導讀
我以前經常講，外國的年輕科學家如果發現楊振寧和李政道還活著，可能會大吃一驚，因為在他們看來，這兩位 1957 年就獲得諾貝爾獎的、教科書上的人物，似乎應該是上一個時代的人。現在這個時代結束了，李政道先生心心念念的努力已經結出了碩果。中國已經擺脫了積貧積弱，強盛起來，科學事業還需要我們更多的投入。李政道先生已經度過了偉大的一生，細推物理須行樂，何用浮名絆此身。
2024年8月5日，驚悉偉大的物理學家、中國最早的諾貝爾獎獲得者李政道先生去世，享年98歲。李政道先生早已成為傳奇，激勵了一代又一代學子。他對我、對我的很多朋友以及對整個中國科技界，都有巨大的影響和幫助。因此我不揣冒昧，努力向大家介紹一下李先生的貢獻，尤其要介紹一些獨特的、從我的視角看到的事跡。
李政道先生在黑板前
這裏最獨特的，就是我跟李政道先生的個人聯系。我並沒有當面見過李先生，但李先生的次子李中漢 （Stephen Lee） 是康奈爾大學化學系教授，他就是我的博士後導師之一。從李中漢老師那裏，我聽到了不少他父親的有趣故事。
李中漢
2021年，我為李政道先生的科普書釋出做過介紹報告。令我十分意外的是，李先生後來竟給我發來賀年片表示感謝。這是我收到的最榮幸的禮物。
李政道給袁嵐峰的賀年片1
李政道給袁嵐峰的賀年片2
李政道給袁嵐峰的賀年片3
這些故事我們後面再詳細說，下面先簡略介紹一下李政道先生的生平。
李政道先生1926年生於上海，1944年至1946年先後就讀於浙江大學和西南聯合大學，1946年獲國家獎學金赴美留學。李中漢老師跟我說過，當時中國的國民黨政府派他們出去，其實是想讓他們學習造原子彈。但美國根本不想讓其他國家掌握核武器，所以李政道只得改行，搞粒子物理。不過，一起去的朱光亞等人後來還是回到了國內，幫新中國造出了核武器。所以我對李中漢老師說，他們最終確實成功了，只不過換了一個政府！
1964年10月16日，中國第一顆原子彈爆炸
1950年，李政道在芝加哥大學獲得博士學位，時年24歲，比我獲得博士學位的年齡大一歲。這其實是他的第一個正式學位，以前由於戰亂，他的小學、中學、大學文憑從來沒有拿到過！李政道的博士導師，是意大利科學家、1938年諾貝爾物理學獎獲得者恩裏科·費米 （Enrico Fermi，1901 — 1954） 。
恩裏科·費米
楊振寧先生也是在芝加哥大學讀的博士，1948年獲得博士學位。不過他的導師不是費米，而是匈牙利科學家、美國氫彈之父愛德華·泰勒 （Edward Teller，1908 — 2003） 。
愛德華·泰勒
因此，他是李政道廣義的師兄，不是狹義的師兄。從那時開始，開啟了兩人卓有成效的合作。
年輕時的楊振寧與李政道
1957年，楊振寧和李政道因為發現宇稱不守恒，榮獲諾貝爾物理學獎。這是大多數人都知道的，可以說任何受過教育的中國人，應該都聽說過。
李政道、楊振寧獲諾貝爾物理學獎
這對我和幾代人來說，都發揮了巨大的激勵作用：中國人不是不擅長搞科學，中國人一旦認真去搞科學，完全可以站上頂峰！單憑這一點，李先生和楊先生就已經達到了不朽。
但下一個層面的問題是，任何人只要稍微有點好奇心，都會問：宇稱不守恒究竟是什麽意思？這可就難了，恐怕99%的人都搞不明白。
我對此有一個詳細的介紹。那是在2021年，李政道的科普代表作【對稱與不對稱】重新出版，在上海交通大學李政道圖書館舉行了一場隆重的釋出儀式。
李政道【對稱與不對稱】新書釋出會
我做了一個報告【 物理學與美學的頂峰相遇——李政道先生思想的星辰之光 | 袁嵐峰 】，並現場回答了上海交大同學們的問題。上交的同學們確實十分優秀，提的問題都非常有思考。
袁嵐峰的報告【物理學與美學的頂峰相遇——李政道先生思想的星辰之光】
袁嵐峰回答同學的問題
我這個演講比較長，但我相信，任何人聽了以後，都會對李政道先生的科學成就和思想獲得深入的了解。因此，下面我就基本重新講一次這個報告。
其實，宇稱不守恒的意思可以用一句話解釋，就是定義絕對的左右。
左右映像
這話是什麽意思呢？讓我們想想，我們平時是怎麽定義左右的。其實最常用的定義就是：左手在左邊，右手在右邊。但是稍微一想就會發現，這是個迴圈定義，根本沒有解決任何問題。這個迴圈定義居然能夠奏效，是因為我們可以跟小朋友面對面地交流，拿著他的胳膊說，這個是左邊，這個是右邊。但如果不能見面，單憑語言交流，你就會發現定義左右是個非常困難的任務。
