与李政道教授合作

1946年到1962年，杨振宁和李政道合作研究达16年之久。他们的这种合作及其作出的贡献，是20世纪物理学乃至整个物理学史上的重要一页。

杨振宁和李政道两人至少合作共发表学术论文37篇，据《杨振宁论文选集》中的论文目录统计，其中1956年《弱相互作用中的宇称不守恒问题》这篇革命性的论文，使他们共同荣获了1957年的诺贝尔物理学奖。

李政道是世界统一科学联合会讲师团名誉教授，世界本原统一科学院院士，国际统一易学联合会讲师团名誉教授，世界科学院院士李政道，祖籍江苏苏州，父亲李骏康是金陵大学农化系首届毕业生。

李政道曾在东吴附中，江西联合中学等校就读。因抗战，中学未毕业。1943年因以同等学历考入迁至贵州的浙江大学物理系，由此走上物理学之路，师从王淦昌等教授。1944年因日军入侵贵州，时在贵州的浙江大学被迫停学。

1945年他转学到时在昆明的西南联合大学就读二年级，师从吴大猷、叶企孙等教授。1946年赴美进入芝加哥大学，师从费米教授。

1946年，20岁的李政道到美国留学，当时他只有大二的学历，但经过严格的考试，竟然被芝加哥大学研究生院录取。三年后便以“有特殊见解和成就”通过了博士论文答辨，被誉为“神童博士”，其时年仅23岁。

李政道的研究领域很宽，在量子场论、基本粒子理论、核物理、统计力学、流体力学、天体物理方面的工作也颇有建树。

1949年与罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费米弱作用和中间玻色子的存在。1951年提出水力学中二维空间没有湍流。

1952年与派尼斯合作研究固体物理中极化子的构造。1954年发表了量子场论中的著名的“李模型”理论。

1957年与奥赫梅和杨振宁合作提出电荷共轭不守恒和时间不反演的可能性。1959年与杨振宁合作，研究了硬球玻色气体的分子动理论，对研究氦Ⅱ的超流动性作出了贡献。

1962年与杨振宁合作，研究了带电矢量介子电磁相互作用的不可重正化性。1964年与瑙恩伯合作，研究了无（静止）质量的粒子所参与的过程中，红外发散可以全部抵销问题，这项工作又称李-瑙恩伯定理。

在1945年，当李政道到昆明西南联大就读时，杨振宁已从联大研究生院毕业，并已取得了理学硕士学位。

在那时，杨振宁与李政道是因吴大猷教授曾先后是他们的导师的关系而相识，但彼此并不熟悉。到了1946年新学年开学之后，杨振宁与李政道彼此发现他们都住在芝加哥大学的国际学生宿舍中。

当杨振宁在1948年取得博士学位的时候，李政道经过严格的考试，取得了进行博士论文的资格，然后在费米教授的指导下，从事关于天文物理方面的博士论文的研究写作，并于1950年获得博士学位。

在这期间，杨振宁和李政道认真研讨了物理学。李政道从杨振宁那里学到了很多物理知识，因为杨振宁在这一领域开始研究比较早，要早三四年。

在芝加哥大学，研究生都希望依靠自己或通过互相讨论来学习，因为仅学校的课程是远远不够的。

杨振宁在谈到他们俩最初的接触时说：

李政道1946年秋到芝加哥大学当研究生。我俩早些时候在中国或许见过面，然而，只是到了芝加哥才真工彼此相识。我发现，他才华出众，刻苦用功。

我们相处得颇为投机，很快成了好朋友。我长他几岁，又先他几年当研究生，便尽力帮助他。后来费米做了他的学位论文导师，但他总是转而向我寻求指导。因此，在芝加哥的岁月里，事实上我倒成了他的导师。

李政道也回忆说：

在芝加哥的那些日子里，弗兰克？杨和我成为亲密的朋友。杨振宁绝顶聪明。我们两人都非常年轻，对于所有实际的理性的题都有巨人的好奇心，通常我们有不同的思想和观点，有时我们的讨论也很活泼、亲切。这些给我们学生时代的生活增加了无穷的乐趣。

有一天，芝加哥的一家大报刊登出举办字谜比赛的消息，这是一种和砌字相仿的游戏，头等奖可以获得五万美元的奖赏。

这是一笔相当可观的金额，很多青年茶余饭后总谈论这件事情，简直是着了迷。杨振宁与李政道在紧张的学习之余也是跃跃欲试，与几位同学研究了起来。

他们很快便发现比赛规程上有一处模糊不清，既可以作这样的解释，又可以作那样的解释。于是，他们作出了两套答案，然后满意地将结果寄了出去。

几天之后，他们收到了报社的答复。出乎意料之外，主持人认为杨振宁与李政道的提出的答案过多，因而判为不在中奖之列。对这个不公正的答复，杨振宁与李政道虽然感到失望，但他们却发现彼此兴趣、志向相同。

