学习与科研三步曲
2019-09-10杨振宁
近 日,杨振宁应邀前往中国科学院大学演讲,与近两千研究生分享了自己的学习与研究经历。
“三剑客”之辩
我是1922年在安徽合肥出生的。因为父亲做了清华大学教授,7岁开始,我住进了清华园。我对物理学第一次产生兴趣,是在看了《神秘的宇宙》之后。因为书里讲了在20世纪初物理学中的重大革命,包括了量子学和相对论。
清华大学、南开大学、北京大学联合成立了西南联合大学,1938年开始招生。那年夏天,我中学5年级刚念完,还缺一年才有中学文凭。可是当时因为中学生流失很多,所以教育部下令,中学不毕业也可以参加考试,叫做同等学历,我就以这个资格考进了西南联大。
四年念完后,我又进了西南联大的研究院,两年后获得硕士学位。那时物理系研究生有六七个同班的,我和黄昆、张守廉住在一间屋子里。
我们三个人在西南联大的时候整天辩论,声音很大,所以大家叫我们“三剑客”。记得有一次我们所争论的题目是关于量子力学中测量的准确意义,这是哥本哈根学派一个重大而微妙的贡献。那天从开始喝茶辩论,到晚上关了灯上床,辩论仍然没有停止。我现在已经记不得那天晚上争论的确切细节了,也不记得谁持有什么观点,但是我清楚地记得,我们三人最后都从床上爬起来,点亮了蜡烛,翻看海森堡的《量子理论的物理原理》,来调解我们的辩论。
这种辩论是无休止的,不止物理学的,天下一切的事情都在我们讨论范围。我想这个对于每一个年轻人,这种辩论都是有很大的好处,可以增加知识,增加视野,更增加了解别人的思想方法。
那些重要的人
我一生中2/3的工作在对称理论,是吴大猷先生带我走的;1/3在统计力学,是王竹溪先生带我走的。
一个年轻的研究生,如果能够走到一个领域,而这个领域在以后五年、十年、二十年是发展的话,那么你就可以跟着这个领域共同发展,这是最最占便宜的事情。
在1945年抗战胜利以后,我考取留美公费,到美国芝加哥大学做研究生,获得了博士学位。在芝加哥大学有两位物理教授对我最有影响,一位是爱德华·特勒,那个时候他还不到40岁,是一个聪明绝顶的天才。
在20世纪50年代,大家晓得原子弹做完以后,要用原子弹来引爆一个氢弹。这个窍门很多年没能解决,最后解决这个窍门的主要研究人员之一就是特勒,所以国际上说他是氢弹之父。
另外一位是恩里科·费米教授,他是20世纪最重要的物理学家之一。就是他率领二三十个物理学家,第一个做出反应堆,制造的地方就在芝加哥大学,所以芝加哥大学现在有一个小的广场,上面有一个雕塑是来纪念人类第一次用核能发电。
我在芝加哥大学学的物理對我非常重要,我在西南联大学的物理也非常重要,可是这两种物理的学法有一个分别。
在联大的时候,我所学的物理学方法是推演法(理论——现象)。我到芝加哥大学以后发现,他们想的恰恰是反过来的,即归纳法(现象——理论),从现象开始,归纳出来理论。而我自己觉得在联大时推演法学得非常好,后来根据这个根基,又吸收了归纳法的精神,将二者结合起来,就是我非常大的幸运。
学习没有无用之说
1946年到1947年,是我感觉最困难的一年。因为在昆明的时候学了很多理论物理,可是基本上没做过什么真正的实验,而物理学根基是在最后的实验。
到芝加哥大学的时候,我就下了一个决心,要写做实验的博士论文。当时艾里逊教授在做一个加速器,他带了有六七个研究生,我就是其中之一。前后做了20个月。可是我不会做实验,笨手笨脚的,所以实验室里的同学都笑我:“Where there is Bang,there is Yang!”后来我懂得,自己不是做实验物理的材料,就不做了。
而理论方面我一去就找了特勒,他给了我几个题目,但都不合我的胃口。他喜欢的题目和研究方法跟我不一样。在和他做了一个题目后,他认为结果很好,要我把它写出来,我却写不出来。这样几个月后,他跟我都知道,我们不是一类的理论物理学家,我就开始自己找题目了。
幸亏我在联大的时候学了很多东西,有好几个问题是别人做了,但还没有完全解决,我就把这些问题拿出来研究。
在那一年一共研究了四个问题。第一个是贝特在1930年关于自旋波的数学工作;第二个是昂萨格做的统计力学;第三个题目是泡利关于场论的文章;第四个是特勒的一个理论。
这四个题目我都去研究了,每一个花了好几个礼拜到一两个月。结果前三个都不成功!比如说昂萨格的文章,看不懂。他说把公式一换到公式二里头就得出公式三,照着做果然是对的。说不懂,最主要的是他为什么要这么走?只是跟着一步步操作下来,不能够算了解。
不过幸好第四项做出来的东西,特勒发生了兴趣。他来找我说,你不一定要写个实验的论文,这个题目上做得很好,把它写出来,我就接受这个作为你的博士论文。所以以第四个题目的工作得到了芝加哥大学的博士学位。但由于前三个题目都是没有成功,所以在1947年,我曾经在给黄昆的一封信中,说自己理想破灭。
可是我今天要特别讲的是,前三项花的力量并没有白费,因为后来都开花结果了!
在1948年得了博士学位以后,我留在芝加哥大学做了一年助教。1949年理论物理有个新的发展,叫做重整化理论,是个崭新的理论。芝加哥大学没人做这个。所以我就请求到普林斯顿一个知名的高等研究所做博士后。这是一个很小的机构,只有十几个教授,几百个博士后以及一些访问学者。我在那里前后待了17年。
第一学期因为一个同坐班车的机会,路丁格对我说,昂萨格难懂的文章被一个考夫曼的新方法解决了。他在仅几分钟的功夫里,告诉我新方法的关键部分,是几个反对易矩阵,而我对这部分极熟悉。所以一到研究所,立刻把新的想法用到昂萨格的问题上去。不过用了两三个钟头,就完全做通了。后来我也就成为这个领域的一个重要贡献者。
为什么我能够从路丁格的话得到那么大的好处呢?第一,因为我曾经在昆明仔细做过狄拉克矩阵的研究;第二,更因为在1947年的不成功,但对昂萨格工作的研究使得我对于总体的困难有所了解,问题在哪里比较有掌握。所以等到路丁格的出现,自然会把它们加在一起,也就成功了。
这说明,第一就是要有兴趣!第二就是要花功夫去研究。我花了几个礼拜去研究不成功,但那不要紧,不成功是为后来铺了路;第三是要有机遇,当然这是要有点运气,我那天碰见了路丁格,产生了突破。
要做好一个科学研究,最重要的三个步骤是兴趣、努力的准备和最后突破。这三步曲也是后来我所有研究工作所遵循的路线!