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李政道

李政道

李政道(1926年11月24日—)(英文名Tsung Dao Lee,发表文章时署名T. D. Lee,中文拼音Li Zheng Dao),美籍华裔物理学家。著名的物理学贡献有:宇称不守恒、李模型、KLN(Kinoshita-Lee-Nauenberg,木下-李-诺恩堡)定理、粒子物理、相对论性重离子碰撞(RHIC)物理、高能重离子物理、量子场论的非拓扑性孤立子和孤立子星以及破解粒子物理中的θ-τ之谜。1957年,他31岁时与杨振宁一起,因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖。这“是基本粒子领域中的重大发现”。他们的这项发现,由吴健雄的实验证实。李政道和杨振宁是最早获诺贝尔奖的中国人。

 

生平简介

 

李政道,中国第一位诺贝尔奖获得者,1926年11月24日生于上海,祖籍江苏苏州,父亲李骏康是金陵大学农化系首届毕业生。李政道曾在东吴大学(苏州大学)附中,江西联合中学等校就读。李政道在上海中学时期的教育因日本入侵被迫中断,因此他没有得到中学文凭。尽管如此,在1943年,李政道以同等学历考入浙江大学(注:抗战时期,流浪学生颇有“证件流失”者,“同等学历”允许无证件的学生也能参加考试,但必需考分在5%最高成绩中。)。

李政道--少年

当时的浙大因战争迁至贵州。入学不久,李政道在物理方面的天赋渐露锋芒。浙大的物理教授束星北,王淦昌等对李政道进行启蒙教育,使得他对物理学的兴趣迅速增加。之后在1944年,日本进一步入侵贵州,时在贵州的浙江大学被迫停学,又使他的学业中断。1945年秋,李政道转学考入昆明的西南联合大学(由从北京南迁的北京大学和清华大学及从天津南迁的南开大学组成),为大二的转学生。在那里他自己毛遂自荐,遇到了他的恩师吴大猷,当时的北京大学物理系教授。在大学二年级末,1946年经吴大猷教授的推荐,李政道获得中国政府奖学金赴美攻读研究生。1946年,李政道进入芝加哥大学,并被诺贝尔物理学奖获得者、物理学大师费米(Enrico Fermi)教授挑选为他的博士生。在费米的指导下,李政道于1950年获得博士学位。之后,从事流体力学的湍流、统计物理的相变以及凝聚态物理的极化子的研究。

李政道

1953年,李政道加入哥伦比亚大学,为物理系助理教授,主要从事粒子物理和场论领域的研究。三年后,1956年29岁的李政道任哥大正教授,是哥伦比亚大学建校200多年历史上最年轻的正教授。他开辟了弱作用中的对称破缺、高能中微子物理以及相对论性重离子对撞物理等科学研究领域。1984年他获得全校级教授(University Professor)这一最高职称,至今仍是哥伦比亚大学在科学研究上最活跃的教授之一。他在哥大最初的工作是关于量子场论中的可解模型,现在被称之为李模型。不久,他的注意力转移到粒子物理,开始关注K介子之谜的进展。在1956年初,李政道意识到解决这个谜的关键在宇称不守恒。在他的建议下,第一个实验测量是由施泰因贝格尔(Steinberger)组进行的超子衰变实验。当时,这个实验的结果仅给出了宇称可能破坏的2个标准偏差。在这个可行性研究结果的激励下,李政道与包括杨振宁在内的其他同事对弱相互作用中P, T, C和CP可能的破坏进行了系统的研究。在吴健雄与她的合作者关于宇称不守恒的实验得到肯定的结果之后,李政道与杨振宁荣获了1957年诺贝尔物理奖。

李政道

1960年代初,李政道与他在哥大的同事开创了高能中微子物理的重要领域。这导致了1962年在布鲁克海文国家实验室的署名的Lederman-Schwartz-Steinberger实验,这个实验揭示了存在着两种不同的中微子分别伴随电子与 介子。1964年李政道与诺恩堡分析了与零质量粒子相关的发散。他们描述了一种普适方法,这种方法被称为KLN定理。这个定理在QCD物理当今工作中一直起着重要作用,而且仍然是粒子物理的关键热点课题。1974到75年,李政道发表了题为“高密度下一种物质的新形态”系列文章。这些文章开创了RHIC物理的现代领域,至今仍统领整个高能核物理领域。