不要說是對小朋友了，即使是對成年人，分清左右也不是總能做到的。經常有人在跳舞或者軍訓的時候順拐，這就是分不清左右的典型表現。
軍訓順拐
當然，你可以說，人的心臟在左邊，至少是大多數人的心臟在左邊。這個定義比「左手在左邊」好多了，但請仔細想想，這真的是一個本質性的定義嗎？
人的心臟位於左邊
其實並不是。因為你可以想象一個鏡中世界，其中每一個人、每一個物體以至每一個分子的左右方向都是跟我們相反的。這個鏡中世界的人能不能存活呢？回答是可以，因為他並沒有違反任何物理規律。
這就觸及到了問題的實質：物理規律的左右對稱。所謂人的心臟在左邊，只是一個偶然的現象，而不是物理規律。我們相信，在這個不對稱的現象背後的物理規律仍然是左右對稱的。也就是說，鏡中世界的所有現象跟現實世界的所有現象同樣地可以成立。
你向著鏡子揮舞左手，鏡中的人向你揮舞右手，兩者同樣符合物理規律。你無法分辨哪個是真的，哪個是映像。甚至可以說，你無法確認你現在是在真實世界裏面，還是在映像世界裏面。兩者是同等合理的，你無法分辨自己是在哪個裏邊。
這就像伽利略提出的相對性原理：如果你在一條勻速直線運動的大船裏面，你不向外看就不可能知道這條船是靜止的還是運動的，因為你看到的所有現象都跟靜止的船一樣。如果在船裏放一碗水，你看到的就是水面保持水平，而不是水面起伏不定。如果你在手裏握一個球，然後松手，你看到的就是這個球落到正下方，而不是落到後面去。總之，一切都跟靜止的船一樣。
伽利略相對性
這種不可分辨性，使我們無法定義絕對的靜止。同樣，真實世界跟映像世界的不可分辨性，使我們無法定義絕對的左右。如果一個現象的映像跟它滿足同樣的物理規律，即這個現象無法區分左右，那麽我們就說這個現象是宇稱守恒的。
廣而言之，每一種對稱性都會導致某些物理量無法定義，同時導致某些物理量守恒。【對稱與不對稱】這本書的附錄A裏舉了好幾個例子，列了一張表。例如，空間平移的對稱性導致不可定義絕對的位置，由此導致動量守恒定律，這就是剛才說的伽利略相對性。又如，時間平移的對稱性導致不可定義絕對的時間，由此導致能量守恒定律。空間轉動的對稱性導致不可定義絕對的方向，由此導致角動量守恒定律。
物理學中對稱性的例子（【對稱與不對稱】表A.1）
跟我們當前最相關的是，空間反射的對稱性導致不可定義絕對的左右，由此導致宇稱守恒定律。這話實際上只是告訴大家，存在宇稱 （parity） 這樣一個物理量，還沒有說它是怎樣定義的。宇稱這個物理量的定義，我們留到後面解釋。
如果你理解到這一層，你的知識水平就超過了90%的人。
李政道先生在這本書裏，舉了一個有趣的例子。設想有兩輛汽車，造得一模一樣，唯一的區別就是左右反轉。我們把這兩輛汽車稱為……不是稱為a和b，而是稱為b和d，因為b和d互為映像。請問，這兩輛汽車的效能是不是完全一樣呢？
兩輛除互為映像外造得完全一樣的汽車（【對稱與不對稱】圖5.1）
常識的回答當然是，完全一樣。然而驚人的答案來了：它們可以不一樣！這就是宇稱不守恒。
具體而言是這樣：如果這兩輛汽車用到的全都是常規的物理原理，也就是我們平時用到的內燃機、電池等等，那麽它們的效能確實會完全相同。但如果用到了一種超越日常生活的物理原理，即所謂「弱相互作用」 （weak interaction） ，那麽它們就會出現區別。
哎，弱相互作用是什麽意思？現在我們需要講一下基本作用力，弱相互作用就是其中的一種。
如果問，世界上的力有多少種？那當然可以數出很多，簡直無窮無盡。但如果問，基礎的力有多少種？那就變得屈指可數了，因為很多種平時見到的力是可以合並的，它們都是同一個來源。例如，化學反應中涉及的力其實全都是電磁力 （electromagnetic force） ，因為化學反應中發生的就是電子的重新排布，這是由原子核與電子、電子與電子、原子核與原子核之間的電磁力驅動的。
