楊振寧 2001年4月26日
楊振寧，安徽省合肥市人。著名美籍華裔科學家、物理學大師、諾貝爾物理學獎獲得者。1957年與李政道提出的“弱相互作用中宇稱不守恒”觀念被實驗證明而共同獲得諾貝爾物理學獎；其於1954年提出的規範場理論，則於70年代發展成為統合與了解基本粒子強、弱、電磁等三種相互作用力的基礎；此外曾在統計物理、凝聚態物理、量子場論、數學物理等領域作出多項卓越的貢獻。
19世紀物理學最重要的兩個貢獻，一個是電磁學，一個是統計力學。統計力學最主要的創建人是三個，一個是麥克斯韋，一個玻爾茲曼，一個叫做吉布斯，其中玻爾茲曼寫過很多通俗的文章，那麼我今天就從他的一段話作為開始來跟大家談談。他說：“一個音樂家在聽到幾個音節以後，就能辨認出來莫紮特、貝多芬或者舒伯特的音樂，同樣一個數學家或物理學家，也能在念了幾頁文字以後，就能辨認出來柯西、高斯、雅可比、亥姆霍茲或者克爾期豪夫的工作”，他的這段話我覺得很有意思，為了解釋這段話，我曾經跟幾個朋友這樣講，我說：“大家知道，每一個畫家、音樂家、作家都有他自己獨特的風格，也許有人會以為，科學與文藝不同，科學是研究事實的，事實就是事實，什麼叫做風格，要討論這一點，讓我們拿物理學來講，物理學的原理有它的結構，這個結構有它的‘美’跟‘妙’的地方，而各個物理學工作者對於這個結構的不同的‘美’跟‘妙’的地方的感受，有不同的了解，因為大家有不同的感受，所以每一個工作者就會發展他自己獨特的研究方向跟研究方法，也就是說他會形成他自己的風格”，那麼這段話我希望在下麵用幾十分鍾給大家詳細解釋一下。
為了做這件事情，我先給大家介紹兩個20世紀的大物理學家，第一位叫做狄拉克，他是英國人，1902年出生，1984年去世的，我帶了一張相片，不過我想大家看不見，這是他在1969年從劍橋大學退休了以後到美國去，那時我們在Stony Brook（紐約州立大學石溪分校）訪問他，我的一個喜愛照相的同事給照的，這張相片我覺得照得很好。
他是一個非常有意思的人，很少講話，而你要聽他講話的話，就會覺得他的想法跟一般的人都不一樣，那麼關於他的故事非常之多，我給大家隻講一兩個。
第一個例子，有一天在他演講完了以後有個學生說：“狄拉克教授，我不懂您剛才所講的理論”，於是狄拉克就又解釋了一下，解釋完了以後，那個學生說：“狄拉克教授您剛才講的這個，跟您以前所講的每一個字都是一樣的”，狄拉克說：“這不稀奇，因為這是最好的講法”。另外一個故事是，他在普林斯頓演講時，為他作介紹的教授在他演講完了以後說：“狄拉克教授可以回答你們的問題”，有的學生就說：“狄拉克教授您剛才那個方程式（3），是怎麼從方程式（2）演化出來的？”，狄拉克不講話，於是介紹他的人等了幾分鍾，就說：“狄拉克教授，請您回答他的問題”，狄拉克說：“他隻講了一句話，他沒有問問題”。
狄拉克最重要的工作，是在1928年，他寫了一篇文章，這個文章上麵有一個很簡單的一個方程式，我念這個方程式給大家聽[pα+mcβ]ψ=Eψ，這是一個非常簡單的方程式，可是這個方程式有不得了的貢獻，它奠定了今天原子、分子結構的基礎，它解釋了為什麼電子有自旋，自旋的意思就是每一個電子都是在那兒像陀螺一樣地轉，電子有自旋這個事情不是狄拉克發現的，在那以前幾年，已經有人提出來，電子一定有一個自旋，可是不知道為什麼要有自旋，剛才我所念出來的這個簡單的方程式，你去了解了它真正的意義以後，你自然而然就知道，電子一定要有一個自旋。而且這個電子的自旋形成一個磁矩，就是像一個小磁鐵，電子有自旋有磁钜這件事情也不是狄拉克發現的，是當時已經知道了，可是沒有人知道為什麼會有磁矩，而用剛才所念出來這個方程式就很自然得知道有磁矩，而且這個磁矩可以定量地用這個方程式算出來。而這個磁矩跟電子軌道行動的關係，也是本來猜想到了，可是不懂為什麼是那樣，也被他的這個方程式所解釋了。你想這樣簡單的一個方程式，把當時困擾大家的三個重要問題都解決了，當然震驚了當時的物理學界。
我想最好的詞來描述這個，就是這是一個“神來之筆”，可是這個被所有的人都認為是絕對的“神來之筆”並不這麼簡單，因為它出了一個新的問題，這個新的問題叫做負能問題，Negative energy，大家知道通常“能”都是正的，他這個方程式，你去算了一下以後，會得出來一個非常稀奇的現象，就是電子可有負能，這個負能當時是不可思議的一件事情，所以很多人懂了他的這個工作的第一步以後，覺得這個東西是妙不可言的，可是又覺得這個裏頭有非常奇怪的、不能夠了解的、絕對不會對的事情，所以以後幾年，就有種種人批評狄拉克，說他這個工作，看起來對是碰巧，其實是不對的。可是狄拉克堅持，到了1931年，他更進一步研究後說：“不但這個負能是應該有的，而且有了這個負能以後，就會發現一個新的，重要的現象”，當時還沒有看見，就是說任何一個電子，都會有一個跟它俱來的叫做反粒子，anti-particle，每一個粒子都有一個反粒子，這個反粒子跟這個粒子完全一樣，可是它的電荷是相反的，這個當時又是大家所不能接受的。有人說你從來沒有看見過任何一個反粒子，你怎麼隨便就講有個反粒子呢？可是過了1年以後，加州理工大學有一個年輕人，他其實是博士生，叫做卡爾·安德森，他在第二年，用雲霧室照出來了一個軌道，這個軌道是一個正電子，正是剛才狄拉克所講的電子的反電子，因為它反粒子，因為它是帶著負電，這樣一來的話，大家知道狄拉克的這個方程式不但是對，而且完全是對的，他預言出來了一個從前大家不曉得的一個新的現象。