除了粒子物理外,李政道活跃于统计力学,天体物理,流体力学,多体系统,固体物理和格点QCD等领域。1983年李政道发表了题为“时间能否成为离散动力学变量?”的文章。这篇文章是李政道和他的合作者,用平移和转动变换的连续群下是严格不变的差分方程描述基本物理的一系列论文的开创篇。从1975年起,李政道与同事一起开创了非拓朴孤立子领域。之后在80年代和90年代他一直工作在这几个领域中,并致力于孤立子星和黑洞的研究。

李政道夫妇

1997年,李政道建立RIKEN-BNL研究中心,并兼职为中心主任。2004年,中心与李政道主持的哥伦比亚大学研究小组合作建成拾万亿次超级计算机。在理论研究方面,李政道与Friedberg发展了一系列解薛定谔方程新方法。这种方法获得长期没有能被解决的量子简并双壁位势中的收敛迭代解与其他瞬子问题解。近来,他们在发展另一新系列名为“时间子”(Timeon)的理论。在这里,李政道预测有一种新的,能够产生过去和将来之间差异的粒子,称之为“时间子”。

近年来,李政道将他的研究兴趣集中到所有的物质是怎么组成的这个最基本的物理问题上。我们现有的所有物质都是由12种基本粒子构成,6个夸克,6个轻子。它们又各分2族。每一族都是由具有相同电荷的三个粒子组成的。李政道的研究重点在探讨轻子内和夸克内的转换现象,而这种转换是由两个 3×3矩阵描述。李政道将这两个矩阵称为粒子物理的奠基石。

李政道夫妇

现在,他的兴趣转向高温超导波色子特性,中微子映射矩阵,以及解薛定谔方程的新途径的研究。如今耄耋之年的他仍奋斗在物理研究的第一线,不断发表科学论文。

1998年1月23日,李政道将其毕生积蓄30万美元,以他和他的已故夫人秦惠(竹君)的名义设立了“中国大学生科研辅助基金”,资助北京大学、复旦大学、兰州大学和苏州大学的本科生从事科研辅助工作。李政道为中国教育事业的发展,为科学事业后继有人,用心良苦,竭尽全力。

李政道夫妇

 

心系祖国

 

自20世纪七十年代初,他和夫人开始回国访问,为祖国的科学和教育事业做了很多贡献。他积极建议重视科技人才的培养,重视基础科学研究,促成中美高能物理的合作,建议和协助建造北京正负电子对撞机,建议成立自然科学基金,设立CUSPEA,建议建立博士后制度,成立中国高等科学技术中心和北京大学及浙江大学的近代物理中心等学术机构,设立私人教育基金,对艺术和中国的历史文化有着强烈的兴趣,个人亦喜随笔作画并积极倡导科学和艺术结合。

李政道回国期间,周总理请李政道为中国延揽海外优秀科学家,李政道则向周总理询问恩师束星北的下落,答曰不知,求见也未结果。

1972年10月,周恩来和李政道在一起

李政道十分关心中国物理学的发展,自1972年起多次回中国访问讲学。1980年以来,他发起组织美国几十所主要大学在中国联合招收物理学研究生,为培养中国青年物理学家作出了贡献。他受聘为暨南大学、中国科学技术大学、复旦大学、清华大学等校的名誉教授,中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

 

科学研究

 

早年

 

1926年11月25日,李政道诞生于上海。他自幼酷爱读书,整天手不释卷,连上卫生间都带着书看,有时手纸没带,书却从未忘带。抗日战争时期,他辗转到大西南求学,一路上把衣服丢得精光,但书却一本未丢,反而一次比一次多。

1974年5月,毛泽东接见李政道

 

职业生涯

 

李政道1956年和杨振宁合作,解决了当时的θ-τ之谜──就是后来称为的K介子有两种不同的衰变方式:一种衰变成偶宇称态,一种衰变成奇宇称态。如果弱衰变过程中宇称守恒,那么它们必定是两种宇称状态不同的K介子。但是从质量和寿命来看,它们又应该是同一种介子。他们通过分析,认识到很可能在弱相互作用中宇称不守恒,并提出了几种检验弱相互作用中宇称是不是守恒的实验途径。次年,这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实。因此,李政道和杨振宁的工作迅速得到了学术界的公认,并共同获得了1957年诺贝尔物理学奖,由于当时李政道为中国国籍,国际上公认其为中国第一位诺贝尔奖获得者。

