李政道逝世:享年98歲,系首位華人諾獎得主,和楊振寧共同提出“宇稱不守恆定律”

著名物理學家李政道逝世,享年98歲。

消息最早來自復旦物理教授施郁的微博帳號。後@中國新聞周刊等也證實了該消息。


李政道是最早獲得諾貝爾獎的華人科學家之一,1957年與楊振寧一起因發現「弱作用下宇稱不守恆定律」獲得諾貝爾物理學獎。

他也因李模型、相對論性重離子碰撞(RHIC)物理、和非拓樸孤立子場論等領域的貢獻而聞名。

除了學術成就之外,他還對中國科學發展起到了巨大的推進作用:建議和協助建造了北京正負電子對撞機,建議成立國家自然科學基金、建立博士後製度。

首次登上諾貝爾獎壇的華人

李政道,1926年11月24日出生於上海,祖籍江蘇蘇州。

1956年,當時擔任哥倫比亞大學教授的李政道和楊振寧二人,在美國《物理評論》上發表了合作提出的宇稱不守恆理論假設。

宇稱不守恆定律是指:

在弱相互作用中,互為鏡像的物質的運動不對稱,由吳健雄以鈷60驗證。


李政道(左)、楊振寧(右)合影


在1956年以前,科學界一直認為“宇稱守恆”,也就是說,一個粒子的鏡像與其本身性質完全相同。

具體來說,當時的科學家發現θ和τ兩種介子的自旋、質量、壽命、電荷等完全相同,多數人認為它們是同一種粒子,但θ介子衰變時產生兩個π介子,τ子衰變時產生3個,這又說明它們是不同種粒子。

