物理学家李政道教授简介

1、一、 物理学家李政道教授简介李政道1926年11月24日出生于上海市(祖籍江苏省苏州市)一个中产阶级家庭父亲李骏康是金陵大学(1952年并人南京大学)农业化学系首届毕业生，母亲张明璋毕业于上海启明女子中学，大哥李宏道毕业于上海沪江大学商科，二哥李崇道毕业于广西大学畜牧兽医学系，大弟李达道肄业于上海大同大学航空工程系，二弟李学道和小妹李雅芸均毕业于上海交通大学船舶系¨。-，曾就读于东吴大学(今苏州大学)附中和抗战时期浙江嘉兴秀州中学内迁江西组建的赣州联合中学，因战乱连小学和中学毕业的正式文凭都未取得，1943年夏在贵阳以同等学力考入国立浙江大学理学院物理系(当时浙江大学本部已从广西宜山

2、县迁至贵州遵义老城，文学院、工学院及师范文科设在遵义，理学院、农学院及师范理科设在湄潭县，一年级新生在湄潭永兴镇上课)。在永兴镇上大学一年级师从享有“中国雷达之父”美誉的理论物理学家束星北(1907-1983)教授。1944年夏他因翻车事故受伤休学半年，同年11月日军侵入贵州，浙江大学停办，1945年年初他辗转进入昆明国立西南联合大学物理学系学习(师从物理学家吴大猷教授)，1946年9月获政府经费资助和朱光亚(19241225201 10226)一起作为吴大猷教授wu Dayou，1907092920000304，被誉为“中国(近代)物理学之父”的随行研究生赴美。李政道以大二学历进入美国芝加哥

3、大学深造(因无大学毕业文凭刚开始时是非正式生)，1948年春通过芝加哥大学研究生院的博士研究生资格考试并被录取，1950年年初以“有特殊见解和成就”通过博士论文白矮星内的氢含量(Hydrogen content ofwhite dwa矿stars)的答辩(利用新的星体结构稳定性证明白矮星内的氢含量不大于l，从而说明白矮星只能是恒星演化的终点。同时证明白矮星的能量并非是其内部核反应的结果，并首次正确地计算出简并物质的电导率。其博士生导师是1938年诺贝尔物理学奖获奖者、意大利物理学家费米)，获芝加哥大学物理学哲学博士学位，被誉为“神童博士”。李政道1950年在威斯康星州约克斯(Yerkes)天文

4、台(创建于1897年，隶属于芝加哥大学天文学和天体物理学系)工作8个月，1950-1951年任加利福尼亚大学伯克利分校物理学系讲师和助理研究员；1951一1953年任职于普林斯顿高等研究院(Institute for Advanced Study，Princeton成立于1930年)；19531960年任哥伦比亚大学物理学助理教授(1953-1955年)、副教授(1955-1956年)和教授(1956年晋升为教授，创造哥伦比亚大学自1754年建校以来最年轻正教授的纪录)；1960-1963年任普林斯顿高等研究院理论物理学教授(其中1960-1962年任哥伦比亚大学兼职教授，1962-1963年

5、任该大学访问教授)；1963年回到哥伦比亚大学续任教授，1964年起出任该大学第一任费米讲座物理学教授，同年当选为美国国家科学院院士，1984年起任哥伦比亚大学全校级教授 (University Professor)这一最高荣誉教职，2011年年底正式退休。1994年6月8日当选为中国科学院首批外籍院士，1997年5月30日国际编号为3443号的小行星被命名为“李政道星(1979年9月26日由中国科学院南京紫金山天文台发现)”。1997年11月6 13李政道捐赠私人储蓄30万美元，以已故夫人秦惠箸(1928-1996，芝加哥圣玛丽学院毕业)和他自己的名义创立“中国大学生见习进修基金(即管政基金

6、)”，资助北京大学、复旦大学、兰州大学、苏州大学和台湾新竹清华大学的本科生(其中至少应有一半女生)从事科研辅助T作。李政道夫妇1950年6月3日在芝加哥注册结婚，他们共育有二子：长子是美籍华裔历史学家和社会学家李中清(James Lee，1952一)，次子是美籍华裔化学家李中汉(Stephen I七e，1956一)。李政道教授喜爱国学和艺术，业余时间爱好作面。中国内地的博士后制度始创于1985年，他是其首倡者和积极推动者。自1972年9月起他曾多次回国访问和讲学。李政道教授的研究领域十分广泛，曾涉猎量子场论(量子力学和经典场论相结合而产生)、粒子物理学(又称高能物理学)、核物理学、统计物理学(