一九五七年部分诺贝尔奖获得者合影

 

研究领域

李政道

 

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。

李政道和杨振宁

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。20世纪60年代后期提出了场代数理论。70年代初期研究了CP自发破缺的问题,又发现和研究了非拓扑性孤立子,并建立了强子结构的孤立子袋模型理论。70年代后期和80年代初,继续在路径积分问题、格点规范问题和时间为动力学变量等方面开展工作;后来又建立了离散力学的基础。

《李政道传》

 

自述摘录

 

一九四五年的春天,忽然有一个胖胖的,十几岁孩子来找我。拿了一封介绍信。信是一九三一年我初到密其根大学遇见的梁大鹏兄写的。梁不习物理,十几年未通音讯了,不知怎样会想起我来。他介绍来见我的孩子叫李政道。他原在宜山浙江大学,读过一年级,因为日军逼近宜山,他便奔去重庆。他的姑姑认识梁,梁便介绍李来昆明见我。那时是学年的中间,不经考试,不能转学,我便和联大教二年级物理数学课程的几位先生商量,让李去随班听讲考试,如他合格,则候暑假正式转学入二年级时,可免他再读二年级的课程。其实这不过是我自己以为合理的办法,并未经学校正式承认许可的。

李政道、杨振宁两家在普林斯顿大学合影

李应付课程,绰有馀裕,每日都来我处请我给他更多的阅读物及习题。他求知心切,真到了奇怪的程度。有时我有风湿痛,他替我捶背。他帮我作任何家里的琐事。我无论给他甚么难的书和题目,他很快的做完了,又来索更多的。我由他的作问题的步骤,很容易的发现他的思想敏捷,大异寻常。老实的说,在此后的一年中,我因为自己的问题──冠世(吴博士之夫人──编者)的卧病;每日的买菜,升炉,煮饭;物价的日日上涨,实在没有心绪来预备许多的参考书和题目给他。好在他的天资高,亦不需我的讲解。

《科学巨匠:李政道》

一九四五年,曾昭抡先生忽然来找我,说军政部部长陈辞修先生、次长俞大维先生,想约我和华罗庚谈谈为军政部计划些科学工作事。我和曾虽是同事十年多,华亦六七年,但都无深交。陈俞二先生,更从未晤面。我所习的物理,亦与实用无关。但想想,去谈谈亦无碍。于是和华去渝,先后见俞、陈二先生。

陈俞二先生想知道怎么计划,以有助国防的科学工作机构的意思。我即想了几日,拟就一建议,以为我国人材缺乏,任何计划,必须从根做起,即是:(1)成立研究机构,培植各项基本工作人材,(2)初步可派物理,数学,化学人员外出,研习观察近年来各部门科学进展情形,拟一具体建议,计划筹建一研究机构,并即时选送优秀青年数人出国,习物理、数学等基本科学。

我拟写的建议,陈俞二先生考虑后,以为可行,即令华和我负责数学及物理二部门。我们并建议请曾昭抡负责化学部门。

李政道

返昆明后,我告冠世一切经过。谈到推选青年习物理者二人时,冠世和我皆不犹疑的决选李政道。当时在西南联大的研究生及助教中,天赋勤奋未有如李的(杨振宁已考取清华留美;黄昆考取中英庚款留英)。

李政道表示,虽然他在吴大猷门下只有一年二个月的时间,但却是他一生中获益最多的时期。他说,「我从吴师学到的不仅包括人格的涵养,最重要的是学到对知识的“奉献”(dedication)。然而对这样一段重要过程,李政道却谈得不多。因为他认为,‘我与吴师的关系很长,不是一句可以说得完的,否则也就不重要了’。他承认,吴大猷是影响他最深远的一位师长。

 

趣闻轶事

李政道

 

1950年代,白色恐怖时期,李政道在台湾的母亲张明璋女士和二哥李崇道(李崇道毕业于广西大学农学院,曾任中兴大学校长、农委会主委)、二嫂许淑英,因在家里留宿一位旧时广西大学同学,以“掩护匪谍”罪名入狱。张明璋女士去世后,李政道将母亲骨灰带回苏州安葬。

 