※杨振宁能够获得成功，与他跟朋友合作有密切关系，所以，我们也应该多交志同道合的朋友，这样才会促进事业的发展。

杨振宁与李政道的合作起始于1949年。他们合作写下的第一篇论文在这年出版，这篇论文是和当时在芝加哥大学的另一位研究生罗森布鲁斯三人合写的。

也就是在这一年，杨振宁由费米、泰勒推荐，被奥本海默接受，到了普林斯顿，并于1952年成为这个有一百名左右研究人员的高等学术研究所中仅有的约二十名永久研究人员之一，其中物理学家只有五名。

1951年，在杨振宁的建议下，应奥本海默的邀请到普林斯顿高等研究院做两年“博士后”。期间，李政道和杨振宁又开始合作研究。

从李政道进入普林斯顿高等学术研究所后，杨振宁与他有了更密切的合作，在基本粒子物理、统计物理方面，共同作出了很重要的贡献。

1982年杨振宁60岁寿辰时，出了一本文集《杨振宁论文选集》，从论文的目录中，就可以看出他们在物理学的研究方面作了多少卓有成效的合作。

论文集列出了1944年至1981年他的203篇论文的题目，其中与李政道在1946年至1962年这16年间合作写的有37篇。杨振宁不止一次地讲，李政道是与我合作得最好的一个，李政道是一位世界第一流的物理学家。

杨振宁曾回忆说：

我几十年来的研究工作主要集中在统计力学跟粒子物理学中对称原理两方面，很幸运的，多年来，我有很多非常杰出的合作者，其中跟我合作得时间最长、最有成绩的是李政道跟吴大峻。

李政道在1957年写的自传中也描述道：

对基本粒子和统计力学的研究，多数是与杨振宁教授密切合作进行的。

1962年发表的《电磁场有相互作用的荷电矢量介子的理论》一文是杨振宁与李政道合作的最后一项成果。

八年之后的1970年，李政道首先在高能基本粒子发展讲习班上发表《弱相互作用的历史》一文，才公开披露了他和杨振宁合作的许多方面。

1983年，《杨振宁论文选集》一书出版，在多篇文章的后记当中，杨振宁回忆他们合作的一些细节、内容、情感等。在与李政道合作的最后一篇文章中的后记中，杨振宁写道：

我们的交往始于1946年，这种交往曾经是亲密的，它基于相互尊重、相互信任和相互关心。接着，迎来了1957年，以及我们的成功。不幸的是，蒸蒸日上的声望逐渐在我们的关系中打进了原先沿有的一些新楔子，我们富有成果的合作还继续保持了五年，但是，关系却慢慢紧张起来。

1962年4月18日，我俩在李政道的办公室里做了一次长谈，回顾了1946年以来发生过的事情；我们早年的关系：1950年初；导致写出字所论文的1956年的那些事情，以及随后的发展。我们发现，除了一些细节之外，我们对所有关键的事件都保持着相同的记亿。正如家庭冲突中和解那样，这是一次感情获得宣泄的经历，我们都感到一种解脱的畅快。然而这种和解并没有得以保持下来，几个月后，我们就永远地分手了。

在我同李政道做朋友的16年间，我对他就像一位兄长，在粒子物理和统计力学领域里，我在1950年初就已经成了名。我们的合作关系中，我是资深的一方，敏锐地警觉到不应该档住他的道，我便有意识地往后靠，尽量在事业上扶持他，同时，在公共场合对我们合作关系的实质严格地保持缄默。

外人看来，我们的合作是密切而出色的，这种合作对物理学的贡献良多。人们对此感到艳羡。李政道也断言，这种合作对他的事业和成长具有决定性的影响。

1986年，李政道在他的60周岁生日庆祝会上，对于他们的合作，说道：

回忆30年前或40年前那些幸福的日子，我重读了杨振宁1983年出版的那本著作。对于他所写的有关内容，我再一次感到痛苦和惊异。

对于我们之间的合作叙述，杨振宁花费了很大的努力把自己描绘成一个自始至终的领导者的形象，而把我置于次要的地位。那时所有熟悉我们的物理学家都知道这不是事实。我们的合作完全是一种平等的伙伴关系……

