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巨星隕落!李政道97歲傳奇人生落幕,曾與楊振寧獲諾貝爾物理學獎

2024-08-07科學

編輯:編輯部

【新智元導讀】 物理學巨匠、諾獎得主李政道教授因病醫治無效,於8月4日逝世,享年97歲。在他車載鬥量的學術成果中,聯手楊振寧憑借「宇稱不守恒定律」,摘下了物理學桂冠。一個時代巨星隕落,網友們紛紛緬懷送別大師。

一代巨星隕落!

8月4日,諾貝爾物理學獎得主,著名華裔物理學家李政道教授,突發離世,享年97歲。

返樸官微最先釋出這一訊息,並得到了多方面的證實。

一時間,李政道逝世沖上了熱榜。

他的一生,在粒子物理理論、原子核理論、統計物理等領域,做出了無可替代的巨大貢獻。

當他證明宇稱不守恒定律時,年僅30歲。1957年獲得諾貝爾獎時,也年僅31歲。

各路大佬紛紛發文緬懷,送別這位物理學大師。

師從物理泰鬥,首提創辦「少年班」

1926年11月24日,李政道(Tsung-Dao)出生在上海市的一個名門望族家庭。

不得不提的是,他自幼對數學和物理有著獨特愛好,4歲時開始便開始學認字和心算加減法。

他的大部份教育都在上海完成,1943年-1944年間,他在貴州省就讀於國立浙江大學。1945年,他在雲南省昆明就讀於國立西南聯合大學。

1946年,李政道年僅20歲,被西南聯大物理學教授吳大猷舉薦去美國攻讀研究生,彼時的他,還只是一個大二水平的學生。

三年後,在物理泰鬥費米的指導下,李政道在芝加哥大學完成了博士論文,主題是【白矮星的氫含量】。

在之後的采訪中,李政道回憶起那段日子,「費米在自己學業指導中,非常有耐心,而且還是他第一位專攻理論研究的學生」。

而且,他們幾乎每周都要坐在一起單獨討論半天,涵蓋了物理學幾乎所有的領域。

在此期間,李政道也完成了一個很重要的發現——預言W玻色子的存在,並且弱交互作用扮演了重要角色。

博士畢業後,受馮·諾依曼邀請,李政道去了普林斯頓高等研究院。也正是在這段時間,他遇到了自己妻子秦惠䇹。

1952年,26歲的李政道發現了統計物理中重要定理,即李-楊定理。當時,愛因史坦得知這一工作後頗感興趣,便邀請他與楊振寧前去討論。

1954年,李政道再次提出了量子場中少有的可解模型——李模型。

直到1956年,他聯手楊振寧提出了著名的宇稱不守恒定律,讓人們對物理學中對稱性有了新的理解。

隨後,第二年,31歲的李政道獲得了諾貝爾物理學獎,成為有史以來第二年輕的諾貝爾獎得主。

(最年輕的是Lawrence Bragg爵士,他在1915年與父親共獲物理學獎,年僅25歲)。

隨後,李政道迅速成為廣為人知的科學家,特別是在基本粒子、統計力學、場論、天體物理、凝聚態物理和亂流等領域,他解決了許多長期存在且極其復雜的問題。

就連歐本海默對他盛贊道,「他是當時最傑出的理論物理學家之一,所做研究具有非凡的新穎性、多才多藝和風格」。

在研究之外,1950年至1953年間,李政道曾耶基斯天文台、UC柏克萊、普林斯頓的高等研究院擔任研究助理和講師。

他在1953年,正式加入哥倫比亞大學,擔任助理教授。1955年晉升為副教授,1956年晉升為教授。

值得一提的是,29歲的他,成為哥倫比亞大學歷史上最年輕的教授。

另外,1974年李政道回國後,有感於國內情形,撰寫一份培養基礎科學人才的建議書,成為中國科大「少年班」創辦重要理論依據。

此外,李政道巨佬一生獲得的眾多獎項和榮譽包括:

艾伯特·愛因史坦獎、伽利略·伽利萊獎章、G. Bude 獎章、科學和平獎、中國國際合作獎、紐約市科學獎、紐約科學院獎、義大利功績大軍官勛章等。

他還獲得了來自全球三十多所大學的榮譽博士學位、榮譽教授等職位。

李政道還是美國國家科學院、美國藝術與科學院、美國哲學會、義大利國家科學院、中國科學院、第三世界科學院和教皇科學院的成員。

第二年輕的諾獎得主

獲獎理由:「因其對所謂宇稱定律的深入研究,導致了對基本粒子的重要發現」

長期以來,物理學家們假設自然界遵循各種對稱性。他們假設在一種「映像世界」中,左右顛倒、物質被反物質取代後,物理定律依然適用。然而,在1956年,某些基本粒子的衰變引發了對這些定律平等性的質疑。

