费米门下的高足

在费米身边的日日夜夜

从1945—1950年，杨振宁和李政道先后来到芝加哥大学，有幸投师费米门下，成为当代物理大师费米的高足。在这位德高望重的名师指点下，李政道和杨振宁如鱼得水，开始向理论物理学进军。

与李政道和杨振宁一同在费米身边就学的，是来自世界各地的出类拔萃的物理天才。他们始终跻身于物理学的前沿人物之中，在十分优裕而浓厚的学术环境中学习，因而他们的学识迅速增长。

费米善于抓住事物本质的风格，对他们的影响最大。费米先生授课明白易懂、推理简洁明快、论证单刀直入、解题切中要害，给人的感觉似乎是信手拈来，不费工夫。其实，他的简明易懂是他精心准备、反复推敲的结果，他的能切中要害，是比较各种不同描述方式，权衡其利弊之后才得到的。他的教学及研究风格是直觉明快的，不搞形式主义，不搞繁琐哲学。他常常开玩笑地对他的研究生们说：“复杂的形式主义留给‘主教们’去搞吧！”他挖苦形式主义为“高级牧师”。他强调学生应该乐于把时间投入到哪怕是简单的实验中去，而不要立即陷入理论的研究中去。他常常鼓励学生们动手去做自己想做的实验，从中提出问题。他认为，提出一个好问题实际上相当于完成了一个课题。

费米言传身教，他教导他的研究生们，要对物理学的各个领域都有广泛的兴趣。同时又有十分扎实的基础。从纯理论物理到纯物理实验，从三体问题的最佳坐标这样简单的问题到深奥的广义相对论，费米都有广泛的兴趣；作为物理大师，他涉猎广泛，每研究一个问题，始终都做详尽的笔记。由于兴趣广泛、根基扎实、钻研深入，费米触类旁通的创造性火花经常会迸发出来。从首创用慢中子做实验，阐述核裂变链式反应思想，到在原子弹爆炸时站起来用碎纸片受冲击波扫散的距离测量爆炸力量，无疑都显示了这一点，而这一切对杨振宁和李政道都有十分重要的影响，对他们后来成为优秀的物理学家，起了相当大的作用。

费米为人坦荡真诚，具有竭诚奉献的精神。在正式上课之外，费米每周总要抽出一两个晚上与几位研究生作不定题的讲演。只要学生提出问题，他就很快翻动他的笔记，尔后给予讲解，引导研究生们注重问题的本质和应用，掌握直观的解决问题的方法。李政道和杨振宁在费米先生的这种“小灶”中受益匪浅。

在费米结束了对原子弹的研究，完全回到芝加哥大学后，杨振宁和李政道更多地得到了这位物理大师的言传身教。费米也对这两位有志气的中国青年十分器重。

1949年春天，费米因事要离开芝加哥，就把他讲授核物理课的任务交给了杨振宁。临行前，费米把他的笔记本交给了杨振宁，还和杨振宁一起认真地讨论了所要讲授的全部内容，甚至对每个问题的讲法和推导都作了仔细的解释。在费米的笔记本上，写满了过去每堂课讲课的细节。看到这详尽而又细致的笔记，杨振宁深深为费米大师这种严肃认真、一丝不苟的教学作风而感动。后来，费米的这种作风不知不觉也成了李、杨二人的教学作风。

除了正式和非正式的课程以外，费米还将他的午餐时间几乎全部献给了这些研究生们。午餐时，费米经常和这些年轻人聚在一起，天南海北地闲聊。

费米常对李政道这些研究生们说，教授也是教师，而且并不意味着他们就是优秀教师。只不过他们通常在某一学术领域里知识比较渊博、有些专长，是比较高级的教师罢了。

费米还常对他的学生们谈起丹麦哥本哈根学派的大物理学家玻尔。玻尔十分欢迎并经常要求他的青年弟子对他的学术观点提出异议。1922年夏天的一次讲课中，一位年轻人对他的某些结论提出了疑问，这个年轻人就是海森堡。课后，玻尔便邀海森堡去散步，继续讨论有异议的问题。不久，另一个爱提问题、说话尖刻挑剔、被称为“上帝的鞭子”的年轻人也被玻尔看中。后来这两个人都被玻尔邀请到哥本哈根去工作。

