李政道简介 获得诺贝尔奖李政道的传奇故事
李政道(Tsung-Dao Lee,1926年11月24日-),华人物理学家。他主要的物理学贡献有李模型、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,31岁的他与杨振宁一起,以弱作用下宇称不守恒的发现获得诺贝尔物理学奖。他们的发现由吴健雄的实验证实。李政道和杨振宁是首两位获诺贝尔奖的中国籍人士。
生平
李政道出生于中国上海,祖籍江苏苏州,父亲李骏康是金陵大学农化系首届毕业生,祖父李仲覃(1870年─1941年)为苏州圣约翰堂的首任华人主任牧师(教区长)。李政道曾在苏州东吴附中,江西联合中学等校就读。因抗日战争,中学未毕业。
1943年在贵阳以同等学力考入迁至贵州的浙江大学物理系,走上物理学之路,师从束星北及王淦昌等人。1944年日军进入贵州,浙江大学停学。1945年转学到在昆明的西南联合大学为二年级生,师从吴大猷及叶企孙等人。
1946年赴美进入芝加哥大学,师从费米教授。1950年获得博士学位之后,与合作者一起从事统计物理的相变以及凝聚态物理的极化子的研究。1953年,他任哥伦比亚大学助理教授,主要研究工作是在粒子物理和场论领域。三年后,在他29岁时,成为哥伦比亚大学二百多年的历史上最年轻的正教授。
李政道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领域。他一直是哥伦比亚大学活跃的教授,1984年获得全校级教授这一最高级职称。至今他仍活跃在物理研究的第一线,不断发表科学论文。现在,他的兴趣转向高温超导玻色子特性,中微子映射矩阵,以及解薛定谔方程的新途径。著作有场论与粒子物理学,统计力学-李政道讲义。
李政道于1962年加入美国国籍。自从1970年代初,他和夫人秦惠莙开始回中国大陆访问,他为中国大陆的科学和教育事业做了很多贡献。他向有关方面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,建议和协助建立北京正负电子对撞机;建议成立自然科学基金;于1980年代设立CUSPEA考试,对优秀本科毕业生提供奖学金赴美攻读物理学博士;建议建立博士后制度;成立中国高等科学技术中心,北京大学和浙江大学的近代物理中心等学术机构。
1996年11月29日李政道的夫人秦惠莙因患肺癌离开人世。为纪念夫人,1997年李政道及其亲友捐赠30万美元"秦惠莙与李政道中国大学生见习进修基金",简称莙政基金。莙政基金现支持北京大学、复旦大学、苏州大学、兰州大学与国立清华大学等五所大学的优秀本科学生进行基础领域的科学研究工作,入选的学生则被命名为莙政学者。
轶事
1950年代,台湾白色恐怖时期,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。
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。"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。 "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。
弱作用下宇称不守恒
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于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于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着左和右是对称的。
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。
由于偶数个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,但这无法回答为什么θ、τ粒子性质如此相同。另一种确认τ和θ是同一种粒子,则意味着宇称守恒定律将不成立。
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标量。
用了这赝标量,就可以试验宇称是否守恒。而这些赝标量,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,那么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衰变过程中的赝标量<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。
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。这是一个关于极化钴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。正是由于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于解的不对称,而这种不对称局域于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于实验的证实。
