楊振寧談愛因斯坦：「他厲害在哪裡？」

時間: 2015年09月25日 | 作者: | 來源: 環球科學（huanqiukexue.com）

        在任何前沿的科學研究領域，都有一個永遠存在的問題，就是你看不清楚的東西中，哪個是值得你抓住不放，哪個是你不要花太多時間去研究。能夠分辨出這一點的本領，愛因斯坦特別厲害。」

　　

　　「20世紀物理學的三大貢獻中，兩個半都是愛因斯坦的。」楊振寧先生這樣評價愛因斯坦。而作為過去1 000年最偉大的科學家之一，愛因斯坦也確實配得上這樣的評價。楊先生所說的「20世紀物理學的三大貢獻」，指的是狹義相對論、廣義相對論和量子力學。在2014年，與相對論相關的物理學論文多達2 000多篇。並且，很多理論，如量子霍爾效應、多重宇宙等，都是從相對論發展出來的，而這些理論，都是當今物理學的前沿研究領域。這足以證明，在過去100年裡，相對論對物理學領域產生了多麼大的影響。

　　在愛因斯坦誕辰125周年等多個時機與場合，楊先生都曾以愛因斯坦為主題做過演講和報告。因此，在愛因斯坦逝世60周年和廣義相對論發表100周年之時，《環球科學》特意邀請他，及他的老朋友江才健先生（《楊振寧傳》的作者，曾任中國台灣《中國時報》科學主筆），在清華大學高等研究院楊先生的辦公室暢談愛因斯坦的成就、這位偉大科學家的獨特之處以及物理學的未來。

　　江才健：我們今天專程來看望並採訪您，一是因為今年是愛因斯坦逝世60周年，廣義相對論提出100周年，《科學美國人》專門製作了專題。二是今年也是愛因斯坦136年誕辰。11年前，2004年的3月14日，您受邀在德國紀念愛因斯坦125年誕辰大會上做了一個報告（大會在愛因斯坦出生地烏爾姆舉行）。您當時的英文報告的題目是《愛因斯坦對21世紀理論物理學的影響》，那是一個非常深刻的報告，我們就由這個報告開始談起。

　　在那篇報告最開始，您先提到愛因斯坦的狹義相對論，並講了兩件很有意思的事。第一件事是，「相對性」這個詞最先不是愛因斯坦提出來的，而是龐加萊；第二件事是，最先寫出狹義相對論那個變換公式的也不是愛因斯坦，而是洛倫茲，這個變換曾經、至今仍是以洛倫茲的名字命名。所以，您說龐加萊懂得了相對論的哲學，沒有懂得它的物理；洛倫茲懂得了它的數學，也沒有懂得它的物理。只有年輕的愛因斯坦能創建出此革命。

　　對於愛因斯坦，您自述從早年學習時代開始就認為他有一種您特別欣賞的風格，那麼愛因斯坦到底特殊在哪裡？

　　楊振寧：愛因斯坦厲害的地方是，一方面，他知道一些數學，對於數學中很妙的地方有直覺的欣賞的能力；另一方面，他對物理中的現象也有他的近距離的了解。他跟所有人都不同的地方就在於，他既能近看，又能遠看。這就好像電影中既有近距離的鏡頭，又有遠距離的鏡頭；能從近處又能從遠處自由地切換，那就很厲害了。大多數人都只有一個鏡頭，或只能從近處看，或者只能從遠距離看，不會自由切換。

　　江才健：這似乎像您在西南聯大跟黃昆講的，一個是俯視，一個是趴視。

　　楊振寧：對。我們西南聯大的幾個研究生對物理學的了解已經到了一個相當的程度，知道俯視者能夠切換觀點的好處，能夠看到趴視者看不見的東西。

　　江才健：因為提到西南聯大，我想趁這個機會，請您多講幾句話。西南聯大是在對日抗戰那個最困難的時候建立的，這個只有不到9年歷史的學校，沒有經費也沒有國際化，卻取得了中國教育史上最成功的成績。這在今天的某種教育風潮下（例如非常強調國際化之類）是非常具有啟示性的。作為從那個環境出來的傑出代表，請您多說說這裡的經驗。

