李政道报告 物理的挑战

李政道：尊敬的领导们，尊敬的来宾们，尊敬的同学们，我一生是从事物理，对不起我讲话带很多上海口音，事实上是我到72年才到长江的北面去，所以也许有的话听不清楚，请各位原谅一点。

我一生是从事物理的研究，而我觉得生命的活力也就是来自物理的挑战，今天有机会在这和大家讲也使得我想起我的两位启蒙老师，一位是大学一年级在浙大的苏新北教授，另一位是大学二年级在西南联大的武大猷教授，今天的讨论也是我向他们两位致我最高的敬意，1946年我从中国到美国，入芝加哥大学物理系的研究院，我研究入门的老师也是我博士论文的导师是费米教授，费米教授跟爱因斯坦教授两位，他们跟20世纪的科学的发展是分开的，我在芝加哥大学得了博士学位以后，就到普林斯顿的高等研究院，那时候教授也在普林斯顿，我很幸运的也得到他的亲自的教导，今年是费米教授诞生的100周年，我想是值得我们来纪念的。

费米教授在1938年12月得诺贝尔奖，那个时候他因为意大利的法西斯政策，所以他得了奖以后，他决定从瑞典就移居美国，就在（那年）12月的时候，在德国奥托·哈恩做了一个实验，他把中子打到铀里面去，普遍以为中子打到铀（里面），铀变得重了一点，不过他从反映里面得出来，得出来叫钡，钡比铀轻很多，所以他可能不了解，那么他这个工作是非常重要的，也是得诺贝尔奖金的，就是从中子打到铀，很重的，出来他用划分的方法发现有钡，这个时候也就是在费米上船的时候发现，12月底的时候，费米是1月，1939年1月2号到美国的，到美国以后，他得到奥托·哈恩的结果，跟弗里此里茨，跟丽莎、迈特纳的解释，他就做了第一个（实验），三个星期以后是1月23号，做了第一个核裂变的实验，在哥伦比亚大学，七个月以后，爱因斯坦就写了这封信，给罗斯福总统，我念一下，他说，先生，我收到了费米跟吉德拉最近做的工作的子印本，他们的工作使我认为元素铀不久有可能成为一种新的重要的能源，目前已经发生的某些情况值得我们警觉的，并且如果必要的话，政府方面应该采取迅速的行动，您最忠实的阿尔伯特·爱因斯坦，时间是1939年8月2号，这就开始了，开始了曼哈顿工程，就是做核反应堆，后来就是原子弹，三年以后，在1942年12月2日，费米带领的队伍，在芝加哥完成了人类的第一个核反应堆，当时是意大利跟美国是作战的，1941年，这是42年，费米到美国的时候，还没有打仗，美国没有参加世界大战，可是在费米正的1942年做成时，意大利跟美国已经是在敌对的地位，所以费米在美国认为是敌对的外国人，虽然这个是很重要的研究，是他带队的，人家想，当时是很紧张的，为什么呢，因为第一个发现有核裂变的可能是德国做的，奥托·哈恩做的，所以德国当然对这个核裂变的可能性非常重要，在爱因斯坦信上也说了，他说，那是在1939年8月2号，德国已经是停止出售捷克斯洛伐克的铀及所以德国也是在做这个向反应堆，和这方面在做研究，就在1942年年初，海森堡（海森堡其他的事），海森堡是量子力学的创立人，他专门到拜访丹麦去波尔教授，就要探听到底美国做不做，所以费米那个时候是在美国，他是敌对的外国人，不过美国给他另外一个名字，不叫费米，叫farmer，是个农夫，所以他做成了他费米不能自己高度罗斯福总统，是由芝加哥大学叫康普顿教授他也是得诺贝尔奖的，罗斯福总统的总统顾问是科纳·康南特，这个话也是事先准备好的，他是这样说，就是当天，12月2日第一次核反应堆成功以后，康普顿立刻就打了个电话，给康特科纳，康普顿说意大利航海家刚抵达了新世界，科纳就说，本地人的反应如何，康普顿就回答非常友善，其他就没有什么话了，因为他不能，假如他讲话说费米的话，那德国就知道美国在做反应堆跟核武器（实验），他们知道美国能够做成的话，他们能了解，全世界那个时候对这方面最有能力就是费米，假如他知道美国能做成，那他海森堡也会做成，所以这是非常保密的，那为什么说意大利的航海家刚到了新世界呢？意大利航海家就是哥伦布，反映的是到美洲，那么康南特（也说），本地人的反应如何，那么康普顿就说非常友善，那么罗斯福就知道这个反应堆完成了。