經過這樣的合並之後，基本的相互作用就只剩下了三四種。到底是三種還是四種呢？常見的說法是四種，而這本書裏說的是三種。常見的說法四種指的是：強相互作用 （strong interaction） 、電磁力、弱相互作用和萬有重力 （gravity） 。而這本書裏把電磁力和弱相互作用合並稱為電弱相互作用 （electroweak interaction） ，所以只有三種。這是因為在四種的基礎上，物理學家們又提出了一種理論，把電磁力和弱相互作用統一了起來。
粒子物理的目前狀態（【對稱與不對稱】表16.1）
現在人們還在嘗試再把強相互作用和電弱相互作用統一起來，也就是把重力之外的所有作用都統一起來。這叫做大統一理論 （grand unified theory） ，目前還沒有成功。還有人在嘗試把包括重力在內的所有相互作用都統一起來，這個目標就更加宏大了，當然離成功就更遠。公眾經常聽說的超弦理論 （superstring theory） ，就是這些嘗試中的一種。
下面，我們簡單地解釋一下這四種相互作用。
四種基本相互作用
強相互作用就是把質子 （proton） 和中子 （neutron） 結合成原子核 （atomic nucleus） 的力。大家都知道，原子核是由質子和中子組成的，中子不帶電，質子帶正電。質子與中子統稱核子 （nucleon） 。這些帶正電的質子之間離得這麽近，它們之間肯定有很強的靜電排斥力。但原子核居然沒有炸開，而是緊密地結合在一起，這說明什麽？說明核子之間肯定有更強的吸重力，克服了靜電排斥。這種更強的吸重力就是強相互作用，或者稱為核力 （nuclear force） 。它的強度比電磁力高兩個量級。
值得一提的是，在強相互作用的層面上，質子跟中子是完全一樣的。也就是說，質子跟質子之間、質子跟中子之間以及中子跟中子之間的強相互作用都相等。所以對於核力而言，重要的只是核子這個統稱，而不需要區分質子和中子。
然後是電磁力。其實我們日常生活中用到的幾乎所有的力都是電磁力，除了萬有重力之外。因為我們前面說了，所有的化學反應都來自電磁力，而人力、畜力等等都來自化學反應。至於家用電器的能量，那更是顯而易見來自電磁力。除非你用到了核電站，那是核分裂 （nuclear fission） ，或者氫彈，那是核聚變 （nuclear fusion） ，核分裂與核聚變都來自強相互作用。
然後是弱相互作用。這不是日常生活中常見的。如果一定要找一個跟日常生活最近的，大概就是醫院的Gamma刀手術，Gamma刀的γ射線來自Co-60的β衰變 （β decay） 。什麽叫做β衰變呢？
人們最初發現放射性的時候，把放出的射線分為α、β和γ三種。後來發現，所謂α射線就是He的原子核，即兩個質子加兩個中子；所謂β射線就是電子；所謂γ射線就是光子，只不過是很高能量的光子。所以，放出電子的核反應被稱為β衰變。
三種射線
電子的質素比核子小得多，β衰變的時候核子數沒有發生變化，只是一個中子變成了質子，原子核的電荷數增加1，同時放出一個電荷為-1的電子。因此在強相互作用的層面上，沒有發生任何變化。那麽是什麽導致了β衰變呢？就是弱相互作用。弱到什麽程度呢？比強相互作用弱13個量級。大家可以記住，只要一個核反應屬於β衰變，就涉及到了弱相互作用。
最後是萬有重力。它的強度簡直低得驚人，比強相互作用低38個量級。所以在其他任何一種力占主導的情況下，重力都是可以忽略的。但它最大的特點就是只有相加沒有相減，因此在宇宙尺度上，重力笑到了最後。
四種相互作用的相對強度（摘自楊振寧的諾貝爾獎演講， https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/ ）
好，介紹完了這四種力，請問，在確定左右方面其中哪種是特殊的？答案是弱相互作用，因為只有它是宇稱不守恒的。回顧一下前面說的互為映像的兩輛汽車，如果它們用到弱相互作用，比如說用Co-60的β衰變來打火，那麽它們的效能就會出現不同。
這當然不是一眼就能看出來的。下面我們來解釋，李政道和楊振寧是如何發現這一點的。
五十年代，人們發現有兩種粒子，當時稱為θ粒子和τ粒子，具有奇妙的性質。怎麽個奇妙法呢？搞不清它們到底是兩種不同的粒子，還是同一種粒子。一方面，它們的質素、電荷、壽命等等在實驗誤差範圍內完全相等，所以看起來它們應該是同一種粒子。然而另一方面，它們又有一項性質明顯不同，就是宇稱，因此它們又應該是不同的粒子。
