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从“神童博士”到诺贝尔奖得主
——记著名华裔物理学家李政道博士的人生求索
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  文/ 本刊记者 王学信

    半个世纪前,1957年12月10日,在瑞典王国首都斯德哥尔摩,有两位年轻的中国人第一次站到了诺贝尔奖领奖台上,他们就是物理学家李政道博士和杨振宁博士。当时,杨振宁35岁,而李政道年仅31岁,他和杨振宁成为全世界华人心目中的骄傲。

  因弱相互作用中宇称不守恒的发现,以及该理论在实验中被吴健雄博士加以证实,李政道和杨振宁被授予1957年诺贝尔物理学奖。在诺贝尔奖隆重而荣耀的颁奖仪式上,每位获奖者都要致答辞。

  李政道致答辞时先以中文开头,然后用英文,他说:“一个科学上的成就,是许多在同一或相关领域中的研究者积累的结果。没有过去的经验,没有现在的激励,就不会产生我们今天的观念和知识;没有将来的实验,我们今天的观念与知识也不能进化。虽然这许多因素构成了任何进步的整体,人们往往只记得最后光辉的收获而忘记了其中辛勤的耕作。在今天的隆重仪式上,我格外感受到,有许多伟大的物理学家,他们为人类对自然界的了解做出过很大的贡献,但还没有像我今天这样被授予如此的荣誉。”

  在每位获奖者都致完答辞后,李政道代表所有的获奖者致辞,他指出:“我们以有限的人类智慧去认识无限的宇宙奥秘,是一个永不终止的过程。”接着,他讲述了一段中国古典小说《西游记》中孙悟空在如来佛手掌中翻跟头的故事,他说:“孙悟空翻了一串跟斗,以为已经到了宇宙的尽头,实际上他还在如来佛的手掌中。在探索知识的过程中,我们可能取得很快的进步,但是,我们必须记住,即使到了如来佛手指的底部,我们离绝对真理还很远、很远。”李政道生动而精彩的致辞,赢得全场经久不息的热烈掌声。

  战火中辗转求学,备尝艰辛

  1926年11月25日,李政道生于上海一书香门第。祖籍苏州的父亲李骏康毕业于南京金陵大学农业化学系,后长年从事化学工业的研究和开拓,母亲张明璋则毕业于著名的上海启明女子中学,这在当时可算是一个典型的知识分子家庭。

  李政道自幼敏悟,智力过人,父母对子女的教育亦十分尽心和严格。为使子女在数学、英文和国文诸方面打下坚实基础,专门聘请了家庭教师进行认真辅导,这对李政道早期的智力开发起到了不可替代的重要作用,并由此激发了他对数学与物理学的独特爱好。在小学和中学,李政道的学习成绩总是出类拔萃,名列前茅,而他不满足于此,常常对数学及物理难题伏案深究,直至彻底破解为止。

  1937年“七•七”卢沟桥事变,日本军国主义发动全面侵华战争,不久便占领了中国经济之都——上海。正就读高中的李政道和两个哥哥被迫离开上海,辗转来到江西,就读于江西联合中学。战时江西虽然生活艰苦,但战火尚未波及,在相对平静的学习环境里,少年李政道心怀报国之志,如饥似渴地学习各科知识,学习成绩极为优异,令全校师生无不叹服。

  李政道读到高三时,有一天,学校的训导主任把他请去,指着坐在旁边的数学老师,和蔼地说:“不少老师夸奖你,说你学习刻苦努力,成绩很不错,特别是数学、物理更突出,很有天赋。现在战乱时期,学校聘老师很困难,校方考虑再三,想让你为低年级同学上这两门课。怎么样,没有什么问题吧?”原来是让自己来当小先生,李政道感到非常突然,一下子愣住了,竟不知如何回答才好。

  这时,坐在一旁的数学老师笑着向他点点头,说:“小同学,当然,做一个好老师也不容易,但这件事可以解校方的燃眉之急,对你个人也大有益处。”李政道听了,认真地点了点头。就这样,一脸稚气的李政道走上了讲台,给低年级同学上数学和物理。他在学好自己功课的同时,认真备课,讲得深入浅出,生动易懂,竟收到了成年老师都很难达到的效果。学生们看着这位几乎与自己同龄的小先生,一本正经、神态自如地侃侃而谈,真是佩服极了。

  1943年夏,日寇又将战火延烧至江西,危殆之中,李政道又踏上了迁徙之路。一路上,小小年纪的李政道屡经磨难,甚至患上了恶性疟疾,但他咬紧牙关,矢志不渝,终于在这年秋天赶到贵州省会贵阳。几经搬迁来到贵州遵义的国立浙江大学正在贵阳招收新生,17岁的李政道以同等学历资格考入该校物理系,后经湄谭到永兴上大学一年级。