所以这是很关键的，假如这个消息是德国知道的话，很可能第二次世界大战的结果跟现在不一样。

火的发现和应用开始了人类的文化，火的来源是太阳能，太阳能是核能，太阳本身其实是一个很大很大的氢核的反应堆，1942年12月2号，费米带领的科学家队伍第一次产生人类可以控制的核能，通过太阳，我觉得这个当然现在的核能到底有多少用处我们不知道，不过它这个重要性，所有到核反应堆以前，我们所有的能量的来源直接的、间接的从太阳出来的，这是第一次人类可以不通过太阳出能量，所以这是有历史性和重要性的，而我们开始没有火，没有火，就没有人类的文化，我相信这个核反应堆对将来人的影响是跟火可以相比的，火有火的危险，火的能量也需要人类控制，同样的，核的能量也需要人类控制，所以，这个点科学的发展跟社会文化的进步是分不开的。

为了纪念费米成功，今年他是在1901年生的，美国出这个纪念邮票，我觉得这是人类，也是20世纪人类文化有一个转变的扭转的一个要点。

爱因斯坦跟费米是20世纪杰出的科学家，可是20世纪所有的科学的贡献是在他们之外还有很多人，那么这些科学发展怎么出来的？他们的经过怎么样，那么我就开始这次主要要讲的。

李政道：我想跟各位谈一下二十世纪的物理，然后就牵扯到人才的培养，然后就讲一下中国古代的物理，然后从过去再展望将来，这个里边有一个中心问题就是对称跟不对称，那我就慢慢地一步步讲一下，19世纪末，20世纪初，物理学有两个大的谜，一个重要的是在19世纪，一千八百八十七年，美国的两个实验科学家迈克尔逊跟莫雷，他们做了底下这个实验，他们这个实验就说，我们知道地球在转，太阳光的速度，顺地球走的方向有多快，地球转，背地球转的方向有多快，你简单一想，觉得顺地球转应该快一点，因为还有地球转的速度，背地球走，光应该走的慢一点，他们量出结果，一千八百八十七年速度完全一样，就是地球在转，你顺着这样走，光这样走，跟背（地球走）速度完全一样，不光是这样走，你那样走也一样，就是随便哪个方向都一样，这个事情也许大家觉得有限吸气的，还是说跟我们生活没什么关系。

在1900年，普朗克德国的理论物理学家，他想出来建议一个叫普朗克方程式，这个普朗克讲了回（什么）事情，我们知道随便什么东西，假如热的它要发光的，温度固定，发的光你看一个烧火就是这样，它的光的颜色就不完全一样，就是光的能量有不同波长，它有一个分布，就是温度固定，能量有个分布的列，怎么分布的，这在经典物理是不能解释的。

普朗克就是跳了一下，大胆地有个假设，这个假设呢，出了一个普朗克方程式，是1900年，就是温度多少高的温度，光的能量怎么分布方式，那么迈克尔逊莫雷的实验普朗克的方程式都让你觉得是也许觉得很有意思，不过你怎么想也不会觉得我们的所有生活因为这两个道理要完全改变的，1905年爱因斯坦就产生了狭义相对论，因为普朗克这个方程式的量子解释。

到1925年海森堡、薛定谔、狄拉克、费米等等就产生了量子力学，这是1925年是相当快的，另外，狭义相对论量子力学就产生了原子结构分子物理，核能、激光、半导体，超导体，超计算机，几乎绝大部分的20世纪科技文明就是从狭义相对论量子力学来的，就是从研究光跟地球转动的关系，就是从热发光能力的分布，觉得你好像没什么关系，这个整个的科技文化，没有狭义相对论，没有量子力学就没有这些，19世纪的人很难想象我们现在用的激光、半导体、超导体、超计算机，可是20世纪假如没有这几个基础科学，也不会这样的科技的成就，同样的，我们要现在的物理学大谜是什么，现在的这个21世纪的我们现在的世纪，将来发生什么，现在的将来发展，也可能就跟同类的在上一个世纪，20世纪人啊是想不出来的，同样像这些19世纪是想不出来的，这就是今天要跟各位讨论的。