現在我們需要說明一下，宇稱這個性質究竟是怎麽定義的。明白宇稱不守恒就意味著可以定義左右，這是第一層。明白宇稱本身怎麽定義，這是第二層。
我們在宏觀世界裏用的牛頓力學 （newtonian mechanics） ，在微觀世界裏幾乎是完全不適用的。要描述微觀世界，就必須用到一個更深入的理論，叫做量子力學 （quantum mechanics） 。量子力學中描述一個體系，用的是一種數學函數，稱為波函數 （wave function） ，它是關於粒子座標的函數。
當把一個體系中所有粒子的座標反號，即x變成-x，y變成-y，z變成-z，這時體系的波函數有兩種可能，一種是不變，另一種是變成自己的負值。為什麽只有這兩種可能呢？因為這樣的變換做兩次，不就回來了嗎？所有的座標先反號，再反號，就變回了最初的狀態。因此，變換兩次之後波函數必然復原。那麽變換一次的時候，波函數跟原來的關系必然就是乘以+1或者-1。
這個問題其實就是，已知
x 2 = 1，
問x等於多少。回答就是
x = ±1。
好，我們把x = +1的體系稱為偶宇稱，把x = -1的體系稱為奇宇稱。也就是說，波函數在所有座標反號時不變的宇稱為偶，波函數在所有座標反號時反號的宇稱為奇。有且只有這兩種宇稱。一個現象宇稱守恒說的就是，它不會改變體系的宇稱。原來是偶，那麽結果仍然是偶。原來是奇，那麽結果仍然是奇。
現在有趣的事情來了。人們觀測到，θ粒子會衰變成兩個π粒子，τ粒子會衰變成三個π粒子。這裏的π粒子是另一種粒子，已知它的宇稱是奇。
θ和τ粒子的衰變（摘自楊振寧的諾貝爾獎演講， https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/ ）
由此可以推出，θ粒子的宇稱是偶，因為它等於兩個奇宇稱相乘，負負得正；τ粒子的宇稱是奇，因為它等於三個奇宇稱相乘，三個-1乘起來還是-1。這樣看來，θ和τ不是同一種粒子。但前面我們剛說了，它們的質素、電荷、壽命等其他性質全都是相同的。那為什麽兩種不同的粒子又會如此相似呢？
這就是當時令物理學界困惑不已的θ - τ難題。如果你理解了宇稱是如何定義的，以及θ - τ難題是什麽意思，你的知識水平就超過了99%的人。
讓我們代入當時人的處境設想一下，假如你是李政道、楊振寧，你該怎麽辦呢？一般人的想法大概就是，這個現象很有趣，但它只是個巧合而已。不理它了，下一個。
如果你這樣做，你當然就不可能做出偉大的發現了。這就是偉大人物跟一般人的區別所在。偉大人物能夠敏銳地意識到問題，並且能夠透過直覺與周密的分析找到前進的方向。李政道和楊振寧註意到，宇稱守恒雖然是個常識，但這個常識並不是天經地義的。也就是說，它並不是個數學定理，而是個經驗事實，是可以透過實驗來檢驗的。
這是個石破天驚的想法。請大家仔細想想，1 + 1 = 2能不能透過實驗來檢驗？回答是不能，因為它是個數學命題。它的正確性來自自然數的定義，用專業語言說叫做皮亞諾公理體系，總之是一套邏輯建構，而不是經驗事實。
皮亞諾公理體系
我們有時候會給小朋友演示，一個蘋果和一個蘋果放在一起等於兩個蘋果，幫助他們記住1 + 1 = 2。但請仔細想想，如果一個蘋果和一個蘋果放在一起突然變成了三個蘋果，我們會說1 + 1 = 3嗎？不會的，我們會認為有人在變魔術，而不會認為1 + 1變成了3。
因為推理總要有個前提，1 + 1 = 2就屬於優先級最高的前提。我們總是在用它推出其他東西，而不可能用其他東西推翻它。我們甚至都無法想象一個1 + 1 ≠ 2的世界是什麽樣子，因為這必然導致自相矛盾。
作為相反的例子，「太陽從東邊出來」就是個經驗事實，而不是數學命題。它的可信度當然非常高，因為我們已經觀察到這個現象無數次了。但是，原則上我們總是想象一個太陽從西邊出來的世界，而不會導致自相矛盾。因此，這個常識是可以挑戰的，每天的觀察就是對它的檢驗。
了解了經驗事實與數學命題的區分之後，我們就明白了關鍵點：宇稱守恒是一個經驗事實，而不是數學命題。並沒有一個數學理論告訴我們，宇稱一定要守恒。因此，它是可以實驗檢驗的。