7、又称统计力学)、流体力学、天体物理学和广义相对论等诸多方面，在理论结构和唯象分析方面多有建树，对近代物理学特别是粒子物理学的发展作出杰出贡献。他取得的主要科研成就有：1949年与美国物理学家罗森布拉斯(MarshallNicholas Rosenbluth，1927-2003)和杨振宁合作(李杨之间的合作主要因排名和署名先后问题出现争执和怨恨而于1962年5月起中断，自此两人彻底断交并决裂、”4。)提出普适费米弱相互作用理论和中间玻色子(发现传递弱相互作用的中间矢量玻色子w和z”粒子是1984年诺贝尔物理学奖的获奖成果)的存在，将费米的6衰变理论推广到LL子(一种轻子)，他们与其他人的贡献一起

8、奠定了四种相互作用(强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用)的分类方法，沿用至今。1951年通过将海森堡湍流模型与实验结果相结合，计算出各向同性湍流的涡流黏滞系数，证明二维空间中不存在湍流，湍流只能在j维空间中发生，这是流体力学和湍流学中的一条重要定理，也是天气预报预报飓风的一个重要理论基础。1952年与杨振宁合作提出统计物理学中关于一级相变本质的两个定理以及有关巨配分函数之根的“李一杨单位圆定理”。首先给出了不同相(气相、液相、固相)中任一相的热力学函数的严格定义，证明热力学函数能区别不同的相，不同相的这些函数在有相变的情况下一般是彼此不能解析延拓的。将这个新产生的广义相变理论应

9、用到点阵气体中，对后来关于稀有气体(旧称惰性气体)的实验帮助很大。1952年与美国理论物理学家派尼斯(David Pines，1924一)合作对凝聚态物理学(由量子力学应用于固体物理学而产生)中极化子(polaron)构造作出基本性的理论分析，这直接影响到1957年BCS(BardeenCooperSchrieffer)超导电性微观理论(1972年诺贝尔物理学奖的获奖成果)的产生。1953年给出场论中盖尔曼一劳(GellMannLow，美国理论物理学家盖尔曼是1969年诺贝尔物理学家获奖者)重整函数关系方程式的解，此解应用于后来的量子色动力学QCD(Quantum Chromodynamies

10、)或杨一密尔斯规范场方程即可得到强相互作用中夸克禁闭(与夸克禁闭相关联的渐近自由是2004年诺贝尔物理学奖的获奖成果)的结论。1954年提出量子场论中的李模型理论(此模型中的重整化可严格地被推导m来)，这是场论中少有的可解模型，对后来的场论和重整化(可重整化的量子电动力学QED(Quantum Electrodynamics)是1965年诺贝尔物理学奖的获奖成果)研究有很大作用和影响。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整化性。1956年与杨振宁合作提H弱相互作用中的宇称不守恒定律。1957年与美籍德裔理论物理学家奥赫梅(Reinhard Oehme，1928-2010

11、)和杨振宁合作对电荷共轭和时间反演变换作m不守恒的分析，将宇称不守恒推广到电荷共轭和时间反演不守恒，并提出如何通过实验验证，奠定了中性K介子B衰变中c(charge conjugation，电荷共轭)、P(parity reversal，宇称即空间反演)、T(time reversal，时间反演)j种不守恒现象的基础，这与1964年CP不守恒的发现(1980年诺贝尔物理学奖的获奖成果)密切相关。1957年与杨振宁合作发表论文宇称不守恒和中微子二分量理论，建议用德国数学家和物理学家韦尔(Claus Hugo Hermann Weyl，18851955)的12自旋粒子的二分量理论(即中微子是左手征