这些东西怎么会来的，为什么这样一来看起来跟我们没有什么太大关系会发生这样大的影响，这些你们看，这在19世纪末，这是20世纪初，这个基础在1925年都打定了，这些发展1950年都全有了，到现在我们生活是很难没有这些科技的工具的，这样的研究叫基础研究，这些发展是科技应用发展，然后才得到市场的发展，开发，所以呢，基础跟应用跟开发，它的关系是这样的，举个例子，像水、鱼，跟鱼市场，没有水，不会有鱼的，当然有不会有鱼市场，没有今日的基础科学，就没有明日的应用科学，也没有将来的开发研究，这个规律是不会变的，要掌握住创新，就问怎么创新，怎么来的，所以我们第一届说，为什么怎么样产生这类划时代的基础科学成功，我们不光是要创新，要创新是划时代的，技术科学成果，要把这个划时代变成应用，变成开发，如何能真正创新？这里面就牵扯到人才的培养。

这就是我第二个题目。

李政道：所以我们就看刚才讲了跟费米他们两个是大师，实际上20世纪有一批的人都是有贡献的，那么我们再看看他们在什么年代，什么年纪做了什么事情，1905年，爱因斯坦狭义相对论，那个时候他是25岁，1912年波尔他是从量子解释普朗克，变成量子论，那时候27岁，1925到1926年，就是量子力学，量子统计学发展，薛定谔38恩岁，海森堡24岁，费米25岁，泡利25岁，你看爱因斯坦那个时候的南极也就四五十，他也了解这些困难的，可是创造量子力学，量子统计学，是另外一组人。

1927年狄拉克，狄拉克方程式，25岁就完成了，这个跟这些加起来完成了相对论性的量子力学，量子力学完全打好了，然后就是应用去了，另外，还有领域，就是核的地方，核的地方主要是1935，汤川秀树28岁，创立了介子理论，建立核裂基础理论，1942年刚才讲费米41岁，做成第一个核反应堆。

第二次世界大战以后，新一代的年轻科学家，向量子电动力学挑战，在这个时候，做量子力学的应用，也就四十几岁了，可是这个挑战是更年轻的一辈科学家把它接受下来的，1945年，朝永振一郎39岁，施温格29岁，费曼29岁，完成电动力学的基础理论。

在20世纪50年代跟60年代，宇宙线跟高能加速器发现很多新的粒子，它们间的作用跟规律是一个心的挑战，因而就产生了又一新一代的青年科学家，我自己1956年29岁，杨振宁33岁，我们就创立了宇称不守恒的理论，1957吴健雄44岁做了宇称不守恒的实验，紧跟这还有强子是什么做的，那么是盖尔曼35岁，夸克理论在1964年，格拉肖跟温伯格1961年29岁，1967年30岁，完成了统一电磁作用和弱的作用，我们叫electro－weak作用，温伯格是我的助教，1972到1973年，Hofft 26岁，polizer 28岁，建立了量子色动力学，就完成强作用的基础理论，就是强作用的基础理论，电磁作用跟弱作用并在一块，electro－weak这两大作用再加爱因斯坦的广义相对论，就是我们现在所有的对宇宙的基础理论的了解，就是这三个，不光是在物理上，在生物的发展重要的我们看1955年克里克39岁，沃森27岁，发现了DNA的结构，就是说科学成就出于青年，一代新人才，一片新科技，这个规律是不会有例外，一代一代新的挑战，新的一代人出来，新的挑战，新的一代人出来，成功，这些你可以想，相当激烈的，反过来不然，青年新人才是个必要条件，并不是青年就是要出人才，它里面有过程，怎么可以出新科技，里面也有个过程，所以我要研究，不光是研究必要条件，充分条件很难讲，要了解哪些是应该有的，那么我想归纳一下，就是这些科学成功的几个必要条件，不光是青年，就是说怎么培养人才，怎么认识方向，怎么制造环境，怎么抓紧时间，这些都是很重要的。