李政道和杨振宁因提出弱相互作用中宇称不守恒定律,而共同荣获诺贝尔物理学奖。这一发现与科学家的普遍认知相悖,也改变了世人对对称性的认识。
李政道和杨振宁因推翻了被视为自然基本法则之一的宇称守恒定律,共同荣获1957年诺贝尔物理学奖。当地时间2024年8月4日,李政道先生在位于美国旧金山的家中辞世,享年97岁。
宇称守恒定律认为,任何现象及其镜像在表现上应当完全一致。李政道和杨振宁于1956年对该理论提出质疑时,它已广受认可近三十年。
当时,李政道先生还是哥伦比亚大学的一名年轻教授。他在29岁时就晋升为正教授,是当时该校历史上最年轻的教授。
他对所谓的K介子(一种亚原子粒子)衰变问题产生了浓厚兴趣。这些微小的粒子会不断衰变,转化为电子、中微子和光子。实验结果显示,在K介子衰变的过程中,有些会发生变化,这表明它们各不相同。然而,它们又拥有相同的质量和半衰期,这表明它们在本质上是相同的。
这一明显的矛盾让物理学家们陷入困惑之中。他们原本认为,弱核力(如介子衰变)与量子物理学中的另外两种基本力(即将质子和中子紧密结合在原子核中的强核力,控制电荷吸引与排斥以及光的特性的电磁力)一样,都遵循宇称守恒定律。
后来李政道与普林斯顿高等研究院的杨振宁再度合作(此前两人就已经认识并有过合作),一起梳理了所有涉及弱核力的研究与实验。
在此基础上,李政道和杨振宁提出了关于K介子衰变问题的看法:与强核力和电磁力截然不同,弱核力并不遵循宇称守恒定律。这一发现堪称一场革命,因为它意味着在自然界中有些粒子实际上是“右旋”的,而有的则是“左旋”的。
1956年秋,李政道和杨振宁在《物理评论》(Physical Review)期刊上发表了这一看法。同年稍晚些时候,物理学家吴健雄进行了一项关于钴原子衰变的开创性实验,其结果验证了李政道和杨振宁的想法。次年,李政道和杨振宁凭此荣获诺贝尔奖。
李政道先生获奖时年龄尚不足31岁,他和杨振宁一道成为首批获得诺贝尔奖的华人科学家。
李政道先生的职业生涯极为漫长且成果丰硕。2011年,他以85岁高龄从哥伦比亚大学的日常教学岗位上光荣退休,但直至90多岁依然在为粒子物理研究贡献想法。他的名字与两大定理紧密相关,即李模型(Lee Model)和木下-李-瑙恩伯格(KLN)定理。此外,他还提出了有关黑洞与暗物质的重要理论。
作为相对论重离子对撞机领域的杰出物理学家,李政道先生在1997年至2003年间,还担任了日本理化学研究所-美国布鲁克海文国家实验室研究中心(RIKEN BNL Research Center)的主任。
2007年,在荣获诺贝尔奖50周年之际,李政道接受了诺贝尔奖官网总编辑的采访。他谦逊地将自己的成功,尤其是对宇称不守恒的深刻洞察,部分归功于自己的非传统教育背景。在访谈中,他回忆起自己是如何基于从书中获取的信息,便勇敢地挑战了牛顿的力学定律,特别是那个著名的“力等于质量乘以加速度”的公式。
李政道,1926年11月25日出生于上海,父亲李骏康是一名商人,从事化肥进口贸易工作。
抗日战争全面爆发时,李政道在上中学。正是在这段时间里,他与物理学结下了不解之缘。他会被偶然间翻阅到的一些科学书籍所吸引,但由于无法接受正规教育,他只能自学。他也因此逐渐形成了自己解决问题的独特方式。
1943年,尽管未获得正式的高中文凭,李政道先生仍被国立浙江大学(现浙江大学,前身是1897年创立的求是书院)录取。那时,该校已因战乱迁至贵州。
随着中日战争的持续,1945年,李政道先生不得不转至位于昆明的国立西南联合大学继续学业,而他未来的合作者杨振宁先生也曾在此深造。在校期间,他得到了著名原子核物理学家吴大猷先生的推荐,获国家奖学金资助,得以赴美留学。至1946年,这位仅完成两年大学学业的青年才俊,已经被芝加哥大学录取,成为一名博士研究生。
彼时,芝加哥大学是全球物理学研究的顶尖中心之一。该校相关部门由出生于意大利的物理学家恩里科 · 费米(Enrico Fermi)领导,他还带领建立了世界上第一座原子核反应堆,也是1938年诺贝尔物理学奖获得者。李政道先生有幸成为费米教授当时唯一的理论物理博士生,每周都能与这位大师面对面交流。这段学习经历非凡至极,而这部分得益于费米教授独特的教学方法。2007年,李政道先生在接受诺贝尔奖官网总编辑采访时,对此深有感触。
李政道先生回忆起费米教授时说:“他说,‘你看,有些事我正想深入了解。李,你去查一下资料,下周给我来一次讲座,怎么样?’”
“能为费米教授作讲座,我深感荣幸,”李政道先生补充道,“这无疑是增强学生自信心的绝佳途径。随后,他会向我提问,而我则必须给出回答。”
1950年,李政道先生顺利获得博士学位。随后三年间,他辗转于多个学术高地,先后任职于叶凯士天文台、加州大学伯克利分校和普林斯顿高等研究院。最终,他赢得了哥伦比亚大学的青睐,被聘为助理教授。
李政道(左)与杨振宁,摄于1957年。是年,他们荣获诺贝尔物理学奖
1957年12月10日,当年的诺贝尔科学奖和文学奖得主在斯德哥尔摩合影留念。从左至右:杨振宁,丹尼尔·博韦(生理学或医学奖),李政道,亚历山大·罗伯特·托德(化学奖)和阿尔贝·加缪(文学奖)
除了获得诺贝尔奖这一殊荣,李政道先生还曾荣获包括阿尔伯特 · 爱因斯坦纪念奖科学奖在内的诸多奖项。
对于为他赢得诺贝尔奖的重大发现,李政道先生始终保持谦逊。在他看来,这不过是洞察力的产物,它一直静静地隐藏在众人眼前,等待着被发掘。
资料来源 The New York Times