听说过热大爆炸模型，事实上热大爆炸模型前期还需要给定一个初始的条件，那个叫爆胀，这是1981年A.Guth等提出来的。

现在的宇宙主要是由暗物质和暗能量所主导的，前面这个粒子物理标准模型中的物质只占我们宇宙当中的5%的能量，大量的物质是暗的，看不见的，更多的能量成份是暗能量。暗能量跟暗物质有什么区别？暗物质跟普通物质一样，它是会成团的，而暗能量是均匀地分布在整个宇宙当中的。这个叫做宇宙学标准模型，我经常喜欢说这与其所说是一个模型，不如说是一个菜单。我们用这样一个菜单，就像炒菜一样，去跟实验观测结果去拟合是非常好的。但是什么驱动了宇宙暴胀？暗物质的性质是什么？暗能量的本质是什么？这些仍然是问题，我们并不知道。

那么，二十一世纪物理学到底会怎么样？我们看看二十一世纪这些年的诺贝尔奖的工作，有的是上个世纪提出的实验证明，有的是新的发现，比如说，2010年的诺贝尔是宇宙加速膨胀，这是1998年发现的。中微子震荡的发现、暗物质的存在表明我们的粒子物理模型是不完备的。这些问题对物理学提出新挑战。

特别是关于引力，尽管1687年牛顿提出万有引力定律，到1915年爱因斯坦提出广义相对论，这是人类对引力本质认识质的飞跃。但是引力的本质仍是一个迷惑，仍是现代物理的基本问题之一。美国《科学》杂志，在2005年创刊125周年的时候，科学家提出了125个希望解决的问题，引力的本质就在其中。与这个问题相关的，比如说我们的宇宙是不是唯一的，什么驱动了早期宇宙的暴胀？因为暴胀是现代宇宙标准模型里面一个非常重要的成分，是跟观测相符的，但是理论上怎么解释还不清楚。黑洞的本质是什么？时间为什么表现跟空间不一样？这些都是125个问题里面的一些内容。21世纪的基础物理学最重要的科学问题有哪些？本世纪初，美国有一个国家研究委员会，有19名专家提出了11个问题。这里面大家可以看到的前面提到的暗物质，暗能量，宇宙是怎么开始膨胀的？引力的性质到底是什么？是不是就是爱因斯坦广义相对论？中微子的质量到底是多少？它的三代中微子的序到底是怎么样的？

湖心讲堂特别呈现•中国文化书院“汤一介当代学人讲座”第二讲

上个世纪宇宙学有两次大发现。第一次是1929年哈勃发现宇宙是膨胀的，而不是一个稳态的宇宙。哈勃发现河外星系都离我们远去，它们离我们远去的速度正比于距离，这个比例系数就叫哈勃常数。当时测出来是500公里每秒每百万秒差距。如果是这么大的话，那么我们的宇宙年龄可能50亿都不到，当然这是当时的观测精度不够造成，所以当时大家都不相信这个观测结果。随着技术的发展，现在哈勃常数为68左右，这个与跟其他观测是相符的，看上去非常好。但是最近的观测产生一个很大的问题。通过精确测量宇宙微波背景辐射，用标准宇宙学模型推算现在的哈勃参数是68左右。而根据临近的超新星测量，哈勃常数达到为74左右。这两者之间的差距越来越大，对不上了。这表明什么？要么我们的现在的标准宇宙学模型需要修改，要么我们测量的一些系统误差我们还不知道，作为我们做理论的而言，当然是希望是宇宙学标准模型需要修改。这里面蕴含着危机，也预示着一个新的机会。

人类最大的梦想就是想理解我们的宇宙，我们的宇宙是怎么起源的？它是怎么演化过来的，它的命运是什么？尽管我们有这样一个标准模型，有宇宙暴胀，有热大爆炸，有暗能量，有暗物质，用广义相对论，加上量子场论的知识，来描述整个宇宙137亿年的演化历史。但是这个“菜单”里面的几个成分都是有待验证的。我刚才讲了，我们还没有办法从基本理论来构造一个暴胀模型，暗物质到底是什么不知道，暗能量的性质不知道。广义相对论在整个宇宙137亿年演化的历史上是否成立，我们也不知道。

以前我们探索宇宙的奥秘主要是靠电磁辐射。我们知道2016年引力波也被发现了。电磁辐射加上引力波，加上高能中微子和宇宙线，我们探索宇宙的手段越来越丰富了。现在宇宙学研究进入所谓的多信使时代。在这样一个多信使天文学时代，通过不断的高精度的实验观察，加上理论的研究，对宇宙学里面的这些基础科学问题给出一个答案。我相信这也是杨先生说的21世纪的基础物理学的革命会在这个天文基础物理学这样一个交叉领域里面发生。