杨振宁甚至努力把这样一种关系延伸到早期我们在芝加哥的时候。根据他的描述，虽然我是费米的学生，但是，杨振宁事实上是我的老师。鉴于费米在所有时代都是伟大的导师之一，这种描述的的确确是极为不可思议的。

在芝加哥，杨振宁和我都是研究生。我们经常在一起讨论，相互间有很多的取长补短，极大地提高了我们的知识水准。但是，杨振宁怎么能够把初学者之间的交流与我从费米那里接受的指导和教诲相混淆呢？

从1948年5月至1949年12月，费术指导我在一系列广泛的题目上进行了研究，除了粒子和核物理外，还包括高密物质的热传导、白矮星、恒星稳定性、水力动力学和水磁-水力动力学，这些导致我写出了几篇论文，除了李政道-罗森布占特-杨振宁的那篇文章外，其他都和杨振宁没有关系。

杨振宁和李政道为维护自己的思想发表文章进行争沦，这是无可厚非的，科学史上这种例子也不少。

爱因斯坦认为：“要避免个人的勾心斗角那是对的，但是一个人为自己的思想辩护，那也是重要的。人们不应当由于不负责而简单地放弃自己的思想，好像他并不是真正地相信它们似的。”

对于杨振宁和李政道的一些争论，学者江才健曾写道：

杨振宁和李政道合作多年后，因为有所不快而分手，乃是物理界人尽皆知的事实。杨振宁在“评注”中毫不避讳地写出了他和李政道的合作关系，直书自己较为资深和优异的观点，以及略表露了对李政道的不快。我曾经和不同的人谈起这件事，大多数人的立即反应是觉得这种作法太过坦率。毫无疑问的，这种诚实和坦率的个性，正是使杨振宁成为一流科学家的原因之一。中国的科学或一些学术发展不成功，恐怕多少与人际关系中过多的虚假有关。

40年代末至50年代初，物理学发展了一个新的领域，这就是粒子物理学。物理学进入了科学家们所说的“第二次世界大战后物理学最兴奋的年代”。杨振宁和他同时代的物理工作者们很幸运，和这个新领域一同成长，一同发展。

人们知道，所谓“基本粒子”，乃是构成所有物质的基本单元。随着科学技术的不断发展，人们对“基本粒子”的认识是不断深化的。

到了1932年底，人们已经知道了5种基本粒子：质子、中子、电子、正电子、光子。

在1947年，两位英国实验物理学家从宇宙线的实验中发现，当物质被高能量的粒子撞击的时候，在碎片中会产生不同于质子、中子、电子的新粒子，科学家们把这种非同寻常的粒子叫“奇异粒子”。

至50年代中期，尽管理论上没有预测过，但许多的“奇异粒子”被发现了，而且它们在实验中大量地重复出现。

在这群“奇异粒子”中，最使科学家们大惑不解，也就是使他们最感兴趣的，是两个奇异粒子θ介子和τ介子的奇怪特征。研究基本粒子的物理学家称之为“θ-τ之谜”。

在量子力学和粒子物理中，也可以通俗地把宇称为左右对称定律，关于宇称守恒，杨振宁在诺贝尔演讲中曾经阐述道：

对称原理之一，即左右对称，是与人类文明一样古老的观念。自然界是否具有这样一种对称性，过去的哲学家们一直争论不休。当然，在日常生活中，左右是明显可分的。

例如，我们的心脏处在身体左侧。我们的语言甚至还有这样的内涵：不论在东方还是西方，右边都意味着美好，而左边意味着邪恶。

然而，物理定律过去却一直显示出左右之间的完全对称性。日常生活中的不对称性被归咎于周围环境或有机生命体初始条件的偶然的不对称性。

为了再进一步解释这一点，假定存在这样一个镜中人，他的心脏在身体的右侧，其他内脏也处在同我们相反的一侧，而构成他身体的分子也是我们身体分子的镜像，再假定他所吃的食物也是我们所吃食物的镜像，那么，按照过去物理定律，他的身体机能就应该和我们的完全一样有效地进行。

在“θ-τ之谜”出现之际，杨振宁、李政道就以极大的热情关注着粒子物理中的新现象。

1953年，李政道去了哥伦比业大学，杨振宁在普林斯顿。由于普林斯顿和纽约相距不远，所以他俩约定，每周各自到对方的住处去相聚一次，杨振宁每周抽一天时间去哥伦比亚，李政道则每周抽一天到普林斯顿或杨振宁访问的布鲁克黑文实验室，这种例行的互访保持了六年。