12、的，反中微子是右手征的)来描述中微子，且很快被实验所证实，加速了人们对B衰变基本规律和弱相互作用本质的认识进程。发现第二种中微子恤子型中微子是1988年诺贝尔物理学奖的获奖成果。1957年与杨振宁合作提出二元碰撞法的一般公式，建立了量子统计物理学中多体问题通用的理论框架。1959年与杨振宁合作研究了量子玻色(印度物理学家，18941974)气体硬球系统的分子动理论(即分子运动论)，证明通过对级数有选择的求和可消除量子玻色硬球系统的发散性。同时还分析了量子玻色硬球系统的低温特性，发现有相互作用的玻色系统可导致超流现象，对氦的超流性(1962年诺贝尔物理学奖的获奖成果)研究作出贡献。1959年与杨

13、振宁合作分析了高能中微子的散射理论、计算高能中微子束所产生的w粒子的截面、讨论探测大气中中微子的方法等，确定了此后20余年有关方面的大量实验和理论工作的方向。1964年与美国物理学家诺伯格合作对零质量粒子所参与过程中红外发散可以全部抵消的问题作出进一步的分析，引入一套解决该问题的系统办法，其结论后被称为KLN(KinoshitaLeeNauenberg)定理(即木下一李一诺伯格定理，它至今仍是强相互作用实验中不可缺少的定理，为分析夸克一胶子相互作用和用高能喷注(即强子簇射)去发现夸克(通过深度非弹性散射实验首先证明夸克的存在是1990年诺贝尔物理学奖的获奖成果)和胶子奠定了理论基础。1969-

14、1971年与意大利物理学家威克(Gian Cado Wick，1909-1992)合作提出一个解决量子场论中紫外发散问题的方法：在希尔伯特(Darid Hilbert，18621943)空间引入不定度规。20世纪60年代后期提出场代数理论，70年代初期研究CP自发破缺问题，就色禁闭现象提出真空的“色介常数”和 “反常核态”概念。20世纪70年后期至80年代初期，在路径积分问题(即解薛定谔方程的新途径，量子力学的i种有效表达形式是薛定谔方程、狄拉克矩阵和费曼的路径积分，奥地利理论物理学家薛定谔和英国理论物理学家狄拉克共同荣获1933年诺贝尔物理学奖，美国理论物理学家费曼则是1965年诺贝尔物理学

15、奖获奖者)方面作出过贡献。1974年与威克合作开始研究自发破缺的真空是否可能在一定条件下恢复破缺对称性，开创了相对论重离子碰RHIC(Relativistic Heavy Ion Collider)这一研究新领域。1976年与美国哥伦比亚大学物理学家弗里德伯格(Richard M Ffiedberg)和希林(Alberto Sirlin，1930一)合作找到许多场论中的经典解及其量子化解，他称其为非拓扑孤子(soliton，孤子又称孤立子)，1986年他用这些解首创强子结构的孤子袋模型理论(被认为是暗物质和类星体等的理论模型之一)，孤子袋(又称孤子星)是非拓扑孤子和广义相对论结合的产物，具有经

16、典意义。为了解决格点规范理论中的费米子谱倍增和平移、转动对称性破坏两大问题，1982年开始与他人合作研究随机格点规范理论，用随机格点规范的方法研究量子场论的非微扰效应，建立了离散时空上的离散力学基础。1983-1985年创造一组新的差分方程，并严格证明这组差分方程能产生所有物理方面(从经典物理到量子物理和广义相对论)应用的、连续性的守恒定律，建立了一套颇具革命性的物理新理论基础。51晚年其兴趣转向高温超导波色子特性、空间关联的库柏对、玻色一费米子超导模型(它结合了玻色一爱因斯坦凝聚态和BCS理论，其中玻色一爱因斯坦凝聚态是2001年诺贝尔物理学奖的获奖成果)、中微子映射矩阵、量子色动力学真空和

17、夸克禁闭的关系等方面的研究。李政道教授帮助中国科学院高能物理研究所于1989年建成北京正负电子对撞机BEPC(The Beijing Electron Positron Collider)，它主要由直线加速器、束流运输线、储存环、北京谱仪BES(Beijing Spectrometer)和北京同步辐射装置等组成。李政道教授的主要专著有场论与粒子物理学(上册1980年，下册1982年，科学出版社)、粒子物理和场论简引(Panicle Physics and Introduction to Field Theory)(Harwood Academic Publishers GmbH，1981)、对

