楊振寧院士千古！(1922-2025)

首位諾貝爾獎華人得主之一的著名數學家及理論物理學家楊振寧先生，於10月18日因病離世，享壽103歲。華人界對他的印象，除了得過諾貝爾獎、華人界別的數學泰斗、晚年回歸中國，以及經常被人議論的第二任忘年戀婚姻外，就沒有其他了，這形象似乎也過於單薄了，沒有幾個人能描述到他對科學界及人類的真正貢獻。

楊振寧之所以著名，要講的話，不能不提其理論的開創性，但因為普遍媒體都沒對物理學發展有基礎了解(而且理論也太艱深)，所以說來說去也說不出他如何重要。或者直白一點說，若以1920至30年代初期出席第五至六屆的物理學家如愛恩斯坦、居禮夫人、波恩、海森堡、迪拉克和薛定諤等物理學家為人類現代物理學家群星的第一陣，那30年代晚期往後的約翰·惠勒、喬治·伽莫夫、朱利安.施溫格、列夫·朗道、理查·費曼、朝永振一郎、李正道和楊振寧等，就算是物理學家群星的第二陣。

第五屆索爾維會議中與會者合照。這照片也被稱為「人類歷史上最偉大的合照」，因為現代物理學各研究領域幾乎所有元老級人馬及重要相關理論提出者，都齊集在這張照片上……若果四十至五十年代的索爾維會議來個另一次合照，那楊振寧必在照片上.........(網絡圖片)

第一陣的物理學家在各項物理學都開創性的打下基礎理論，而二次大戰前後因為核力量的開發與利用，產生了更多高能物理研究機器如各類粒子加速器、超高速顯影技術、強力磁場及極端制冷技術的發展，讓驗證前人理論或找出其可能的問題、需修改或深化的地方成為可能，這時期的物理學家更多在利用前人基礎及更多測量儀器，進行更深入的實驗去驗證模型，並對之前提出的四種相互作用力(重力、電磁力、強力、弱力)作進一步研究。由於重力太弱小很難研究，電磁力則因為能階較低在19世紀後期實驗室即能進行較深入的研究，這時候研究方向集中到後兩者上，並由此再發展出各種基本粒子的互動模型及解釋基本特性。

宇宙四種基本力，即引力(時空扭曲幅度)、電磁力(處於電場、磁場或電磁場的帶電粒子所受到的作用力)、強力(把質子中子等緊綁在一起成為穩定原子的力，是物質的起源力；弱力(引發原子核衰變的力，促進物質改變成另一種物質的力)。後三種力對於各種基本粒子的產生、組合與反應具關鍵作用，是決定物質存續的關鍵力量。(網絡圖片)

楊振寧的成就，很多國人都認為是開諾獎之先(發表理論後一年內獲獎，打破了1929年德.布羅伊四年獲獎紀錄)、華人科學界之光，在「白人至上論」的西方科學界別闖出一片天等等等等，但若論學術重要性，在40-50年代講的話，可分成「突破傳統(成見)」及「解釋萬事萬物的開始」。

「宇稱不守恆」實驗示意圖。右圖是宇稱守恆的狀態，若果原子的自旋因磁場而改變方向，衰變時的放射方向不會改變就像照鏡子一樣；然而真正實驗實驗(左側)發現一旦自旋反轉，衰變時的放射方向也跟著改變，在只有一個或數個不同面向的探測器的情況下，會展示出放射性改變的情況。(網絡圖片)

「突破傳統(成見)」方面，事實上就是他與李正道二人提出的且創下最短時間研究獲獎紀錄的「宇稱不守恆」，事實上「宇稱不守恆」應寫成「(弱力) 宇稱不守恆」，即同一種原子下放射輻射/衰變上的不相同。「守恆」是指「一個物理定律對某種連續變換（如時間平移、空間平移

或空間旋轉）保持不變，則必定存在一個對應的守恆量」，宇稱守恆，其實是指一種空間(宇)反射對稱(稱)，即空間上的鏡像對稱，在弱力上的實際表現為同一組粒子在自旋相反的情況下，衰變時發射輻射上的守恆(表現為放射量相同且發射方向也跟著順應自旋反轉的方向改變，即衰變結果相同)，但當時一些科學實驗卻似乎產生過很少數不相同的結果且無法解釋。楊李二人由此推論出弱力可能有不守恆的特性，但這是違反當時科學家在其他三種力都存在守恆的實驗結論。