“这些青年学者毫无禁忌，思想解放的学术风气，使得哥本哈根学派充满生机，成果累累，成为量子力学的诞生地，使哥本哈根学派对20世纪的物理学发展起到了重大作用。”费米这样结束了他的这次谈话。

从导师的这些谈话中，杨振宁和李政道不仅学到了许多物理思想和科学方法，也深深感受到了这个伟大科学家的宽阔胸怀：对别人的研究工作，费米从来没有不屑一顾的时候；他总是认真地研究考虑各种学派的思想、成果，从来没有丝毫的学阀作风。

在这些数不尽的午餐对话中，一个简单而幽默的“也有铁床”的故事，给李政道的影响最深。

一天费米又兴致勃勃地给研究生讲了他自己读小学二年级时的故事。

那天老师出一个作文题：“铁能做什么？”我看了之后不假思索地写上‘也有铁床’，就交了上去……大家听了都哄堂大笑。

而李政道却从中悟出了费米先生这种喜欢单刀直入的研究方式。这种方式直接影响了李政道后来的科学研究风格。

而给杨振宁更深印象的则是另一件事。1949年费米与杨振宁共同写了篇名为《介子是基本粒子吗》的论文，当时杨振宁认为他们提出的问题不一定符合事实，觉得还是不发表为好，可费米却说：

“学生的任务是解决问题，研究人员的任务是提出问题。这个问题有发表价值。”

于是他们把这篇论文发表了。事实证明，这篇文章为日后著名的“坂田模型”奠定了基础。

“有特殊见解”的中国小博士

从1946—1949年，李政道有幸在费米先生等一批造诣很深的导师的指导下攻读博士。费米对他的要求是不要急于定下来是搞理论还是搞实验，即使论文分了专业了，也不能以论文来定终身。论文做些什么，并不是说一生就只做这个工作了。

在费米这种思想的指导下，1948年李政道与杨振宁以及鲁生普罗士三人合写了一篇关于粒子物理方面的文章，指出存在一个弱相互作用的区域，李政道还随费米先生做了天体物理方面的工作，在费米的指导下完成了题为《白矮星的含氢量》的博士论文，还在流体力学、统计力学、场论等方面进行过深入的研究……他的这种涉猎广泛的学习研究方法深得费米的赞同。

1950年，年仅24岁的李政道取得了博士学位。在评审博士论文时，李政道的《白矮星的含氢量》被誉为“有特殊见解和成就”，列为第一名，获得奖金1000美元。

校长在授予他博士学位证书时，赞扬说：“这位青年学者的成就，证明人类高等智慧的阶层中，东方人和西方人具有完全相同的创造力。”

同年，李政道到加利福尼亚大学任天文学研究员。不久，学校就发现李政道的学问广博、精深，在现代物理方面有较高的才能，便改任他为物理学副研究员。第二年，李政道受聘于普林斯顿大学高等研究所，任研究员。在这里，云集了世界第一流的科学家、学者和教授；在这里，李政道又与杨振宁重逢，开始了他们长达16年的极为密切的黄金合作。

1958年，当李政道离开普林斯顿时，原子弹之父、院长奥本海默（J. R. Oppenheimer, 1904—1967）说：

“……看到他离开，我们十分不舍。他是我们所知道的最有才华的理论物理学家之一。他在统计力学、核物理学和基本粒子物理学中的成就使他成为世界知名的人物。他的研究呈现出鲜明、灵活的独特风格。”

奥本海默对年仅27岁的李政道的评价并非是过奖之词，李政道到普林斯顿后，立即与杨振宁合作，在统计力学和核物理学等方面解决了一些极为突出和十分复杂的问题，因而迅速成为一个相当有名望的理论物理学家。

奥本海默是一位重要的物理学家，当时在美国十分有名。在他年仅12岁时，就曾以一篇学术价值很高的论文饮誉美国学术界。1946年，他因组织制造原子弹有功而被授予梅里特国会勋章，从此，人们开始称他为“原子弹之父”。