李政道的曾祖父李子义是江苏东吴大学(即现在的苏州大学)的前身苏州博习书院创建人之一。李的伯祖父曾任东吴大学教务长达数十年,伯父也在博习医院和东吴大学任职数十年。

张文裕与李政道先生交谈

李政道与杨振宁于1940年代末开始亲密而富有成果的合作,两人共合作发表32篇论文,但这个合作在1960年代初终止。两人从此分道扬镳,成为华人学术界的憾事。关于他们个人关系分裂的原因,李杨双方偶有公开叙述,然而各有说辞,令外界对真实原因依然不得而知。李政道在1986年撰写的“破缺的宇称”一文中,对于李杨关系有生动的比喻。

宇称不守恒发现争论之解谜

“一个阴暗有雾的日子,有两个小孩在沙滩上玩耍,其中一个说:‘喂,你看到那闪烁的光了吗?’另一个回答说:‘看到了,让我们走近一点看。’两个孩子十分好奇,他们肩并肩向着光跑去。有的时候一个在前面,有的时候另一个在前面。像竞赛一样,他们竭尽全力,跑得越来越快。他们的努力和速度使他们两个非常激动,忘掉了一切。 ”

《真相乎?》

“第一个到达门口的孩子说:‘找到了!’他把门打开。另一个冲了进去。他被里面异常的美丽弄得眼花缭乱,大声地说:‘多么奇妙!多么灿烂!’。结果,他们发现了黄色帝国的宝库。他们的这项功绩使他们获得了重奖,深受人们的羡慕。他们名扬四海。多少年过去,他们老了,变得爱好争吵。记忆模糊,生活单调。其中一个决定要用金子镌刻自己的墓志铭: ‘这里长眠着的是那个首先发现宝藏的人。’另一个随后说道:‘可是,是我打开的门。’”

李政道接着说:“我和杨的合作在二十多年前结束了。它的价值,不需要更多的说明,就如我们已发表的科学论文所表现出的那样,经得起时间的考验。”杨振宁曾形容他和李政道的关系,“有时候比我们和我们的太太之间的关系还要密切…,这样深厚的一个关系,破裂的时候,我想跟一个婚姻的破裂,是在同一等级的痛苦。”杨振宁表示李政道是自己最成功的合作者,与李政道的决裂是他今生最大遗憾。

李政道 《物理的人生》

 

求学之路

 

1965年,在获得诺贝尔奖8年后,李政道在CERN的一次中微子会议上演讲弱相互作用问题。

1926年11月24日,祖籍苏州的李政道出生于上海的一个名门望族。李政道自幼酷爱读书,天资聪颖,还喜爱摆弄无线电。他书瘾极大,视书如命,整天手不释卷,连上厕所都带着书,有时手纸没带,书却从未忘带。抗战时,李政道与二哥曾转移到浙江去读书,兄弟二人屡次在战乱中离合,李政道每次都是把衣服丢得精光,但是书却一本未丢,反而一次比一次多。

李政道夫妇

李政道在读中学时就对数学和物理产生了浓厚的兴趣,学习成绩在班上总是遥遥领先。1945年他中学未毕业就以优异成绩考上浙江大学,并结识了西南联大物理学教授吴大猷先生。后转入西南联大物理系,跨入了现代物理学的门坎。吴大猷曾回忆说:“李政道那时应付课程绰有余裕。他求知心切,真到了奇怪的程度。我无论给他什么难题和书籍,他很快就作完了,又来索取更多的。我看他作题的步骤,发现他思路敏捷,大异寻常。”

1945年秋,吴大猷、华罗庚教授接受当时重庆军政部委托,推荐5名在数学、物理、化学方面的优秀青年出国深造。其中物理2名由吴大猷推荐。经过深思熟虑之后,吴大猷选取定了西南联大年轻有为的助教朱光亚和天赋极好、勤奋努力的李政道。李政道当时只是二年级的学生,不要说论资排辈,就是按照常规办事,他也没有入选的资格。尽管有人说三道四,但唯才是举的吴大猷还是不改初衷。在美国,也有人认为选派这样一个“乳臭未干”的孩子来研究物理学是中国政府跟美国政府开玩笑,因而拒绝接受。吴大猷教授只好提议对李政道进行考试,以此决定能否入学。后来李政道考试成绩特别优秀,使美国教授大为惊讶,结果被破格接收为芝加哥大学的研究生。