18、称性、非对称性和粒子世界(Symmetries，Asymmetries，and therfd ofParticles)(华盛顿大学出版社，1988年)、科学与艺术(上海科学技术出版社，2000)和物理的挑战(中国经济出版社，2002)等。次年轻的诺贝尔奖获奖者李政道二、 论李政道对科学与艺术结合的贡献科学与艺术国际作品展暨研讨会在北京开幕了f这是前所未有的一次艺术作品展。展览会上陈列的艺术品有相当一部份是科学家与艺术家合作的成果它把人们带进科学与艺术结合的殿堂，使人们在欣赏艺术品的同时领略科学世界的瑰丽多彩。在这些作品中，科学得到艺术的表达，艺术因有了科学的内容而更具活力、更加绚丽。这次展览会

19、上所展览的科学与艺术结合的作品给人耳目一新的感受，予示着一个新的艺术天地，即科学与艺术结合的新天地的诞生。当我们怀着激情欣赏这些感觉新鲜、瑰丽多彩的艺术作品时，我们不能不由衷地感谢杰出的物理学家李政道教授，是他积极倡导科学与艺术的结合，是他对科学与艺术结合进行了历史观察和理论研究，是他用了十多年时间，不断与我国著名艺术家一起从事科学与艺术结合的探索和实践，取得了令人瞩目的成果。这里，我们仅想就李政道教授在科学与艺术结合方面所作的研究及他与艺术家合作创作“主题画”的实践，作些粗浅的介绍，欢迎专家们指正。(一) 倡导科学与艺术结合李政道教授是物理学家，但对历史、诗词、绘画、音乐等文化艺术，特别是中

20、国传统文化艺术十分喜好，很有兴趣。他工作之余，常吟诗作画，博览群书，在从事深奥繁重的科学研究的同时，非常喜欢探索科学与艺术的关系。他发现，艺术，特别是绘画艺术，除了能激发人们的感情外，也能表达科学内容，科学则在追求和表达真理的普遍性的同时也具有深刻的艺术内涵。科学和艺术在一定层面上是相通相联的。1 972年，李政道教授首次归国访问后，以炎黄赤子的情怀，积极支持帮助祖国科学教育事业的发展并为此作出了相当的贡献。1 986年，根据李政道教授的建议，在北京成立了中国高等科学技术中心，李政道教授担任”中心”的主任。从此，在李政道教授支持下，中国高等科学技术中心成为我国重要的学术交流研究场所。十多年来，

21、先后有1万多名国内外学者在这里举行了多次国际学术研讨会，对促进我国与国际的科学交流和我国科学事业的发展起到了重要作用。1 987年5月，中国高等科学技术中心举行”用并行机的格点规范理论”首次国际学术研讨会。李政道提出，应为这次会议设计绘制一幅”主题画”。当时，李政道尚未同艺术界建立联系。他就自己进行设计。他把用于研究格点规范理论的哥伦比亚大学并行计算机的线路图作底图，挥亳在上面书写了一个行书“格”字，作成了一幅“主题画”，画面优雅简练，既有中华传统文化的格调，又有现代科学的内容，受到出席会议的国内外学者的好评。同年6月，中国高等科学技术中心又举行了“桀物理”国际学术研讨会。邀请国际著名科学家到

22、会作系列学术报告，并对北京正负电子对撞机的实验问题进行探讨。李政道再次提出要为这次会议设计制作“主题画”。他自已提出创意并同中心的同事们拟出了草图，最后在电脑上制作完成。这幅”主题画”很是别致，底图是一朵用桔黄色线条勾勒出的牡丹花，上面是深棕色线条绘制的北京正负电子对撞机谱仪(BES)的结构示意图，呈六边形，恰似中国古代的八卦。画面秀气大方，与会议主题十分贴切。这两次国际学术会议主题画的设计制作，不仅对营造会议气氛弘扬会议主题起了很好作用，更使李政道深受启发。他认为，应当把为学术会议设计制作”主题画”的做法坚持下去争取邀请艺术家参与会议”主题画”的设计制作，以提高”主题画”的档次并以此为契机推