1953年以后，李政道又先后任哥伦比亚大学的助理教授、副教授。

1954年，李政道在哥伦比亚大学任物理学助理教授时，就提出了著名的“李氏模型”。这是一个假设的量子场论模型。其中有三种基本粒子：N、V和θ粒子。N和V粒子是自旋为1/2的费米子，θ是自旋为0的玻色子。V可以发射θ而转变成N，N可以吸收θ而转变成V。这种模型可以和实际的中子、质子和π介子类比，而类比法是物理学研究中的重要方法。德布洛意的物质波理论和汤川秀树的介子场论，都是利用类比的方法提出来的。“李氏模型”是量子场论极少有的可以完全解出来的模型之一。因此，颇受世界各国物理学界的重视。如果V粒子的质量超过N和θ粒子质量之和，而V是不稳定粒子，在静止时它会衰变为N和θ粒子。这样，“李氏模型”可用来检验共振态的质量和半衰期的定义。1956年，李政道年仅30岁，就成了哥伦比亚大学最年轻的教授。

李政道在基本粒子物理和统计力学方面都作出过突出的贡献，还对夸克模型、真空等课题有自己独到的见解。美国学术界纷纷赞扬李政道的聪明才智，说他是“走在时代前面的卓越物理学家”，有过人的智慧。然而过人智慧却不是凭空掉下来的，而是来源于勤奋，来源于刻苦。

1977年，李政道回国讲学时，住在北京饭店，每天3点多钟就起来读书、备课，当人们问他，平时是不是也这样早起床，他说：“大概是这样，这对我来说，已经成了下意识的事情，多年来，已经变成了我的一种生活方式。”

听到这些，人们无不为之感动：天才来自勤奋，过人的智慧来自超人的劳动！

“今世最杰出的科学家”

比李政道早几年获得博士学位的杨振宁，矢志不渝地追随费米。虽然也是费米门下的高足，也有幸聆听了费米的课，但他没有李政道有福气，未能如愿以偿，在物理大师费米亲自指导下，撰写他的博士论文。然而，费米非常赏识杨振宁，他曾这样赞扬他：“杨振宁是今世最杰出的科学家，他跟中国古代著名学者不求闻达的态度完全一样。能够结识他，深引以为荣。若说他是我的学生，诚愧不敢当。当我们在一块儿共同研究学术时，我经常意识到他是一位悟性极高、确能举一反三的科学家。在普林斯顿物理研究院的许多专家中，我最赏识杨振宁博士那种不怕难，在解决问题时那种坚定持重和沉静的态度。这乃是从事科学研究的青年人应该学习的。”

在费米的直接关照下，杨振宁得到了著名教授、美国“氢弹之父”泰勒的帮助。

本来，杨振宁曾立志当一位实验物理学家，因为他深深感到，中国的实验物理太薄弱了。自己从小学到中学，以至在大学和研究院期间，由于条件的限制，实验接触的太少，所以实验技巧掌握的比较少。

上了费米主持的研究班后，杨振宁就向费米提出，希望在费米的指导下，写一篇实验论文。但是当时的费米还没有完全结束战时的秘密工作，还要去位于芝加哥西南郊的阿贡国家实验室，指导科研人员从事秘密研究工作。而杨振宁当时是初到美国的外国人，自然不能进阿贡国家实验室工作，所以杨振宁的计划没有成功。后来费米介绍他到芝加哥大学物理系艾里逊（S. K. Allison）教授的实验室去工作。

艾里逊教授的实验要造一套40万电子伏特的加速器，这在当时是相当大的。五六个研究生参加了这个工作，其中就有杨振宁。

杨振宁在艾里逊的实验室里工作了20个月，在那里他工作得并不如意。遇到电子仪表出现故障，杨振宁总是小心翼翼地把线路图打开，想仔细研究一下毛病究竟出现在哪儿。一次，为了寻找故障的原因，杨振宁正仔细对照图纸认真通过计算查找原因。