李政道

在芝加哥大学,他对物理学的各个方面。如高能物理、统计力学、天体物理等都颇有研究,造诣很深。1950年,年仅24岁的李政道便取得了博士学位。其论文被誉为“有特殊见解和成就”,因而列为第一名,并获奖金1000美元。第二年他受聘于世界第一流科学家云集的普林斯顿大学高级研究所任研究员。后来,他又兼任哥伦比亚大学教授。

1957年1月16日,李政道和普林斯顿大学教授杨振宁、在物理学研究中共同发现了一个新原理——在弱相互作用中宇称不守恒原理,推翻了过去物理学界一直奉为金科玉律的宇称守恒定律,同年10月,杨振宁和李政道共同获得诺贝尔物理学奖。

李政道

 

李政道(Tsung-Dao Lee)
1957年诺贝尔物理学奖 自传

 

(本文译自 诺贝尔基金会官方网站 的Tsung-Dao Lee Autobiography)

 

李政道于1926年11月24日出生在中国上海。他在李骏康和张明璋的六个孩子中排行第三。

他在上海接受了他的大部分中学教育。在1943-44年期间,他考取了当时位于贵州省的浙江大学。 在1945年,他转学到位于云南省昆明的西南联大。在那里,吴大猷教授成为他在物理学领域的启蒙老师。 在西南联大仅仅学完了大学二年级的课程,李政道就获得中国政府的研究生奖学金赴美留学。 从1946年到50年,李政道在芝加哥大学学习。在那里 费米教授选中李为他的博士研究生。1950年李政道获得了他的博士学位。 他的博士学位论文的题目是“白矮星内的氢含量”(Hydrogen Content of White Dwarf Stars)。

李政道

1950-1953年期间,李政道作为研究员和讲师,分别在威斯康星Yerkes天文台,加州大学伯克利分校和普林斯顿高等研究院工作。

李政道

在此期间,因为他在基本粒子,统计力学,场论,天体物理学,凝聚态物理和湍流等领域的杰出工作, 同时还由于他解决了当时几个长期未解决的异常复杂的问题,李政道很快成为享有盛名的科学家。 J. R.奥本海默曾称赞他为当时已知科学家中最聪明的理论物理学家之一。他的工作“独具风格,充满了活力,可以举一反三”。

1953年,他任职哥伦比亚大学助理教授。他的第一个工作是有关可重整化场论的模型,现在被称之为李模型。 他在1955年成功地晋升为副教授,在1956年又升为教授。在29岁,李已经成为哥伦比亚大学历史上最年轻的全职教授。 在1957年获得诺贝尔奖时,他年仅31岁。 李是诺贝尔奖历史上第二个最年轻的获此殊荣的科学家(最年轻者是 布拉格爵士(Sir Lawrence Bragg),他在1915年25岁时与他父亲共享物理奖)。

李政道从事物理研究六十年学术思想研讨会

李政道一共出版了超过300篇科学论文和一些著作。

李政道一共获得过许多奖金和奖章,其中包括,爱因斯坦科学奖,伽利略奖章,法国国家学院G. Bude奖章, 中国国际合作奖,纽约市科学奖,纽约科学院奖,意大利最高骑士勋章和日本旭日重光章。 世界各地的30多所大学曾经授予他名誉博士,名誉教授或董事会成员等称号。 李政道同时是美国国家科学院,美国艺术与科学院,美国哲学学会,中央研究院,意大利 Lincei国家科学院, 中国科学院(外籍),第三世界科学院和梵蒂冈Pontifical 科学院院士。

李政道夫妇

1950年,李政道与秦惠莙(替代字,原字为上竹下君)女士结婚。他们育有两个儿子,中清(James)和中汉(Stephen)。

 

华人诺贝尔奖获得者——李政道

 

李政道和杨振宁荣获1957年度诺贝尔物理学奖,是基于他们在1956年提出的“李一杨假说”-在基本粒子的弱相互作用中宇称可能是不守恒的,这被另一位华裔女物理学家吴健雄(1912 -1997)用实验所证实,从而推翻了过去在物理学界被奉为金科玉律的宇称守恒定律,为人类在探索微观世界的道路上打开了一扇新的大门。 1997年5月30日,李政道在北京的一次演讲中曾这样解释这项研究成果: “在物理学中,宇称守恒意味着左跟右是对称的。” “假如有两个系统,开始时互为对方的镜象,就是说它们的动态是完全是一样的,只是左跟右不一样。宇称守恒是指,除了左右不一样以外,它们以后的发展应该完全一样。” “1956年我和杨振宇在理论上建议了宇称不守恒。实验结果表明,宇称守恒的观点与自然现象是不符合的。”