一旦想通了這一點，李政道和楊振寧就趕快開始研究以前的實驗證據。他們發現，對於強相互作用、電磁力和萬有重力，已經有充分的實驗證據表明它們都是宇稱守恒的。但對於弱相互作用，其實從來都沒有實驗認真研究過其中的宇稱是否守恒。人們只是出於慣性或者說惰性，天然地認為弱相互作用應該跟其他三個一樣，把這個當成預設的前提了。
打個比方，有四個人去過安檢。查了前三個人都沒問題，然後安檢員就覺得第四個人理所當然也沒問題，讓他混進去了。這時有人跳出來說，且慢，第四個人還沒查呢！結果仔細一查，——發現他帶了一串煙花爆竹。
——俺也一樣！
——不對，有一個不一樣！
李政道和楊振寧做的就是這件事，提醒大家檢查第四個人。首先他們猜測，弱相互作用中宇稱可以不守恒。這樣θ和τ就成了同一種粒子，這個矛盾就不存在了。然後為了證實這個猜測，他們需要提出一些判決性的實驗。這樣的實驗很明顯，用一個涉及弱相互作用的現象，例如Co-60的β衰變，看它們的產物是不是左右對稱。
李政道和楊振寧提出宇稱不守恒的論文【弱相互作用中宇稱守恒的問題】
很快，華人女物理學家吳健雄等人就做了第一個這樣的實驗。
吳健雄和θ-τ之謎的漫畫
這個實驗的難度很大，因為要用很低的溫度，把大量的Co-60原子冷卻起來，讓它們的磁矩同方向排列。把β衰變和低溫結合起來的技術，以前是不存在的。但吳健雄等人發揮了高度的創造性，開發出了這樣的技術，做成了這個實驗。實驗結果表明，產物確實是左右不對稱的。
吳健雄等證實宇稱不守恒的實驗（【對稱與不對稱】圖5.2）
上面這個圖是書中的圖5.2，我在很多其他地方也見過類似的圖。但這樣的圖缺乏文字標註，很難看明白它表達的是什麽意思。下面這個圖，就清楚多了。
吳健雄等證實宇稱不守恒的實驗詳細解釋圖
這個圖告訴我們，左邊給螺線管通電，產生一個磁場，使Co-60的核自旋順著這個磁場排列起來，然後觀察到大部份電子是向上走的，而不是向下走。右邊是左邊那個裝置的映像。如果宇稱守恒的話，大部份電子也應該從上面走，因為左右對換並不會影響上下。然而實際觀察到的是，右邊大部份電子從下面走了，這就破壞了宇稱守恒。
其實，電子發射存在一個優勢方向這本身就是驚人的，因為它可以用來確定左右，這已經足以說明宇稱不守恒了。比如說，在左邊，把你的左手四指彎成螺線管中電子流的方向，大拇指就會指向上方，這是電子發射的優勢方向。在右邊，螺線管中電子流的方向反向了，同時電子發射的優勢方向也反向了，所以它們之間仍然是左手的關系。因此，根據螺線管的方向和電子發射的優勢方向，就可以定義絕對的左右。
由此可見，假如宇稱守恒的話，電子發射就必然是上下對稱的，不偏向任何一邊。因此當吳健雄等人觀察到電子發射不是對稱的，他們就已經知道自己成功了。
這個方法可以用在一個假想的場景，就是向外星人解釋左右。假如我們跟一個遙遠的外星文明聯系上了，雙方可以通話，但不能見面，也不能寄個東西過去。這時我們就不能像教小朋友一樣，拿起對方的胳膊說，這邊是左，這邊是右。但是我們可以跟他們說，用Co-60做這樣一個β衰變的實驗，把螺線管與出射電子優勢方向之間聯系起來的就是左手，而不是右手。如果外星人精通物理學，他們就會去這樣做個實驗，然後恍然大悟：原來你們說的左邊就是這邊，明白了！
到這個層面，你就完全理解了宇稱不守恒是什麽意思，你的知識水平超過了99.9%的人。現在你能夠理解它有多麽震撼了吧？
一般諾貝爾獎從做出成果到獲獎，往往需要幾十年。但李政道和楊振寧卻是1956年提出宇稱不守恒，1957年即第二年就獲獎了，這個驚人的速度反映了這件事對物理學界的震動之大。所以李政道獲得諾貝爾獎的年齡是31歲，他是歷史上第二年輕的諾貝爾物理學獎獲得者，唯一比他年輕的是25歲獲獎的小布拉格 （William Lawrence Bragg，1890 — 1971） 。
在接受了弱相互作用中宇稱不守恒之後，下一步的問題自然就是：為什麽會這樣？對此的回答很簡單：不知道。
我們有很好的理論描述這個現象，就是電弱統一理論，現在經常叫做標準模型 （standard model） 。但這只是描述而不是解釋，所以弱相互作用中宇稱不守恒的原因現在仍然不清楚。
本書中提出了一種可能的解釋，稱為真空激發。基本意思是，真空並不空，它是有復雜結構的。單獨的物質體系不對稱，但加上真空以後，物質 + 真空的這個整體就是對稱的。