“杨，你真笨！”看着杨振宁已算了好几张纸，一位名叫威尔科克斯的同学向他嚷道。

接着这位同学走过来，左看看，右看看，然后在连接部位果断地猛踢两脚。奇怪的是，仪表居然很快就转动了，杨振宁对威尔科克斯的这两脚真佩服得很。后来，仪表又不转了，杨振宁就依法炮制，可是左踢右踢，怎么也不行。

又有一次真空管漏气，杨振宁从10多米的管子这头找到那头，一连几个来回也找不到泄漏点，急得他满头大汗。而一位名叫阿诺的同学只用两分钟就解决了问题。

杨振宁后来在他的《读书教学四十年》一书中曾这样诙谐地描述他那段经历：

“……在艾里逊实验室度过的20个月，对我来说确是很有教益的。我亲身体验了一个实验物理学家所遇到的一些挫折。那座加速器时常稀奇古怪地漏气。它有一个怪脾气：只有夜幕降临时才能正常工作。我发现，实验室某些同学具有神秘莫测令我惊愕的第六知觉，他们知道在什么地方可以找到漏气洞；当定标电路失常时，他们知道应该在什么地方踢一脚。实验室里的同学和我相处很好，因为我有时在理论方面帮助他们。可是他们爱开我的玩笑。艾里逊特别喜欢的一个玩笑是：‘哪里炸得乒乓作响，哪里准有杨振宁在场’。”

实际上，实验不成功，并不全是因为杨振宁本身的实验本领不太高明，而是在当时的技术条件下，在那台到处漏气、电路常出故障的加速器上，杨振宁要做的“分辨H5的P1/2、P3/2”的实验，是一个根本做不出来的题目。

正当杨振宁为实验难以成功而感到苦恼时，泰勒（E. Teller）教授找到了他。

爱德华·泰勒是芝加哥大学物理系对杨振宁有重要影响的另一位外籍美国教授，著名物理学家。30年代他曾师从德国著名科学家海森堡做过博士论文，他对化学、物理学都有过重大贡献。他也是在纳粹分子迫害科学家时，从欧洲流亡到美国的。在第二次世界大战结束后，泰勒教授稍后于费米转到了芝加哥大学。在奥本海默成为美国原子弹计划“曼哈顿工程”的理论、设计负责人后，泰勒也到了洛斯阿拉莫斯，由他率领一些人组成小组，致力于氢弹的理论研究。由于他在研制氢弹中做出了首创性的杰出的贡献，人们尊称他为美国的“氢弹之父”。

“你做的实验是不是不大成功？”泰勒从杨振宁沮丧的神情中知道，杨振宁肯定遇到了麻烦。

“是的。”

“你不必坚持一定要写一篇实验论文。”泰勒先生关切地说，“你已写了理论论文，而且你在理论上是擅长的。”泰勒先生鼓励道，接着他直率地对杨振宁说：“你就用一篇理论论文作毕业论文吧，我可以做你的导师！”

听了泰勒的话，杨振宁感激地抬起了头。此时他的心里很矛盾，一方面他深感失望，因为从到芝加哥的第一天起，他就一心一意想写一篇实验方面的论文；另一方面他又确实从心底里感到，自己在实验方面力不从心。泰勒先生的建议是对的，自己写毕业论文，肯定理论论文会写得更好一些。他从心底里感谢泰勒先生。然而要立即下决心，对他实在不是一件容易的事。

“我想考虑一下，两天后我再告诉您！”杨振宁恳切地泰勒先生说。

两天以后，杨振宁经过认真考虑，决定接受泰勒的建议，放弃撰写实验论文的打算。

此时的杨振宁如释重负，信心百倍地转向了理论物理的研究。后来，他在《读书教学四十年》中幽默地写道：

“这是我今天不是一个实验物理学家的道理。有的朋友说这恐怕是实验物理学的幸运。”

原来，当杨振宁找到费米，而费米又不可能成为杨振宁写实验论文的博士生导师时，费米建议杨振宁和泰勒作理论研究，而实验可以到艾里逊的实验室去做。所以当杨振宁在撰写实验论文发生困难时，泰勒教授主动出来关心他。