李政道夫妇

1926年11月25日,李政道诞生于上海。他自幼酷爱读书,整天手不释卷,连上卫生间都带着书看,有时手纸没带,书却从未忘带。抗战争时期,他辗转到大西南求学,一路上把衣服丢得精光,但书却一本未丢,反而一次比一次多。 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。 3年后便以“有特殊见解和成就”通过了博士论文答辩,被誉为“神童博士”,其时年仅23岁。在科学上早熟的李政道,1956年30岁时便升任著名的哥伦比亚大学教授。他亲自体会到科学人才必须从小培养,因而在1974年 5月30日会见毛泽东主席时,建议在中国科技大学开设少年班,他的建议受到采纳。1979年他去合肥访问时去科大少年班看望了同学们,并题词:“青出于蓝,后继有人。” 李政道教授如今虽已年逾花甲,而且身体欠佳,但他的勤奋精神依然不减当年。继1957年和杨振宁教授一起提出了“宇称不守恒”原理之后,20世纪60年代他又提出了“时间反演不守恒”和孤粒子的量子化”理论,热心地倡导了“中微子实验”;70年代,他提出了重离子碰撞问题。他的这些创见,在理论和实验上对高能物理、核物理和粒子物理的发展都是不可多得的贡献。

李政道的字

与此同时,李政道长年关心中国科学事业的发展,他建议设立国家自然科学基金,他建议建立博士后制度,他建议建造北京正负电子对撞机,他建议成立中国高等科学技术中心和北京近代物理中心,这些建议都一一得以实现。1985年7月16日,邓小平会见李政道时,对他说:“谢谢你,考虑了这么多重要的问题,提了这么多好的意见。” 1985年,他在纽约与中国研究生相聚联欢时,讲了这样一番语重心长的话,他说:“今天我们有一切理由深深相信,中国科学家必然是”将来的主要人物。因此,你们必须共同承担起这个历史责任,分享共同的目标和理想。这也是我们今天在此相聚的主要的原因之一。”

李政道先生深情演讲:大音希声 大象无形——纪念叶企孙老师110周年诞辰.

 

弱作用下宇称不守恒

 

李政道在ATLAS合作组发言人Peter Jenni的陪同下,参观地下隧道内的实验装置。

宇称是一个量子力学量。在量子力学中,粒子用波函数表示。在空间反演下(x → -x, y → -y, z → -z),如果波函数不变,则该粒子的宇称是正的,如果变换后的波函数与原来的波函数差一个负号,则该粒子的宇称是负的。空间反演不变也可以称为镜像变换不变,或叫左右变换不变,这是因为空间反演与镜像变换或左右变换(x → -x, y → y, z → z)只相差一个绕x轴的180度转动。而转动不变性严格成立,所以两者没有本质区别。宇称只能取两个值,1和-1。两个和两个以上粒子组成的系统的总宇称等於该系统内各粒子宇称之乘积再乘上轨道宇称。宇称守恒定律指的是在相互作用下,作用后的粒子系统总宇称等於作用前粒子系统的总宇称。1956年前,物理学界公认,在任何一种相互作用下,宇称都是守恒的。宇称守恒在本质上意味著左和右是对称的。

李政道先生在理论物理.

50年代初从宇宙线里观察到两种新的粒子,θ和τ。θ衰变为两个π介子,τ衰变为三个π介子。π介子的宇称是负的,同时,根据达利兹(Dalitz)图推算,衰变前后这两个系统的轨道宇称都是正的。由於偶数个π介子的宇称乘积是正的,而奇数个π介子的宇称的乘积是负的,所以如果宇称是守恒的话,我们可以反推出,θ的宇称是正的,而τ的宇称是负的。而θ和τ有完全一样的寿命和质量。θ和τ是不同粒子,还是同一个粒子?这是当年困惑物理学界的著名的θ-τ之谜。如何解答这个谜?答案只有两种。一种承认宇称守恒定律,τ与θ是两种不同的粒子,但这无法回答为什麼θ、τ粒子性质如此相同。另一种确认τ和θ是同一种粒子,则意味著宇称守恒定律将不成立。