  战火中的浙江大学辗转迁徙,居无定所,办学条件极为艰苦,师生们的生活也困苦异常,但学校在竺可桢校长的苦苦支撑下,仍坚持开展教学和学术研究活动,为国家与民族培育英才。在浙大,李政道幸运地成了国际知名物理学家、从德国留学归来的王淦昌教授与束星北教授的学生,开始接触量子力学、狄拉克方程、光谱精细结构及中微子等重要的物理前沿领域,为他日后的科学研究奠定了坚实的基础,而敏而好学、天资颖悟的李政道也成了王淦昌与束星北两教授最得意的弟子。

  1944年夏天,一场不期而遇的车祸损伤了李政道的背脊神经,使他被迫卧床休息半年。养伤期间,好学的李政道手不释卷,惜时如金,学业上仍大有所获。随着日寇侵入贵州,敌我战况极为惨烈,伤愈后的李政道经由重庆转入时在昆明的国立西南联合大学继续学业,成为著名物理学家吴大猷先生的学生。

  在西南联大的难忘时光

  吴大猷先生在晚年回忆此事时,曾自述道:“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歇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,他便奔向重庆。他的姑姑认识梁,梁便介绍了李来昆明见我。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,则候暑期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。”

  战时的西南联大也是艰辛备至,十五、六个学生挤住一间茅草屋,既闷且热,蚊蝇、臭虫又极多,但这些都未能减弱李政道和同学们的求知热情。多年以后,李政道忆及往事,曾感慨地说:“那时候,我们从来都没有因为仪器不好,设备不好,而有比别人差的想法。杨振宁、朱光亚、唐敖庆和我都是那个时候培养出来的。”

  吴大猷先生对李政道的印象亦颇为深刻,他回忆说:“李应付课程,绰有余裕,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。他帮我做任何家里的琐事。我无论给他什么难的书和题目,他很快地做完了,又来索要更多的。我由他的做问题的步骤,很容易地发现他的思想敏捷,大异寻常,好在他的天资高,亦不需我的讲解。”

  对恩师吴大猷先生,李政道始终念念不忘,他表示,虽然在吴大猷门下只有一年零两个月的时间,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忠诚。吴大猷先生是影响我最深远的一位师长。”

  不久,一个可遇而不可求的机遇幸运地降临到李政道身上,这对他未来的发展几乎是决定性的。据吴大猷先生晚年自述:“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。”

  后来,吴大猷先生为国防科研机构的组建,拟就一个建议,主要内容为选送优秀青年数人出国,习物理、数学、化学等基本科学。经陈、俞二先生首肯后,即由吴大猷、华罗庚、曾昭抡分别遴选合适人材赴美留学。吴大猷先生推荐李政道和朱光亚去学物理,他给自己在芝加哥大学留学时的老师施密特教授的推荐信中写道:“李政道在中国只念了三年大学,但他是一个十分聪明的孩子,他思想敏捷而且具有创新精神,并且工作十分努力。我相信,如果给予适当的引导,他将会成为一名优秀的物理学家。”

  师从费米教授是他人生中又一重大机遇

  1946年秋,19岁的李政道与朱光亚、唐敖庆等赴美同学一起,在上海黄浦江畔登上了“美格将军号”轮船驶向大洋彼岸的美国。

  旅途生活漫长而单调,但善于学习、勤于思索的李政道并没有让他睿智的大脑闲下来,他清楚地记得,“在船舱里,我手中的一支别针失手掉到地板上,后来又滚到地上的一张纸上。我感到很好奇,就琢磨起来,是什么力量让它从地上滚到稍高的纸片上呢?是舱板运动,还是掉下的自由落体作用力呢?我反复琢磨,并用微积分、物理学原理去计算别针掉落、滚动的运动轨迹,测算它的各种力学数据。我琢磨了好几天,还同朱光亚先生一起讨论。通过琢磨这个问题,我的数学、物理等知识和解题能力又得到一次锻炼。”

  由于李政道当时并未拿到大学文凭,这在美国各名校要进研究院读博士学位几乎不可能。可巧,芝加哥大学在全美国是唯一的例外,只要研读过哈金斯校长指定的若干西方经典名著的人,没有学历亦可进研究院。李政道告诉该校招生处负责人,他研读过东方圣贤孔子、孟子、老子的经典著作,其价值等同于西方经典名著。招生处负责人对古老的东方文化素来仰慕,听罢便欣然接收了李政道,为他办理了入学注册手续。当然,吴大猷教授的推荐信于此中也起了重要作用。

  师从物理学大师费米教授是李政道人生中的又一重大机遇,作为诺贝尔物理学奖得主费米教授,早在25岁时即创立了量子统计学,1942年,费米在芝加哥大学橄榄球场地下室内又成功地建成了世界上第一个核反应堆。能在费米门下攻读博士学位,这对李政道来说,该是何等的幸运!