這個觀點有多大用處呢？李政道先生對它有個明確的評價：作為一種記賬手段，這樣寫總是可以的。然而，除非我們對於真空與物質的聯系有其他了解，我們怎麽能夠判定這個觀念是正確的，而不是一種同義反復呢？
李政道對真空激發理論的評價
我覺得，這是一個非常值得大家學習的思維方法。這段話裏最有趣的是「記賬手段」這個詞，也就是說，僅僅發明一種新的語言，並沒有帶來任何實質性的改變。許多人經常自以為提出了某種偉大的智慧，但其實毫無用處，就是因為他們不知道自己想到的只是某種記賬手段而已。偉大的科學家就具有這種反思能力，能夠意識到什麽是真正的進步，什麽只是同義反復。
把單純的記賬手段跟真正的智慧區分開的，是改變世界的能力。正如馬克思的名言：「哲學家們只是用不同的方式解釋世界，而問題在於改變世界。」李政道在這裏的提議，就是後面的一段：關鍵的問題在於是否有可能改變真空，使得失去的對稱性再回到物質中來。如果真空確實像一種物理介質，那麽，一定可以透過改變其外部條件來改變其性質。
李政道對如何檢驗真空激發的建議
具體而言，李政道提議的實驗方法叫做「相對論性重離子碰撞」 （relativistic heavy ion collision） 。例如，美國布魯克海文國家實驗室的相對論性重離子對撞機 （RHIC） 就是幹這個的。把兩個加速到巨大能量的金原子核對撞，就有可能讓真空激發，甚至有可能接近138億年前宇宙大爆炸的條件。
1999年10月4日在美國布魯克海文建造完成的相對論性重離子對撞機（【對稱與不對稱】圖12.1）
在這樣的極端條件下，不對稱的有可能恢復對稱。如果這發生了，就驗證了真空激發的理論。當然這個目標還沒有達到，不過在實驗過程中，已經產生了很多新發現，所以這些實驗還是很有價值的。
相對論性重離子對撞前後的真空（【對稱與不對稱】圖12.2）
國畫大師李可染應李政道之邀畫過一幅畫，標題叫做【核子重如牛，對撞生新態】。這幅畫可以看作對對撞機最好的廣告！
李可染的畫「核子重如牛，對撞生新態」（【對稱與不對稱】圖12.3）
也許你還沒有看明白，真空激發理論究竟是什麽意思。實際上，學術界對它有另一種表述，叫做「自發對稱破缺」 （spontaneous symmetry breaking） 。我覺得這種表述方法更好理解一點，下面向大家介紹。
大自然中，每個體系都傾向於能量更低的狀態。我們把能量最低的狀態稱為基態 （ground state） 。假如基態只有一個，那它當然就待在這個上面。假如基態有多個，也就是說有多個狀態具有相同的能量，但都是最低的能量，那就有意思了。我們把這種情況稱為基態簡並 （degeneracy） ，這時體系可以待在任何一個基態上面。
實際上，本書的第二章當中，已經講了一個這樣的例子。對一個彈性桿，從兩頭向內壓縮，會發生什麽呢？當壓力比較小的時候，這個桿只縮短不彎曲。而當壓力比較大的時候，這個桿就會發生彎曲。
彈性桿的彎曲（【對稱與不對稱】圖2.1）
向哪個方向彎曲呢？這跟桿的截面形狀有很大關系。如果截面是一個圓，那麽所有方向都是一樣的，沒有一個特殊的方向，桿可以向任何一個方向彎曲。如果截面是一個矩形，那麽就有兩個方向是特殊的，桿會向這兩個方向中的某一個彎曲。如果截面完全沒有對稱性，那麽桿就只會向一個能量最低的方向彎曲。你看，這就是一個基態簡並的例子，只不過書裏沒有寫出這個詞。
在基態簡並的情況下，如果你只待在一個基態上看，那就是不對稱的。但如果你看所有的基態這個整體，那就是對稱的。實際上，所有的基態組成的集合，必然跟這個體系的物理規律具有相同的對稱性。
對此一個著名的演示，叫做「墨西哥帽子」 （Mexican hat） 。這種帽子的帽檐翹起來，形成一道環形的溝。如果一個球落到墨西哥帽子上面，那麽它的基態就是待在這道溝裏的某一點。任何一點都是可行的，而這些基態的整體具有圓的對稱性。
真空的墨西哥帽子能量結構（戴瑾提供）
這個圖來自我的朋友戴瑾博士。
戴瑾
戴瑾2020年出版了一本科普著作【從零開始讀懂量子力學】，我也為此書寫過推薦詞，這就是書中的一個圖。
【從零開始讀懂量子力學】