 1963年的吳健雄和她的實驗室儀器，似乎是一種小型的氣體高速擴散降溫器。不過1956年時哥倫比亞大學核物理實驗室似乎沒有足夠的氣體擴散冷卻設備，所以她還是要用人脈借到美國國家標準技術研究所更強力的同類型設備。(網絡圖片)

及後他們在華人女物理學家吳建雄領導的哥倫比亞大學核物理實驗室幫助下，成功由超低溫中的兩組鈷60原子核中觀察到衰變時粒子輻射方向上的不一致。從而證明弱相互作用下的確有宇稱不守恆的時候。「宇稱不守恆」雖然是打破了原有對量子力學以為各種力都有對稱(守恆)的「成見」，從而揭示一些基本物理定律(尤其量子力學)的大原則下，局部可能有不太遵循大原則的地方，並讓同儕有進一步深入研究的價值，但對於楊振寧的真正貢獻而言，這個反而是一個「雕蟲小技」。

楊振寧1953-54年時曾到過布魯克凱文研究所作為訪問學者，而該研究所當時擁有世界最大的環形粒子加速器。粒子加速器可透過電磁力不斷加速各類原子核至近光速然後相撞，以紀錄原子被擊碎後飛出且可能在極知時間內消滅掉的各種輕重基本粒子(右圖為其中一個飛離途中衰變解體的粒子，左圖是一次撞擊實驗後產生的軌跡印記)。(BILIBILI擷圖)

對物理學界尤其量子物理學而言，50年代的發現中，其實對後世其中一種最重要(同時也是最難懂)的研究就是楊振寧和其研究院院友羅伯特·米爾斯共同發展的楊-米利斯規範場論。這是對於強力(強相互作用力，即大型基本粒子如質子、中子與介子之間的相互作用)在數學上的進一步描述，同時也能利用數學模型推導出強力的對稱性可能涉及多少種基本粒子(無論是當時已發現和未發現)，以及這些粒子究竟有什麼特性(例如自旋、質量和電荷的數值)。

老年後重遇的楊振寧和羅伯特·米利斯。兩人相遇於布魯克海文研究所，後者為副研究員。作為訪問學者，兩人共事少於一年，工作上也沒直接關係且研究領域也只有少量重合，相同點就只是在同一辦公室，但米利斯在得知楊的最初構想後利用空餘時間協助優化其數學框架，因此也共同獲得諾貝爾獎。(網絡圖片)

這可是統一場論的第一個理論，也成為之後統一場論的基本數學框架，這可是創造了一整個學科/研究範疇的數學框架，你說重不重要？事實上，這理論一推出時其實不太受重視，而且一直被人質疑這數學模型為何可以推導出有質量為零的粒子(這個他當時也沒法解釋)，楊振寧在發表前曾在普林斯頓大學一個同儕報告會上給其中一個物理學大佬沃夫岡·泡利(Wolfgang Pauli)「追著打」，幸得當時作為主持的奧本海默(對，曼哈頓計劃那位)打圓場才能脫困。

已發現並組成世上各種萬事萬物甚至能量的基本粒子(應該有61種，這裏只有34)，這些粒子再往下就沒能分出結構，所以才叫基本粒子。代入標準模型進行計算後，可以推算出各種構成物質的複合粒子及其基本特性。(網絡圖片)

楊-米利斯規範場論/數學框架至六十年代才開始為人所重視，因為另有物理學家利用對稱性破缺(由「弱力」宇稱不守恆得到靈感，而發現到其他力中的不守恆現像)來解釋了質量有時為零的情況，及後更有物理學家利用該數學框架引入到弱力和電磁力的解釋上，並引入著名的希格斯機制(解釋原為零質量的粒子如何演變成有質量的粒子)，發展成統一強力、弱力和電磁力的標準模型。這個數學模型雖然還未到完美階段，但至少已由模型中推導出這個世界上已被發現與未被發現的大部分基本粒子及其特性，而且當中大部分已由高能物理實驗中加以驗證存在。

今天大名鼎鼎，可以解釋大部分物質及其質量起源，以及描述各種已發現或未發現基本粒子特性的基本粒子標準模型和希格斯機制(俗稱上帝粒子)，都是以楊振寧的楊-米利斯規範場論作為建構基礎，而希格斯機制原本就是解釋標準模型中出現的對稱性破缺(楊振寧提出宇稱不守恆後，基本粒子出現不對稱性才開始為人接受)而構思出來的。

事實上，楊振寧(及李正道與沒那麼出名的羅伯特·米利斯)就是今天粒子物理學框架/標準模型的最初尊基者！