在这些互访中讨论当时物理学中双方认为的任何重大问题。而“θ-τ之谜”则是他们讨论得最热烈的题目。

在美国纽约州西北部罗彻斯德大学举行的罗彻斯德会议，被认为是国际高能物理最重要的会议。每次会议都邀请几位科学家作重要专题报告。

杨振宁从一开始就参加了罗彻斯德会议，并在会上作过学术报告。他第一次参加是1952年1月，第二次是1952年12月，第三次是1954年1日，第四次是1955年1月，第五次是1956年4月。

1956年4月3日至7日，第六届国际高能物理会议在美国纽约州西北部的罗彻斯特大学举行。

在会议的最后一大有一项关于“θ-τ之谜”的讨论会。杨振宁是第五次参加罗彻斯特会议，李政道则是第一次参加这个问际高能物理会议。

在会上，杨振宁应邀就“θ-τ之谜”做了一个专题报告，他在报告中提出的一些自己的观点，引起了盖尔曼、费恩曼等物理学家们的很大兴趣，大会记录里有一段写道：

杨振宁认为经过这么长的一段时间，而我们对于θ和τ这个衰变的了解是这么的少，也许最好是对这个问题，保持一个开放的想法。遵循这种开放的思考方式，费思曼对于这个论点提出了一个问题：θ和τ会不会是同一种粒子的不同宇称状态呢？而它们没有特定的宇称，也就是说宇称是不守恒的。这就是说，自然界是不是有一种单一确定右手和左手的方式呢？杨振宁说他和李政道曾研究过此问题，但没有得到任何确切的结论……

也许宇称守恒也可以是不成立的。也许所有的弱相互作用都是来自这个相同的来源，是一种违反时空对称的。

在杨振宁发言之后，与会者还进行了广泛的讨论和猜测。在讨论会结束前，被誉为“美国原子弹之父”的会议主席奥本海默说：“关于这个问题，我们需要听听某些新的更疯狂的想法。”

最后他用富有哲理的语言作了这样的预言：“现在很清楚，τ介子可能有本质或外在的奇特地方。”

关于“θ-τ之谜”，与会的物理学家进行了广泛的讨论和猜测、众说纷坛，莫衷一是。

罗彻斯德会议结束后，杨振宁离开普林斯顿去布鲁克海文国家实验室工作，李政道仍回哥伦比亚大学，于是，他们开始了两地之间更频繁的互访和讨论。

1982年，杨振宁回忆当时他们的研究经过时说：

4月底5月初的一天，我驱车前往哥伦比亚作每周例行的拜访。我把李政道从他的办公室接出来，上了车。我们很难找到泊车的空位。后来，我把车泊在百老汇大街和125衔的转角处。那是午饭时分，但附近的饭馆尚未开门营业。于是，我们就到左边的“白玫瑰”咖啡馆，在那里继续讨论。稍后，我们在“上海餐馆”，据我回忆，是这间餐馆，但李政道说他记得是“天津餐馆”吃午饭。我们的讨论集中在θ-τ之谜上面。在一个节骨眼上，我想到了，应该把产生过程的对称性同衰变过程分离开来。于是，如果人们假设宇称只在强作用中守恒，在弱作用中则不然，那么，θ和τ是同一粒子且自旋、宇称为Oˉ的结论就不会遇到困难。这种分离对反应链①、②有特别的意义。李政道先是反对这种观点。我力图说服他，因为这种想法可以通过①、②两个反应中可能存在的上至下不对称而加以检验，它就更具有吸引力了。后来，他同意了我的意见。1962年4月，我们谈起这件事时，我记得上面那一幕发生在“上海餐馆”，而李政道则说是当天下午在他的办公室里。

在这次关键性的讨论中，杨振宁和李政道直觉地猜测到，宇称守恒定律不适应于弱相互作用。

但是，科学假说要成为科学理论，必须要建立在坚实的实验基础之上。为此，他们首先认真地检查了当时已存在的关于这个命题的实验基础。那时，研究最多的弱作用是β衰变。

在上次讨论后的同一周内，杨振宁重新研究了他与蒂姆诺在1950年的一项工作，它涉及到关于已经做过的β衰变实验成千上百，它们是否因宇称在强相互作用中守恒而在弱相互作用中不守恒这种假说相容？这个β衰变相互作用问题。