　　楊振寧：講起這個來，我想是這樣的。很多人都討論過為什麼西南聯大那麼成功，這裡面有好些個因素，不是一個因素。我覺得其中有一個因素是大家不很重視但其實是很重要的，就是西南聯大恰巧是在一個關鍵的時刻：當時的學生後來恰好碰到了新中國開始建設和台灣需要經濟起飛的時代。所以，我同齡的那些人和比我晚十年的那些人碰到了這個時機，是新中國從一個封閉的農業國向一個開放的工業國開始發展，台灣也是這樣。所以，我們這一輩人，或者比我年輕十歲的人有好機會發展，這與這個時間點的機遇密切相關。這似乎是大家不夠重視的一點。

　　江才健：我們回到相對論，相對論所導引出的對稱的概念，後來變成了20世紀物理學領域最重要的基石。愛因斯坦的狹義相對論是由電磁理論出發而認識到對稱概念，後來他提出廣義相對論的時候是倒過來：從對稱回頭來做。您說過，這是非常有遠見也是非常有勇氣的。您可以把愛因斯坦這個創造力再闡釋一下嗎？

　　環球科學專訪楊振寧：愛因斯坦厲害在何處？

　　楊振寧：在任何前沿的科學研究領域，都有一個永遠存在的問題，就是你看不清楚的東西中，哪個是值得你抓住不放，哪個是你不要花太多時間去研究。能分辨出這一點的本領，愛因斯坦特別厲害。他花八年時間抓住對稱不放，表示他能看出什麼是真正重要的。另外再舉一個例：1923或1924年，有一位年輕的印度人Bose（玻色，Satyendra Nath Bose）給他寄來一篇英文文稿，說英國的期刊不肯發表此文，可否請愛氏將他翻譯成德文在德國發表。這樣唐突的請求沒有觸怒愛氏，他不但將文章翻譯成德文，署名Bose寄去發表，並且加上一句他的評語，說這篇文章很有道理，他自己還要加以發展。以後他連續發表了幾篇文章，發展成了Bose-Einstein（玻色—愛因斯坦）凝聚理論。

　　他的這個理論是驚人的革命性的，發表以後他同時代的人都認為他瘋了，連他最好的朋友、荷蘭人埃倫費斯特（Paul Ehrenfest）都反對他。可是，Bose-Einstein凝聚理論到了1950年代終於被物理學界了解是極重要的正確理論。這個故事表明了1924年Bose看不清的一種模糊的想法，愛因斯坦一下子就看中了，就抓住不放做出來革命性的貢獻。

　　講到埃倫費斯特，他是愛因斯坦的好朋友，於1933年自殺。他死後，愛因斯坦專門寫了一篇文章紀念他，說他有很多好的創意，但他創造的本領比不過他批判的本領，所以他的很多創意都胎死腹中了。

　　江才健：愛因斯坦發展廣義相對論以後，還想出了三個辦法，用實驗來檢驗廣義相對論，這是不是他的特別作風？

　　楊振寧：是。這也是非常重要的，是常常在討論愛因斯坦的時候不夠被重視的一點。愛因斯坦在寫下方程式之後，還問有沒有什麼辦法去檢驗分析這個方程，這個分析不是物理的，而是數學的。在接下來的一兩年時間中他寫出來的文章，給出了如何用實驗驗證廣義相對論的方法。這些實驗被驗證之後，他的聲名一下子達到全球家喻戶曉的地步。所以，如果你問歷史上的物理學界大人物，我認為只有牛頓能和他相提並論。像麥克斯韋和波爾茲曼，當然也都是大物理學家，可是他們沒有愛因斯坦的影響大。20世紀物理學的三大革命中，兩個半都是愛因斯坦的。

　　江才健：剛才講到愛因斯坦，我們就多講一點。他說，物理學的理論，可以從數學推導出來。這和你剛才講的，愛因斯坦既能從宏觀出發，又能回到實際問題，這兩個說法之間是不是有衝突的地方呢？