23、动科学家与艺术家的合作，推进科学与艺术的结合，为这一艺术新天地的发展作出贡献。(二) 对科学与艺术的关系进行历史考察李政道提倡科学与艺术结合是一个创举。作为一个科学家，他深知，提出一个新的文化概念，应该对这个新概念和随之而诞生的新的文化艺术现象进行研究，搞清楚它存在的依据、发展趋向和对社会文化发展的影响。李政道为此进行了深入的思考和研究。李政道首先对历史文化中科学与艺术的关系进行思考。他以科学家的独特视角去发掘审视古代诗词、绘画以及出土文物中科学与艺术结合的表现。李政道研读屈原的名篇(天问发现这是大诗人屈原用诗的形式写就的宇宙学论文。李政道引用天问中的两段”九天之际，安放安属7隅偎多有，谁知其

24、数卜-东西南北其修孰多7南北顺椭，其衍几何广李政道解释说，诗中的“九天”是指天球的九个方向，东方为是苍天(嗥天)，东南方为阳天，南方为炎天(赤天)，西南方为朱天，西方为颢天(吴天、成天)，西北方为幽天，北方为玄天，东北方为变天中央为钧天。李政道认为，在上面所引的第一段诗中，屈原进行了科学解析推理，假定天空的形状是半球，若地是平的天地交界处就必定会有许多奇怪的边边角角。到底是什么东西放在那里呢7它又属于什么7宇宙的这种非解析几何形状太不合理。因此，这种东西是不应存在的。屈原据此得出结论，地和天是不可能互相交接的，既然天是圆形的，地也应是圆形的，天像蛋壳，地像蛋黄。因此，各自都能独立转动。李政道还

25、认为，上面所引的第二段诗说明屈原又进一步推断，地的形状也许不是纯圆形，它的东西直径与南北直径之间哪个更长些呢7这就是说，赤道圆周与极径圆周哪个更长呢7李政道说屈原在诗中巧妙运用了几何学和物理学的对称性原理，他在2500年前，就提出了这样的科学假设，地球是圆的，而且是个可能东西、南北不一样长的扁椭圆球体，这是个惊人的科学推测。十五世纪哥伦布作环球探险证实了地圆说，十六世纪，哥白尼才提出日心说，直到近代科学家才测量出地球赤道半径为6378公里、极半径为6357公里，地球果真是东西长、南北短的扁椭圆球体。而生活在2500年前的中国诗人屈原就相当精确地提出了类似的科学假设和疑问并且用诗的艺术形式表达。

26、这是多么难能可贵啊! 李政道还对大汶口发现的新石器时代的一块石刻进行研究。这块石刻上刻有日、月、山三个形象，雕刻者十分巧妙地将这三个形象组合成一个“人”的形状，“日”是头，向上弯的月亮成了手，“山”成了“人“的双腿。李政道解释说这个石刻生动地反映了新石器时代的人类已经有了将日、月、山这些重要自然物体与人类达到和谐、统一的愿望，并用形象方式表达了这种愿望。这是科学与艺术交织在一起的生动例证。李政道很重视两片保存在台湾”中央研究院”的甲骨。在一片甲骨上有“新大星并火”的字样。李政道解释说，所谓“新大星”是一种处于爆发中的变星体，它的亮度比爆发前增强一万倍至十万倍，如同“火“一样。李政道指出，这片甲

27、骨上的文字“新大星”的”新”宇中的一撇被刻成了一个箭头，指向了一个奇特方向。这显然是甲骨文的契刻者对看到的“新大道星”中的特殊现象所作的特殊表达。而在这片甲骨之后几天刊刻的另一片甲骨文则称，这颗“新大星”的亮度已明显降低。李政道解释说，这两片甲骨文记录了公元前1 3世纪发生的变星体爆发过程是十分有价值的科学记载。这说明，早在那个时代，我们的祖先已经能用象形文字对科学发现进行描述和表达，科学和艺术在那时显然是没有界线的，是一致的。通过对历史文化的一系列观察，李政道认为，在人类文化中发展中科学与艺术始终是交织在一起的。只是随着社会的发展，社会分工日益细化，科学和艺术逐渐变成了各自独立的文化范畴而相