1985年，戴瑾透過李政道先生組織的CUSPEA （全稱是China-U.S. Physics Examination and Application，中美聯合培養物理類研究生專案） 到美國留學。很多人可能聽說過，CUSPEA也是李政道先生對中國科技界的重大貢獻之一。從1979年到1988年，CUSPEA共選拔了915人赴美深造，其中包括我的科大師兄文小剛等人。
著名理論物理學家文小剛
這件事其實完全出自李政道的愛國熱情，是他用個人名義不斷地向美國各個著名大學寫信、打電話促成的。李政道和夫人秦惠䇹為此付出了極大的心血，例如他們親自去四處寫信寄信，甚至把家附近的郵箱都填滿了，不得不推著手推車去更遠的郵箱。這樣的赤子之心，真是令人非常感動。
讓我們回到墨西哥帽子。真空激發理論實際的意思，就是真空的能量結構好比這麽一頂墨西哥帽子。我們平時見到的真空，就好比帽檐上的一點，它是不對稱的。但如果透過提高溫度或粒子密度等方法，把勢能的形狀從墨西哥帽子變成一個開口向上的桶，桶底是一個穩定的基態，那麽就恢復了旋轉對稱性。假如這得到了實驗驗證，就對宇稱不守恒等現象給出了解釋。
好，以上這些是宇稱不守恒的後續發展。如果你理解到這個層面，你的知識水平就超過了99.99%的人。
介紹完了李政道先生的科學成就，我們來談其他一些有趣的話題。李政道先生熱愛藝術，此書中舉了很多跟藝術家唱和的例子。其中的基本思想，就是此書再版序言中說的：「對稱展示宇宙之美，不對稱生成宇宙之實。」
【對稱與不對稱】再版序
這話的意思是，描述自然界的基本理論往往是對稱的，而實際發生的現象卻往往是不對稱的。例如，正物質跟反物質在基本理論的層面是對稱的。但現實的宇宙中，正物質比反物質多得多。假如正反物質一樣多，它們就會湮滅殆盡，就不會有日月星辰、地球、人類等等的存在了。為什麽正物質比反物質多？我們目前還不知道，這是非常耐人尋味的。
在藝術當中，也有類似的情況。對稱是美的，但如果完全對稱，又會讓人感到乏味甚至醜陋。書中舉了這樣一個例子：明末清初的畫家弘仁 （1610 — 1664） 有一幅名作【天都峰圖】，看起來十分接近左右對稱。這非常好，給人美的享受。但假如把這幅名作改造一下，變成完全左右對稱的，那就糟了，甚至還有點陰森森的，像黑勢力的巢穴。
弘仁的山水畫【天都峰圖】與其對稱化結果的比較（【對稱與不對稱】圖3.1）
請註意，李政道先生的原話就是，「像黑勢力的巢穴」！這不禁令我大笑，想起了【魔戒】中索倫的根據地魔多。假如在這幅圖上再添個索倫的巨眼，那就更傳神了！
索倫之眼
因此，最好的藝術就是基本對稱，但又有一些不對稱。書中舉了兩個例子，來自著名畫家常沙娜和吳冠中，請大家欣賞。
常沙娜的畫「水邊鐵花兩三枝，似對稱而不對稱」（【對稱與不對稱】圖5.3）
吳冠中的畫「對稱乎，未必，且看柳與影子（【對稱與不對稱】圖5.4）
最近，我在網上還看到一幅有趣的照片 （https://weibo.com/3710258141/OoLWvisz4） 。乍看起來它是一個小姑娘騎單車經過一潭水，天光雲影共徘徊，好像【千與千尋】的意境。但倒過來一看，剛才你以為的倒影變成了實像，實像變成了倒影，恍然令人不知身在何處，不知今夕何夕。
倒過來看看
李政道先生自己也有一個有趣的發現：「左右」兩字是不對稱的，但其實它們本來是對稱的！1994年，他在參觀西安博物館的時候看到，漢代竹簡上的「右」字不是現在的寫法，而是「左」字的映像。原來左右兩字也曾經有過一個自發對稱破缺！於是他寫了這樣一首詩：
「漢代右系鏡中左，
近日反而寫為右；
左右兩字不對稱，
宇稱守恒也不準。」
漢代竹簡上的「右」字是「左」字的映像（【對稱與不對稱】第五章）
李政道先生對中國科技界的貢獻，除了前面說的CUSPEA，還有很多。擇其大者，至少包括：花極大的精力回國講課，幫助當時封閉落後的中國物理學界跟上時代；促成科大少年班的建立；幫助建設北京正負電子對撞機，持續為中國高能物理的發展提供戰略指導；建議設定博士後制度和國家自然科學基金制度等等。是的，很多我們習以為常的東西，其實都是李先生倡議的！這正是偉大人物的特征之一：他為我們做的，我們日用而不知。
李政道陪同鄧小平視察中國科學院