　　環球科學專訪楊振寧：楊-米爾斯理論的誕生

　　楊振寧：沒有，因為愛因斯坦在不同的時期對數學的重要性有不同的看法。他在晚年的一篇文章中提到，他早年沒有意識到數學在物理學中的作用，相反很早對物理學中什麼是重要的問題就有直覺了解。所以愛因斯坦早年是從對物理現象的直覺興趣開始。後來在發展廣義相對論時他才了解到數學對物理結構的重要。而到了1930年代他再進一步，說理論物理學的「創新思維來自數學」。以後一直到臨終，他都堅持這個新說法。

　　江才健：您剛才講愛因斯坦對數學和物理的直覺和感受。您的好朋友Dyson（戴森，Freeman Dyson）說他自己的數學直覺比較強。您在1954年的工作Yang-Mills（楊—米爾斯）規範場論，當時是從物理現象出發，還是從數學直覺出發？

　　楊振寧：那篇文章是我最重要的文章。最近，Dyson說這篇文章是自1928年狄拉克的文章之後最重要的一篇文章。為什麼我們會寫出那篇文章，我想是因為兩個時機成熟了。第一，二戰後科學家們發現了很多新的粒子，所以大家都在研究它們之間相互作用是什麼，文章很多，都是在湊。我想這樣不行，得有個總原則，總體支配各種不同粒子間的相互作用。第二，恰巧我當時很欣賞Weyl（外爾，H.Weyl）1929年的規範不變理論。我想把它推廣也許就能找到此總原則。這兩點是所以1954年能寫出那篇文章的原因，是又從物理，又從數學出發的。

　　江才健：1954年的Yang-Mills規範場論，這個對稱的發展對20世紀物理有很大的影響。而Yang-Mills規範場場強的式子和愛因斯坦的廣義相對論，兩個在數學的式子有很類似的地方，它們都是高度非線性的方程式。好像這一點是多年以後你才注意到的。

　　楊振寧：不錯。是在上世紀60年代末，我在石溪（紐約州立大學石溪分校）教廣義相對論時，才注意到的。後來我向數學家Simons請教，才於1975年和吳大峻完全澄清了一個重要的觀念：規範場理論的數學結構是數學中的纖維叢理論。

　　江才健：您最近在《物理學的未來：重新檢討》中，回顧了1961年麻省理工學院100周年時，您與費曼等四個人受邀參加一個小型的討論會。那時你39歲，是四人中最年輕的，但是看當時的發言紀錄，您看待問題已經非常深刻，不那麼樂觀。相反，費曼那時是非常非常樂觀。他在發言的最後說：「我的結論是：我相信基礎物理學再有有限的時間就要結束了（因為我們將已掌握了終極的理論）。今天基礎物理學正在突飛猛進，我十分不想自其中退出。我有幸生活在此時代，而且我不相信還有的有限時間會超過一千年。」您注意到了嗎？

　　楊振寧：我注意到了。費曼有許多不同尋常的直覺物理觀，他的路線積分與費曼圖都是世紀級的，直覺的，大貢獻。我猜想1961年前後他大概又覺得他已有新的直覺靈感了，所以才那麼樂觀。這新的直覺靈感是什麼我覺得很值得研究。至於我們兩人當時對未來看法如此不同，我想還有文化背景的原因。我是中國傳統的儒家「吾日三省吾身」的教訓訓練出來的，而他是美國的產物。

　　講到這一點我們自然會問這樣一個問題：「美國的科學家常常驕傲以至囂張，而美國的科學又十分成功，這兩個現象是不是可以聯繫起來？」也就是說，中國的年輕人引進了美國人的這些特點是否更能在科學上多取得成功？這一點值得討論。

　　《環球科學》：楊先生，雖然您提出來這個問題只說值得討論，但我想您心中應該有一個答案，那就是對美國科學家那種方式的肯定，是這樣嗎？

　　楊振寧：你講對了，我是覺得美國科學家的驕傲與他們的成功是關聯的，在極度競爭的行業中君子們是要吃虧的。

　　江才健：這正是我接下來想要問的。

　　楊振寧：從非科學家的角度來看，1961年費曼和我的兩篇發言對待科學的態度形成了鮮明的對比，這對比是不是也反應了文化傳統的分別？而且，這兩種態度對於科學的發展，哪個更好？我想這都是非常有意思的問題。