李政道和楊振寧提出了一種理論,認為弱交互作用違反了左右對稱性定律。他們透過測量鈷同位素在β衰變過程中電子的運動方向,這一理論得到了證實。

弱作用下宇稱不守恒

宇稱是一個量子力學量,只能取1或-1。在量子力學中,粒子用波函式表示。在空間反演下(x → -x, y → -y, z → -z),如果波函式不變,則該粒子的宇稱為正;相反,如果變換後的波函式與原來差一個負號,則該粒子的宇稱為負。

一個系統的總宇稱,等於該系統內各粒子宇稱之乘積再乘上軌域宇稱。宇稱守恒定律,是指在交互作用下,作用力前後的粒子系統總宇稱不變。

1956年前的物理學界公認,在任何一種交互作用下,宇稱都是守恒的。然而,50年代初從宇宙射線中觀察到的兩種新粒子——θ和τ,卻動搖了這種認知。

θ和τ有完全一樣的壽命和品質,衰變前後這兩個系統的軌域宇稱都為正;但前者衰變為2個π介子,宇稱為正,後者衰變為3個π介子,宇稱為負。

只有兩種可能的解釋,要麽堅持宇稱守恒定律,但要解釋為什麽性質如此相同的θ和τ是兩種不同的粒子;要麽確認θ和τ是同一種粒子,這就意味著要推翻宇稱守恒定律。

李政道和楊振寧在1956年發表的「弱交互作用中的宇稱守恒質疑」正是回答這個困擾物理學界的τ-θ之謎。

他們發現,宇稱守恒定律雖然在強交互作用領域確有嚴格證明,但在弱交互作用中未得到過真正的實驗驗證。

τ-θ之謎的解答需要在問題之外尋找,如果弱交互作用的宇稱不守恒確為普遍性原理,那麽在其他實驗中,比如極化核的β衰變的過程也應該觀察到。

根據這篇論文,華人物理學家吳健雄和美國國家標準局科學家E. Ambler等人合作,用簡潔明了的實驗驗證了他們的猜想,而且使用的正是極化鈷60原子核β衰變實驗。

實驗證據表明,弱交互作用過程中宇稱守恒定律不成立。

一項大獎,兩樁公案

李政道與楊振寧這兩位物理學家共獲諾貝爾獎,無疑是華人學界的驕傲與榮光。但圍繞著這個獎項,多年來的各種爭議也從未平息。

首先,作為實驗物理學家,吳健雄的實驗結果對李、楊兩人所提定律的證明功不可沒,卻未能得到諾貝爾獎應有的認可。不僅沒有獲得獎項,甚至諾貝爾基金會的新聞稿中也沒有提及她的貢獻。

理論的發展具有巨大的科學意義,但只有得到了可觀測數據才能證實、驗證或反駁一個理論。

富比士雜誌曾經發文章表示,「這是諾貝爾獎歷史上最大的不公正」。

此外,李政道與楊振寧這兩位親密摯友也從1960年代開始逐漸分道揚鑣,甚至最終決裂,成為華人學術界的憾事。

關於他們個人關系分裂的原因,李楊雙方偶有公開敘述,然而各有說辭,令外界對真實原因依然不得而知。

李政道在1986年撰寫的「破缺的宇稱」一文中,對於二人關系有生動的比喻:

「兩個孩子十分好奇,他們肩並肩向著光跑去。有的時候一個在前面,有的時候另一個在前面。像競賽一樣,他們竭盡全力,跑得越來越快。他們的努力和速度使他們兩個非常激動,忘掉了一切。」

「他們發現了黃色帝國的寶庫。他們的這項功績使他們獲得了重獎,深受人們的羨慕。他們名揚四海。」

「多少年過去,他們老了,變得愛好爭吵。記憶模糊,生活單調。其中一個決定要用金子鐫刻自己的墓誌銘:『這裏長眠著的是那個首先發現寶藏的人。』另一個隨後說道:『可是,是我開啟的門。』」

此外李政道還說:「我和楊的合作在二十多年前結束了。它的價值,不需要更多的說明,就如我們已發表的科學論文所表現出的那樣,經得起時間的考驗。」