楊振寧的科學哲學思想評析論文

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楊振寧1922年生于安徽省合肥市。6歲時父親從美國芝加哥大學學成回國先在廈門大學執教，次年被清華大學聘為數學教授，因此楊振寧成長在當時的北平。

1937年抗日戰爭爆發，楊振寧隨家幾經折，遷入內地昆明，1938年他高中二年級時考入西南聯大，得到許多良師的教誨，開始對物理學產生興趣。在吳大猷指導下，他完成了關于群論及分子光譜的學士論文。這段工作引起他對對稱性特別的興趣。其后，跟王竹溪做的碩士論文涉及的統計力學，也成為他以后研究的方向之一。

1945年楊振寧赴美進入其父曾就讀的母校——加哥大學，三年后獲物理博士學位。在芝加哥大學，他接觸到許多世界第一流的物理學家。其著名者有論文主任泰勒（Teller），和一代大師費米（Fermi）。1948年他與費米提出π介子是質子及反質子束縛態的可能性，開研究粒子內部結構之先河。

1949年，楊振寧應奧本海默（Oppenheimer）邀請，赴普林斯頓高等研究院做研究工作，不久升為教授。1954年他與米爾斯（Mills）發表的規范場理論，是一個劃時代的創作，不但成為今日物理理論的基石，并且在相對論及純數學方面也有重大意義。

1956年他與李政道提出弱相互作用中宇稱不守恒，次年獲諾貝爾獎。從1966年至今，楊振寧主持紐約石溪州立大學的理論物理研究所。

1986年，楊振寧南開數學研究所參觀，并與該所所長著名數學家陳省身一道創立了南開數學所理論物理研究室，具體指導量子可積系統的研究。筆者有幸在該研究所攻讀碩士學位，學習期間，深感楊先生思想的博大精深，對他那種樸實無華的科研作風敬佩不已，下面結合自己的學習心得，簡單介紹楊振寧的科學哲學思想。

一、愛憎決定風格

“在每一個有創造性活動的領域里，一個人的愛憎，加上他的能力、脾氣和機遇，決定了他的風格，而這種風格轉過來又決定他的貢獻。”①楊振寧在解釋他的這段話時說，物理學是一門客觀地研究物質世界的學問，然而物質世界具有結構，而一個人對這些結構的洞察力，對這些結構的某種特點的喜愛，某些特點的憎厭，正是他形成自己風格的要素。因此，愛憎和風格之于科學研究，就象它們對文學藝術一樣至關重要。楊振寧對物理學的愛憎基本上是1938年至1944年在昆明當學生時形成的。西南聯合大學是中國最好的大學，為了取得學士學位，楊振寧跟吳大猷做了有關群論和分子光譜方面的論文，接觸了群論在物理學中的應用。他讀了狄克遜的一本名為《現代代數理論》的小書，從中學到了群表示理論。這一優美而又有巨大動力的理論，使楊振寧認識到群論的無以倫比的美妙和力量。從而激發起對于對稱性原理的興趣。而從群論到對稱性原理上所得到的物理學與數學的結論，又對楊振寧產生了很大的影響。此后楊振寧在清華研究院，在王竹溪先生指導之下寫作關于有序——無序轉變的論文，對相變發生了濃厚的興趣。1951年以后，他在統計力學、多體問題等方面寫過許多文章，至今對這方面的工作仍很感興趣，由他指導的南開數學理論物理室主要從事這方面的工作。楊振寧強調，“學一個東西不僅是要學到一些知識，學到技術上的特別的方法，更重要的是要對它的意義有一些了解，有一些欣賞，假如一個人在學了量子力學以后，他不覺得其中有的東西是重要的，有的東西是美妙的，有的東西是值得跟別人辯論得面紅耳赤而不放手的，那么，他對這個東西并沒有學進去，而只是學了很多可以參加考試得到好分數的知識，這不是真正做學問的精神，他沒有把問題里面基本的價值掌握住”。②學一個學科，不只是物理學，不但是掌握這些知識、定理和公理，更要掌握這些知識、定理和公理的意義、精神及其重要性，等到你覺得這些重要到一定程度時，你才是真正地把這些東西吸收進去了。

一個人喜歡考慮什么問題，喜歡用什么方法來考慮，這都是通過訓練得出的思想方法，也就是愛憎決定了科學研究的風格。

二、傳統與科研

楊振寧認為文化傳統是一件非常重要的事情，西方和東方的文化傳統的確大不一樣。中國的傳統，重視每個人對社會的責任，從小就講先天下之憂而憂。相反地在西方這種觀點非常少，甚至不存在，可是我們看到，西方傳統也可以產生出燦爛的文化。在這兩種不同文化背景下的人，學物理和方法了不同。