李政道在中國博士後科學基金會成立大會上
最後，我想談一些我和李政道先生的個人聯系。首先當然是我的博士後導師，李中漢教授。很遺憾我沒有和他合過影，不過我在康奈爾大學有兩位博士後導師，另一位是1981年諾貝爾化學獎得主Roald Hoffmann教授，在Roald組裏我們有合影。
袁嵐峰在康奈爾大學Roald Hoffmann研究組的合影
我2001年剛到美國的時候，就是李中漢老師親自到飛機場接的我。我非常驚訝，因為去之前說的是他組裏的一位博士後來接我，見面時怎麽變成了導師自己？他說是因為這位博士後有事來不了，於是他就自己開車來了。
他帶給我的下一個訊息是，他們幫我找的房子還沒有找好，於是他決定讓我到他家裏先住幾天。我暈倒！不過現在想起來，還是非常感謝李老師，他就是這樣一個熱心助人、心直口快的人。我給父母報平安的電話，也是到了李老師家裏後打的。
很不巧，過不久李中漢老師就生了病。他的哥哥李中清 （James Lee） 來看望他，所以我們見到了他們兄弟倆。李中清老師是歷史學家、社會學家，當時他在加州理工學院工作，現在他擔任香港科技大學人文與社會科學學院講席教授。
李政道與長子李中清
李中清在上海交通大學人文學院的報告上展示李政道的西南聯大學生證（https://shss.sjtu.edu.cn/Web/Show/9062）
這兄弟倆一個是化學家，一個是歷史學家。他們都沒有選擇物理專業，原因顯而易見：有他們的父親在前面，壓力太大。不過他們還是義無反顧地選擇了學術道路，而且都取得了很大的成功，令人肅然起敬。
這事的難度就好比愛因斯坦的兒子漢斯·艾拔·愛因斯坦 （Hans Albert Einstein，1904 — 1973） 透過艱辛的努力，成為加州大學柏克萊分校水利工程學教授。有一個泥沙運動力學的經典方法，叫做「愛因斯坦—錢寧方法」。錢寧就是小愛因斯坦的學生，他是中國水利泥沙研究的宗師。
漢斯·艾拔·愛因斯坦
錢寧
李中漢老師跟我講過一個故事。他和他哥哥小時候問父親：如果我們兄弟倆真的很笨，那該怎麽辦？李政道先生的回答是：你們可以去當牧師。
這個故事令我大笑。實際上，【對稱與不對稱】也有一個地方提到了牧師。第15章的第一句話就是：「每當提出一種新加速器計劃時，總要請理論物理學家，像高級牧師一樣去為耗費如此巨大的冒險辯護和祝福。」由此可以看出李政道先生對宗教的態度！
理論物理學家與高級牧師（【對稱與不對稱】第15章）
李中漢老師還告訴我們，他父親退休以後，仍然繼續研究物理。他和另一位哥倫比亞大學的退休教授合作，每周還見面一次討論工作。這真是非常符合他經常參照的杜甫的詩：「細推物理須行樂，何用浮名絆此身。」
細推物理須行樂，何用浮名絆此身
在李政道先生去世後，我想起了恩格斯【在馬克思墓前的講話】中的名言：「這位巨人逝世以後所形成的空白，不久就會使人感覺到。」然而，仍然有些網民在講一些自以為睿智的話，吹毛求疵，凸顯自己的狹隘與無知。
一些網民的評論
不過，絕大多數人都對李先生表示出了尊敬與緬懷。
大多數網民的評論（https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_28311328）
我以前經常講，外國的年輕科學家如果發現楊振寧和李政道還活著，可能會大吃一驚，因為在他們看來，這兩位1957年就獲得諾貝爾獎的、教科書上的人物，似乎應該是上一個時代的人。現在這個時代結束了，李政道先生心心念念的努力已經結出了碩果。中國已經擺脫了積貧積弱，強盛起來，科學事業還需要我們更多的投入。李政道先生已經度過了偉大的一生，細推物理須行樂，何用浮名絆此身。
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■ 作者簡介
袁嵐峰
中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員，中國科學技術大學科技傳播系副主任，科技與戰略風雲學會會長，安徽省科學技術協會常務委員，中國青少年新媒體協會常務理事，中國科普作家協會理事，中國物理學會科普工作委員會委員，中國化學會科普工作委員會委員，入選「典贊·2018科普中國」十大科學傳播人物。