杨振宁给泰勒老师打电话，泰勒教授说，费米已经把你的情况跟我讲过了。并邀杨振宁一起去散步。散步中，泰勒问杨振宁关于氢原子基态波函数的问题，杨振宁很快就答出来了，因为杨振宁在国内念书时就掌握这个问题了。

听了杨振宁的回答，泰勒高兴地说：“你通过了！我接收你做我的研究生！”

在泰勒看来，有的人尽管理论物理学得不错，但对像氢原子波函数这类最基本的概念、以及其中的重要数据却没有掌握。杨振宁能正确、简明地即时回答这个问题，说明他基础扎实、思维清晰，是大有造就且很有发展前途的。于是，杨振宁就成了泰勒的研究生。

1948年夏天，杨振宁在泰勒的指导下，完成了题为《核反应》的博士论文，开始了他新的历程。

1948年，杨振宁获博士学位后应校方的聘请，在芝加哥大学物理系当了一年教员。1949年春，美国的“原子弹之父”、普林斯顿高等学术研究院院长罗里·奥本海默教授应邀到芝加哥大学进行讲演。杨振宁久慕普林斯顿那里理论研究人才济济，奥本海默来芝加哥讲演后，更激起他去普林斯顿的愿望。他请泰勒和费米推荐他去普林斯顿，泰勒和费米都非常了解杨振宁，高兴地给他写了推荐信。

奥本海默收到推荐信后，很快就回了信，同意接受杨振宁。就这样，杨振宁在人才济济，号称“象牙之塔”的普林斯顿高等学术研究院工作了17年。他和李政道的合作，就是在这一阶段进行的。

人人都知道，杨振宁和李政道关于弱相互作用下宇称不守恒的理论荣获了科学界的最高奖——诺贝尔物理学奖，但只有物理学家才知道，杨振宁在物理学领域的最高成就，是早在1954年，他和美国物理学家密耳斯（R. Mills）共同发表的被称为杨—密耳斯场的非阿贝尔规范场理论。这个理论于近10余年来已被世界物理学家公认为是20世纪最伟大的理论结构之一。

《中国大百科全书·物理学II》中有这样一段文字：

“他最杰出的贡献是1954年与R. L·密耳斯共同提出杨—密耳斯场理论，开辟了非阿贝耳规范场的新研究领域，为现代规范场理论（包括电弱流统一理论、量子色动力学理论、大统一理论、引力场的规范理论……）打下了基础。杨—密耳斯场方程最近被数学家S·唐纳森引用，获得了拓扑学上的重大突破。”

1953—1954年，杨振宁在纽约市东约80千米的长岛布鲁克海文国立实验室做访问学者，与在那里做博士后工作的密耳斯在一个办公室共事。在这短短的一年里，他们经常一起讨论规范场的问题。密耳斯在《规范场》（刊登于《自然杂志》1987年第8期：563—577）一文中写道：

“杨振宁当时已在许多场合中表现出了他对刚开始物理学家生涯的青年人的慷慨，他告诉我关于推广规范不变性的思想，而且我们较为详细地作了讨论。我当时已有了有关量子电动力学的一些基础，所以讨论中能有所贡献，而且在计算它的表达形式方面也有小小的贡献，但是一些关键性的思想都是属于杨振宁的。……”

密耳斯还在1984年12月在北京科学会堂召开的庆祝杨—密耳斯场发表30周年纪念会上，满怀深情地讲：

“30年前，杨振宁已是一位教师，而我还是一名研究生，那时我和他同在一个办公室，我们经常讨论问题。杨振宁是一个才华四射、又是一个非常慷慨引导别人的学者。我们不仅共用了一个办公室，杨振宁还让我共用了他的思想……”

除了宇称不守恒和杨—密耳斯场理论外，杨振宁在统计物理和高能物理等领域也都有杰出的贡献。1986年3月12日美国总统里根在华盛顿白宫授予杨振宁国家科学奖章，这是美国政府给有卓越成就和杰出贡献的科学家的最高荣誉。