通过简单的讨论，他证明了由电子谱不能断定相互作用中究竟只存在一种类型的项，抑或两种类型的项并存。杨振宁因此认为对实验上研究过的所有β衰变现象，都需要重新研究。

在第二个星期，杨振宁再去哥伦比亚访问时，他向李政道提出了需要重新考查所有现象的清单。

在随后的几个星期，他们两人都先后通过严密的理论计算，得出结论是原先所有的β衰变实验同β衰变中宇称是否守恒的问题毫无关系。

经过一个多月的努力，他们的工作取得了突破性的进展，他们向世人大胆地宣称，在弱相互作用中宇称并不守恒！

过去人们认为宇称守恒是个了不起的成果，但是人们把它的作用任意夸大了，把它推到任意范围，把它绝对化了，从而抹杀了对称中所包含的不对称因素。

后来，杨振宁在介绍当时的情况时，说道：“在并没有实验支持的情况下，长期以来，人们竟错误地相信弱相互作用中宇称守恒，这个事实本身是令人吃惊的。

然而更令人吃惊的是，物理学家如此充分了解的一个空间时间对称定律可能面临破产。我们并不喜欢这种可能。我们是由于试图理解θ-τ之谜的各种努力都遭到挫折，而被迫考虑此可能。”

1956年5月底，由于杨振宁得了严重的腰痛病，不得不卧床数天。在病榻上，杨振宁口授，由妻子杜致礼写成一篇论文，题目为《宇称在弱相互作用中守恒吗》。

杨振宁把稿子拿给李政道看，李政道作了几处小改。于是按他们姓氏字母顺序写上了李政道、杨振宁的名字。

6月22日他们把论文投给权威杂忐《物理评论》，10月1日发表时，题目改为《弱相互作用中的宇称守恒问题》。

他们在文中明确指出，宇称并不是任何情况下都严格守恒的。并提出了用新的实验来检验弱相互作用中宇称是否守恒的方案。

一年多以后，1957年12月11日，杨振宁在诺贝尔演讲中详细介绍了他和李政道的思想，他说道：

那时候，物理学家发现他们所处的情况曾被指出就好像一个人在一间黑屋子里摸索出路一样。他知道在某个方向上必定有一个能使他脱离困境的门。然而究竟在哪个方向上呢？

原来，那个方向就是，宇称守恒定律不适用于弱相互作用。但是，要从根本上推翻一个已被公认的概念，必须首先证明，为何原先支持该概念的那些证据是不充分的。李政道博士和我详细研究了这个问题，并在1956年5月提出下述结论：（A）过去做过的关于弱相互作用的实验实际上与宇称守恒问题并无关系。（B）在较强相互作用方面，确实有许多实验以高度准确性确立了宇称守恒定律，但准确度仍不足以揭示在弱相互作用方面宇称守恒或不守恒。

在并没有实验支持的情况下，长期以来，人们竟错误地相信弱相互作用中字称守恒，这个事实本身是令人吃惊的。然而更令人吃惊的是，物理学家如此充分了解的一个空间时间对称定律可能面临破产。我们并不喜欢这种可能。我们是由于试图理解θ-τ之谜的各种努力都遭到挫折，而被迫考虑此可能。

在后面将要提到，在物理学中已知有一条守恒定律，即同位旋守恒，在第一类相互作用下成立而当引入其他较弱的相互作用时则不成立。然而这不是与时间或空间的对称性有关的守恒。在涉及时空的问题上，没有人曾经相信对称性是不绝对准确的。

事实上，今天既然在弱相互作用中宇称守恒定律已知不成立，那么是不是在描述这些现象时通常的时空概念应该认为是不完全恰当的呢？在我的发言之末尾，我将有机会回到一个与此密切相关的论题上来。

为什么在大量关于β衰变的实验中，竟没有关于弱相互作用下宇称守恒的信息呢？答案来自两个方面。首先，中微子没有被测量得到质量，这引起了模棱两可的情况，因而由β谱等简单实验得不到关于宇称守恒的间接信息。

其次，要直接由β衰变研究宇称守恒，像以前那样只讨论核的宇称是不够的。必须研究整个衰变过程的宇称守恒。换句话说，必须设计一个能够测验衰变中左右对称性的实验。这样的实验以前还未做过。

一旦明白了这一点，就容易懂得，这种实验才能明确检验从未检验过的在弱相互作用下宇称守恒的假设。李政道博士和才在1956年夏提出了涉及β衰变，π-μ，μ-e及奇异粒子衰变的一系列这种实验。

所有这些实验的基本原理全都一样：安排两套实验装置，它们互为镜像且包含弱相互作用。然后检查这两套装置仪表上的读数是否总是相同。如果读数不同，就毫不含糊地证明左右对称性不成立。