但李政道、楊振寧二人深入研究後,大膽斷言,τ和θ是完全相同的同一種粒子(後來被稱為K介子),但在弱相互作用的環境中,它們的運動規律卻不一定完全相同。

換個通俗的說法就是,這兩個相同的粒子如果互相照鏡子的話,在鏡子裡和鏡子外,它們的衰變方式不一樣。

也就是說,「θ-τ」粒子在弱相互作用下是宇稱不守恆的。

該觀點被稱為「李-楊假說」。

起初,科學界還是認為這一組粒子是個特殊例子。

但此後不久,華裔實驗物理學家吳健雄巧妙驗證了「宇稱不守恆」——精準地說,1957年處,美國有三組科學家幾乎同時透過實驗結果證實了這個理論假設。

從此,宇稱不守恆真正被承認為一條具有普遍意義的基礎科學原理。


1957年4月,憑藉弱相互作用中宇稱不守恆理論,李、楊二人獲愛因斯坦科學獎。

同年10月,二人獲頒諾貝爾物理學獎。


瑞典國王給李政道頒獎。


此時距離李楊兩人發表論文僅13個月的時間,李政道只有31歲,史上第二年輕的諾貝爾物理學獎得主(最年輕得主為英國物理學家威廉·勞倫斯·布拉格,當時25歲)。

兩人也成為首次登上諾貝爾獎壇的華人學者。

獲得諾獎後,李政道也與楊振寧展開了其他計畫的合作。

如二人建立了統計物理學中多體問題通用理論框架,也一起與物理學家、MIT教授黃克孫共同研究了玻色硬球系統的統計。

哥大創校200餘年最年輕教授

讓我們把時鐘往前撥動,回顧李政道的求學生涯。

公開消息顯示,李政道自幼展露出對數學和物理的獨特興趣,4歲時認字,並開始學習心算加減法。

中學時期,《膨脹的宇宙》等科普書籍激發了他對物理的濃厚興趣;受戰爭影響,他輾轉多地求學,高三時因學業優秀被聘為低年級物理和數學代課教師。

1943年,李政道透過全國大學統一招生考入浙江大學電機系。

但入學一個月後,在浙江大學物理系教授束星北(理論物理學家,中國雷達之父)和王淦昌(核物理學家,中國科學院院士)的影響和建議下,李政道改讀物理系。

當時物理系學生少,課程與化學工程系合併,但束星北常與他討論物理,李政道建立了對物理學的整體認知。

後來,李政道一度投筆從戎,但因受傷而擱淺。

1945年,19歲的李政道亦北京大學學生身份,轉學到西南聯合大學物理系大二。此期間,他的老師有中國物理學之父吳大猷、中國近代物理學奠基人葉企孫等人。

因種種原因,李政道從未取得正式的小學、國中、高中和大學本科畢業文憑。


求學西南聯大的李政道


1946年,受研發原子彈“種子計畫”,經西南聯合大學遴選及物理系教授吳大猷力薦,李政道獲國家獎學金赴美留學。

他的目的地是芝加哥大學——但由於沒有大學本科文憑,只能先當非正式生。

後因選學氫彈之父愛德華·泰勒開設的量子力學課程,成績突出,由泰勒引薦給諾貝爾物理學獎得主恩利克·費米,成為芝加哥大學的正式研究生。

1950年6月,李政道攻讀下芝加哥大學理論物理學博士學位,其畢業論文為《白矮星中的氫含量》。

論文中闡明,白矮星內的氫含量不大於1%,將白矮星的錢德拉塞卡極限上限質量斷定為後來科學界所公認的1.44倍太陽質量。

這項結論收到諾貝爾獎物理學獎得主蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡的讚賞,論文也獲得校長獎。一時之間,李政道被譽為「神童博士」。


博士期間的李政道


獲得博士學位後,李政道在芝加哥大學、UC Berkeley (加州大學柏克萊分校)和普林斯頓研究院從事研究工作。

1953年,27歲的李政道前往哥倫比亞大學物理系擔任助理教授,兩年後升任副教授。

入職哥大的第二年,李政道建立了「李模型」。

這是量子場論中少有的可解模型,對後來的場論和重正化研究有重大影響。

1956年,當時30歲的李政道獲聘哥大教授,創下該校自1754年創造200餘年來最年輕教授的紀錄。

1960年,李政道開始擔任普林斯頓高等研究院教授,同時以兼任教授身份在哥大任教。

1964年,李政道當選美國國家科學院院士。

致力於推動祖國科學事業

1972年,李政道自46年出國後第一次回國。

從這之後,他的人生除了研究物理學之外,又多了推動祖國科學事業發展這第二條主線。

70-80年代,李政道曾針對科學人才培育提出多項建議,都獲得採納:

  • 建議開設了中科大少年班
  • 建議建立了博士後流動站制度
  • 建議成立了國家自然科學基金委員會
  • 建議並協助建造了北京正負電子對撞機

李政道也積極促進中美在科學上的交流合作。

1978、1979年期間,李政道從中牽線,安排中國高能物理考察團赴美考察,雙方簽訂合作協議,為中國發展高能物理、建造高能量加速器鋪設道路。

並且在1979年,李政道親自回國授課,在北京友誼賓館科學會堂連講七周,主要是「粒子物理學和場論」和「統計力學」兩門。

不只如此,他長期反覆在中美各所大學之間遊走,最終促成了CUSPEA計畫。

CUSPEA,全稱中美聯合培養物理類研究生計畫,是1979年到1989年間,中國用來選拔派遣學生到美國攻讀物理專業研究生的考試,由李政道和中國物理學界合作創立。

要知道,當時沒有向北美派遣留學生的管道,直到80年代初期,國內還沒有GRE和托福考試。

但透過CUSPEA,10年期間,有近千名有中國物理系學生留學深造,培育了電流變/磁流變液物理學家陶榮甲、洛克斐勒大學教授任海滄等人。

1994年,李政道當選為中國科學院外籍院士。

2006年,北京大學成立高能物理中心,李政道擔任首任主任。

2016年,在李政道的呼籲下,上海交通大學成立李政道研究所,推動物理學及其跨領域研究。

李政道晚年也活躍在物理學學術研究的前沿,2008-2010年期間,與學生合作提出「時間子」(timeon)概念,並行表多篇論文。

當初宇稱不守恆,是研究為什麼左跟右有分別。時間子就是要證明,時間就是有過去和未來之分。

(量子位元)