  事实也正是如此,“当时,费米教授每周至少会抽出半天时间,和我面对面讨论物理问题,我们从天体聊到粒子、核子、分子、原子……这种教学模式使我终身受益。”忆起当年的情景,李政道仍十分激动:“正是这样的良师和一段密切的师生共同研究的过程,才得以培养出能创新的科学人才。”他记得,芝加哥大学推行的这种“一对一”精英教育模式使该校日后涌现出大量顶尖人才,自1956年到1966年10年间,在该校工作或学习过的师生摘取诺贝尔物理学奖的就有20位。这不禁令人想起在中国有着悠久传统的古代书院教育,以及在禅学、道学、中医药学等诸多领域的师徒传承教育模式。在顶尖级人才培养的高端教育层面,东西方文明可谓殊途同归,又何其相似,这岂非人类文明的共性所在?

  一件难忘的往事,深深地镌刻在李政道的脑海里,“一次,费米教授同我讨论太阳结构问题,其中涉及对辐射传递的研究,需要用一组微积分方程进行计算,这个方程的解析、运算工作量很大。我当时认为,这已不是我所做的课题研究范围的‘正事’,就不想用太多的时间去做繁重的计算、验证,而准备引用其他文献上的现成数据。后来,这件事被费米教授知道了,他立即找我谈话指出,一个科学家绝对不能接受或引用未经自己验证过的计算结果,对他人的计算数据一定要经过亲自验证才能引用。费米教授还帮我想办法怎样用较简便的方法进行计算、验证,他特地为这组微积分方程设计了一个巧妙的公式,并指导我设计、制作了一把六英尺长的大计算尺。我后来就用这把大计算尺,对这个课题研究中的所有数据进行了验证,最后,我用自己演算的结果作为论文的数据。”

  他与校友杨振宁携手探索,珠联璧合

  1949年底,在费米教授的精心指导下,李政道完成了关于白矮星的博士论文,并因其“有特殊见解和成就”顺利通过论文答辩,获得芝加哥大学授予的物理学博士学位,时年仅23岁,被誉为“神童博士”。

  获博士学位后,李政道被聘到加利福尼亚大学伯克利分校任教,并开始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研究。1951年至1953年,他被聘到普林斯顿高级研究院继续从事上述研究,期间,成果迭出,引人瞩目。譬如,他在1951年即提出流体力学中二维空间没有湍流的结论;翌年与派尼斯博士合作对凝聚态物理中极化子构造的解析取得重大突破;1954年,他发表了量子场论中著名的“李氏模型”理论。毋庸置疑,一颗璀灿的科学新星正在国际物理学界冉冉升起,他年轻而富于活力,他的睿智与勤奋将使它的光芒照亮人类更多的未知领域。

  1953年,26岁的李政道被著名的哥伦比亚大学聘为助理教授,主要从事粒子物理场论领域的研究。三年后,29岁的李政道成为哥伦比亚大学二百余年历史上最年轻的正教授。在此期间,他开辟了弱作用中的对称破缺、高能中微子物理,以及相对性重离子对撞物理等全新的科学研究领域。这似乎也预示着他即将攀上新的科学高峰,而获取这一成果为期并不遥远,并注定要和杨振宁的名字紧紧地联系在一起。

  早在西南联大,李政道与杨振宁便均为吴大猷先生最得意的高足,只是李政道在读大二物理时,杨振宁已获得硕士学位。那时,李政道与年长他四岁的杨振宁接触不多,似乎只是点头之交。在美国,杨振宁与李政道又先后师从费米教授,并取得芝加哥大学物理学博士学位。当时,他们都住在芝加哥大学的国际学生公寓内,交往自然频繁起来,他们开始很认真地讨论物理学前沿领域中两人共同关心的一些课题。

  李政道与杨振宁都是极其敏锐而快捷的思考者,两个人的智慧,经常在碰撞中迸发出耀眼的火花。他们似乎对任何问题都兴致盎然,争论起来嗓门极大,而且几乎完全是用中文讨论,因此,旁听者中的美国人只能听到一些好像很熟悉的物理学名词,却无法了解那些中文内容,或者偶尔会听到诸如“哦,我现在了解了”,这样一些英文的只言片语。

  他们的努力探索与论辩不断结出硕果:1949年,李政道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;1952年,他与杨振宁合作,提出统计物理中关于相变的杨振宁——李政道定理和李-杨单圆定理;1956年,李政道与杨振宁合作,解决了当时K介子不同衰变之谜。原来,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,如果弱衰变过程宇称守恒,那么它们应该是两种宇称状态不同的K介子,然而从质量和寿命来看,它们又应该是同一种介子。这又是怎么回事呢?他们通过分析、研究,认为这极有可能是弱相互作用中宇称不守恒所致,并由此提出检验该理论预见的几种实验途径。这年,李政道与杨振宁联名在美国权威杂志《物理评论》上发表了他们的理论探索成果,即日后由此而荣获诺贝尔物理学奖的著名论文《对弱相互作用下宇称守恒的质疑》。

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