李政道在CERN的演讲会上,热情赞誉这50年来粒子物理所取得的巨大进展。

李政道和杨振宁在1956年发表了著名的「弱相互作用中的宇称守恒质疑」文章。在这篇文章中,他们认为,θ-τ之谜所带来的宇称不守恒问题不是一个孤立事件,宇称不守恒很可能就是一个普遍性的基础科学原理。同时他们发现,在强相互作用领域,宇称守恒定律确有严格证明,可是在弱作用领域中,虽然宇称守恒这假设被广泛应用,但是事实上宇称守恒定律从未得到过真正的实验验证。要正确地测量宇称,必须组合一个新的,能通过弱作用产生的赝纯量。用了这赝纯量,就可以试验宇称是否守恒。而这些赝纯量,从来没有被以前的任何实验测量过。他们认为,τ-θ之谜的解答必须在τ-θ以外寻找。如果宇称守恒被破坏,那麼这种破坏在弱作用的其他实验中,例如在极化核的β衰变的过程中也应该观察到。将实验装置严格地设定成互为镜象,然后分别测量不同极化情况下β衰变过程中的赝纯量<σ·p >值,这里p是电子的动量,σ是核的自旋。如果测量结果不同,即可证实宇称不守恒。

青年时代的李政道和同事

在他们的建议下,吴健雄教授和美国国家标准局的科学家安伯勒(E. Ambler)等合作,用简洁明了的实验验证了他们的猜想。这是一个关於极化钴60原子核β衰变的实验。在这个实验中,他们以确凿无疑的证据表明,在弱相互作用过程中宇称守恒定律不成立。弱相互作用下宇称不守恒的发现和实验验证,是第二次世界大战后一个极重要的发现。正是由於这一震惊物理学界的杰出贡献,李政道和杨振宁共同获得了1957年诺贝尔物理奖。

在宇称不守恒发现后的50余年中,李政道一直在探索造成所有不对称的起源。物理学的基本方程都是P, C, T对称的,我们观察到的所有的P, C, T不对称可能都是来自於解的不对称,而这种不对称局域於我们所在的大膨胀的宇宙。李政道认为,所有这些不对称都可能是由自旋为零的希格斯场产生的自发破缺机制引起的。李政道的这些新观点有待於实验的证实。

温家宝总理同李政道(左)教授和朱光亚院士

 

主要著作

《李政道讲义:粒子物理和场论》

 

 • 粒子物理和场论引论,Harwood科学出版社,1981,ISBN 3-7186-0032-3(hardcopy),ISBN 3-7186-0033-1(paperback).

• 李政道文选1-3集,G. Feinberg编辑,Birkhauser Boston Inc.,1986,                   ISBN 0-8176-3344-8(complete set),ISBN 3-7643-3344-8(complete set).

• 宇称不守恒三十年——李政道六十华诞学术研讨会,Birkhauser Boston Inc.,1988,ISBN 0-8176-3375-8,3-7643-3375-8.

• 对称,不对称与粒子的世界,华盛顿大学出版社,1988,ISBN 0-295-96519-3.

• 李政道文选,1985-1996,任海沧、庞阳编辑,Gordon and Breach,1998,ISBN 90-5699-609-6.

• 科学与艺术,主编:李政道,副主编:柳怀祖,上海科学技术出版社,2000,ISBN 7-5323-5609-4.

• 物理的挑战,李政道著,中国经济出版社,2002,ISBN 7-5017-5622-8.

《李政道讲义:统计力学》

• 宇称不守恒发现之争论解谜,季承、柳怀祖、滕丽编辑,甘肃科学技术出版社,2004(简体字本),ISBN 7-5424-0929-8. 香港天地图书有限公司,2004(繁体字本),ISBN 988-201-675-8.

• 李政道科学论文选(上,下册),中国高等科学技术中心编,上海科学技术出版社,2007,ISBN 7-5323-8795-3.

• 李政道文选(科学和人文),中国高等科学技术中心编,上海科学技术出版社,2008,ISBN 7-5323-8865-3.

• 宇称不守恒思想突破的产生(历史记录及相关文献),中国高等科学技术中心编,上海科学技术出版社,2009,ISBN 7-5323-9270-4.

• 李政道随笔画选,上海科学技术出版社,2007,ISBN 7-5323-8785-4.

 

李政道最新文章:《真相乎?》

 

《李政道科学论文选(上、下册)》《李政道文选(科学和人文)》

 

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李政道的绘画作品李政道的绘画作品

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