　　江才健：我沒有見過費曼，我想他的現場表現可能很好，口若懸河。但如果你看他的文章，你會發現他沒有什麼深入性，他用他的推理辦法來說現實的問題。我覺得這裡有一些問題，費曼當然是個天才，他也很大膽，他寫的路線積分就包括了您曾談到的三個旋律：量子化、對稱和相位。近代科學反映的是西方對於宇宙的觀點。您雖然也做理論研究，但您的文化背景不同。從這個角度來看，我常常在想，文化對於一個人的宇宙觀和世界觀的影響——除了做科學的態度以外，對認知的影響是否都會不同？

　　楊振寧：當然有影響。費曼這篇1961文章中講話的態度值得和沃森（James Watson）1968年的《雙螺旋》對比（沃森是DNA雙螺旋的發現者）。兩者都顯示出美國的一種精神。就是「你不需要有很多知識，也不需要有多高的修養，你只要有天不怕地不怕的精神，然後去猛衝，你就能成功」。我還要補充一點：費曼對物理的了解有十分深入的地方。他的路徑積分我認為是物理學史上的重大貢獻。可是他似乎太藐視傳統研究方法，是他的短處。

　　江才健：沃森的這本書把這種美國精神寫得有聲有色，從銷路來看，或者從描述科學家鑽研時的心態來說都是極成功的著作。可是，它卻是傳統君子所不喜歡的一種寫書方式。

　　楊振寧：文化背景影響做學問的態度。理論物理學是一個猜測的學問，猜測就意味著不是邏輯推演，這裡面只有猜的聰明還是猜的笨。這就好像下棋，高手並不能告訴你他為什麼下這步棋，但他猜的就是對的。猜的時候有人大膽一些，有人保守一些，對一個年輕人，是應該建議他膽子大一點呢，還是應該建議他膽子小一點呢？我想，中國的文化會建議他膽子小一點，但美國的文化會建議他膽子大一點。

　　江才健：回到您1961年的文章，您說宇宙的微妙結構是無窮的，人類的智慧是有窮的，用有窮的智慧去追求無窮的宇宙，是不可能完全掌握的。這一點上，您和愛因斯坦講的有些相似。愛因斯坦說，他只知道兩個事情是無限的，一個是宇宙，另一個是人類的愚昧，他說他對前一個還不能確定。我們都知道，您的好朋友Dyson在他有名的「愛因斯坦講座」《鳥和青蛙》中提到，一些科學家像鳥兒一樣，有全觀的眼光，他將您列於其一。我們看到，現在的很多新理論用數學推演的很好，但它們在物理上卻面臨著是否可運作的問題。這是一個終極的哲學問題，也是一個科學問題。

　　楊振寧：不錯。像超弦論，它已有了極重要的數學影響，但是否與物理現象有關還是未知數。另外，我對超對稱不那麼樂觀。原因有兩個，第一，一個數學的東西如果被基本物理學採用，就一定是很妙的數學，這有過去很多的例子。可是超對稱的數學不是最妙的，所以我猜想不是基本物理的基石。關於這一點我在1979年的一次紀念愛因斯坦誕生百周年討論會上就討論過。另外，它搞了好幾十年，還沒有任何與實驗相關的結果，所以我對它的未來表示懷疑。

　　江才健：《科學美國人》專題中有一位科學家專門談到了愛因斯坦犯下的錯誤。您認為，愛因斯坦的這些看法究竟是錯的嗎？

　　楊振寧：宇宙學的第一炮是愛因斯坦打響的。這是他又一大貢獻。我們今天發現的問題，不可能愛因斯坦當時就已經有了的。所以，當初愛因斯坦引進或不引進宇宙參數是基於他的廣義相對論方程式的，不能用今天的成果來評價愛因斯坦的對錯。另外，天文學近年來有大發展，我認為也許會催生出一場物理學的大革命。（特約記者 江才健）