28、互分割开来，甚至被误认为是“互不搭界”的文化范畴。李政道觉得，炎黄文化中科学与艺术的发展是一贯统一的，它可以告诉我们，现在我们提倡科学与艺术结合并非是一时心血来潮的主观行动，而是有历史和文化的依据的，是在新的历史条件下对历史传统的发掘和继承，是有所发展和创新的。(三) 对科学与艺术的关系进行理论研究对文化发展历史中科学与艺术的关系进行考察使李政认识到，提出科学与艺术结合是有历史依据的。但是，科学与艺术为什么能结合7它们结合的基础是什么7它们的结合对当代科学、艺术和社会文化发展的意义如何?李政道认为：只有从理论上弄清这些问题才能使科学与艺术的结合做得更好。为此，李政道对这些问题进行了思考与研究。

29、与此同时在他的倡议下，中国高等科学技术中心于1 993年与炎黄艺术馆、1 995年与科技日报分别举行了”科学与艺术”的研讨会，邀请科学家和艺术家就科学与艺术结合的问题进行探讨。通过较长时期的思考研究，李政道对科学与艺术的关系形成了如下几个观点科学与艺术的本源是一致的，它们都来源于人类的社会实践，来源于人类的智慧与创造，科学与艺术追求的目标是一致的，它们都追求真理的普遍性。所不同的是艺术，如诗歌，绘画、音乐等，是用创新手法去唤起人们的意识或潜意识中深藏的、已经存在的情感。这种情感越珍贵表现越真挚，唤起越强烈，反响越普遍，可以跨越时空，表现这种情感的艺术就越优秀，而科学，如天文学、物理学、化学、生

30、物学等，是用创造性思维和劳动对自然现象进行研究与抽象，准确的抽象被称为自然定律。科学的抽象越简单，应用越广泛科学创造就越深刻。它们的共同基础是人类的创造力，它们追求的目标都是真理的普遍性。科学与艺术是人类不同的文化范畴但又是密不可分的是结合在一起的恰似一个硬币的两面。科学中有艺术艺术中有科学。它们的结合和交流是符合它们自身发展的需要，同时也是符合人类文化发展的规律的。科学与艺术结合有利于科学、艺术和整个社会文化的繁荣和发展。优秀的艺术可以激发人们的情感，去从事创造性的思维和实验，优秀的科学智慧也可以从形式到内容去丰富充实艺术的创造力，使艺术达到一个新的更完美的境界。也就是说，科学可以因艺术情感

31、的介入使科学更富有创造性，而艺术也可以因吸取科学智慧的营养而更加绚丽多彩。(四) 积极参与和组织科学与艺术结合的实践通过自己的尝试和深入的观察研究李政道认定科学与艺术的结合是人类文化发展中颇有价值的事物。他决定以中国高等科学技术中心为基地以经常不断举行的国际学术讨论会为契机邀请国内著名艺术家一起从事科学与艺术结合的实践。通过创作“主题画”的实践积累科学与艺术结合的经验摸索科学与艺术结合的途径。从1 988年到1 998年十年间，李政道先后与著名画家吴作人、李可染、黄胄、华君武、吴冠中、张仃、常沙娜、袁运甫、刘巨德以及中青年画家陈雅丹、鲁晓波、姚建伟、陈楠等进行合作创作了20多幅“主题画”。这些

32、“主题画”从内容到形式都十分新颖各具风格以精湛的画艺表达了当代多种前沿科学课题的内涵使人们于欣赏精美画艺的同时，接受到科学知识的熏陶受到科学界和艺术界人士的高度称赞。李政道在同艺术家们合作的时候，总是认真地向艺术家们介绍自己对科学与艺术的关系的看法，阐释科学“主题画”的科学背景和设想，与艺术家们一起切磋。参加创作“主题画”的都是我国画坛的大师或名家他们一旦了解了题意，便以高超的画艺创作出艺术水平极高的“主题画”件件是艺术精品。每一幅画都是科学家和艺术家合作的令人难忘的友谊佳话。著名画家，原中央工艺美术学院院长常沙娜说李政道先生如同连接科学与艺术的纽带，他对科学课题深入浅出的解释和提出的绘画创意，引发了艺术家们丰富的联想和创作灵感。画坛大师吴冠中教授则称李政道教授是科学与艺术“联姻”的“红娘”，是他鼓励我们画界同仁致力于“主题画”的创作。为了总结