美國學物理的方法與中國學物理和方法不一樣。中國學物理的方法是演繹法，先有許多定理，然后進行推演；美國對物理的了解是從現象出發，物理定理是從現象中歸納出來的，是歸納法。演繹法是學考試的人用的方法；歸納法是做學問的辦法。做學問的人從自己的具體工作分析中抽象出定理來，這樣所注意的就是那些與現象接近的東西。另外，最重要的就是科研方向的問題。楊振寧向吳大猷學了分子光譜學與群論之間的關系，學的方法主要是演繹法：是從數學推演到物理的方法；泰勒所注意的是歸納法，它要從物理現象引導出數學的表示，楊振寧從泰勒那里學到了這種思想方法，獲益非淺。因為歸納法的起點是物理現象，從這個方向出發不易陷入“泥坑”。在當時芝加哥大學的研究氣氛中，楊振寧接觸到一些最可能有發展的研究方向，這是十分幸運的。在聯大，楊振寧有了一個扎實的根基，學了推演法，到了芝加哥，受到新的啟發，學了歸納法，掌握了一些新的研究方向，兩個地方的教育都對楊振寧的工作有決定性的作用。40年代末、50年代初，物理學發展了一個新的領域，這個新的領域是粒子物理學。楊振寧和同時代的物理學家是與這個新領域一同成長的。這個領域到今天，一直有長足的發展，影響了人類對物質世界結構的基本認識。這說明如果進入的領域是將來大有發展的，那末他能夠做出比較有意義的工作的可能性也較大。這是方向問題，至于方法問題，楊振寧給出了一個很恰當的比喻。他說：“研究物理學好象看一幅很大的畫。整個自然界的結構好比這幅畫。看這一幅畫可以有幾種看法。適當的時候應當氫這幾種看法結合起來。一是必須在近距離仔細研究，因為這幅畫畫得很仔細，每一部分都不一樣，因此你必須用放大鏡仔細研究它的細部。一是你應當在遠距離去看它，你可以看到近距離看不到的一種大范圍的規律，還有中距離的看法，物理學需要近、中、遠三種看法。當然，如果你能一下子就看出遠距離所能看到的規律，這當然是大貢獻，但是這種可能性很小，甚至不可能。所以必須從近距離開始，總之，知識的流向是由近到中、再到遠的，而不是反過來。”③例如，量子力學建立以后，它對哲學有很大的影響，但是海森伯和薛定諤不是從哲學出發，而是從研究原子光譜出發建立量子力學的。在此我們不難看出，楊教授對哲學與物理學研究關系問題的基本態度。三、對稱性決定相互作用

對稱觀念有很悠久的歷史，遠在上古時代，人類就有了對稱觀念，我們的祖先通過對許多自然現象的接觸，漸漸形成了這一觀念，這個對稱觀念的發展對上古的音樂、文學、繪畫、雕刻、建筑，都有極其密切的關系。這方面的例子很多，在國內外的一些文物古跡上，隨處可見我們祖先對自然現象中的對稱性的偏愛。到了有史時代，對稱現象在各種藝術的發展中更加顯著。對稱既然在人類歷史上占有非常重要，非常基本的地位，哲學家和科學家便很自然地對之加以廣泛的應用。有許多早期用到科學上的對稱原理，例如，天文學家開普勒，就曾經想用一些幾何的對稱來解釋太陽系中各行星軌道的直徑比例，盡管沒有很大的成果，可是它說明科學家很早就對對稱性發生了興趣了。對稱在科學界開始產生重要的影響始于19世紀。發展到近代，我們已經知道這個觀念是晶體學、分子學、原子學、原子核物理學、化學、粒子物理等現代科學的中心觀念。近年來，對稱更變成了決定物質間相互作用的中心思想。

對稱觀念對20世紀物理產生了極其重要的作用，首先麥克斯韋公式利用向量的方法，得到了比較簡單的表述，可以說是對稱原理在物理學中的第一個主要貢獻。因為對稱原理與方向和向量的關系十分密切，而我們所以能夠把那20個方程式寫成4個方程式，就是因為這20個方程式含有對稱性，把這個對稱性很根本地寫到方程里面去，就可以寫出精而簡的方程式。通過方程式的精簡，我們才可以把電磁學發展到更基本、更深入的程度。在物理學中對稱的第二個重要的用途與晶體的構造有關。晶體結構的對稱性，經過許多重要的科學家的努力提煉，形成了空間群的觀念，這可以說是對稱對于物理學的第二個重要貢獻。隨著人們對對稱的更加深入的認識，物理學家開始用數學上已發展得十分成熟的群的方法來描術對稱性，群和連續群的觀念把代數、解析與幾何連在一起，而通過這許多關系（尤其是解析跟幾何的關系）更和粒子現象，以及物理原理發生了密切的關系，又通過幾何這個關鍵，引進了拓樸的觀念，這正是近40年來出現的物理與數學交織在一起的現象。盡管物理學家很早就知道守恒定律，然而直到20世紀初，才有人了解，原來守恒的觀念與對稱性有密切的關系。通過一系列的發展，人們才知道原來對稱性與守恒定律可以說是同一回事。到了本世紀50年代，人們對對稱原理又有了一個前所未有的新的認識。物理學家發現原來認為的對稱并不是絕對的，在某些相互作用下，會有一些紕漏，這些不對稱的影響是很小的，不過假若你知道在什么地方發掘的話，你就可以發掘出不對稱的現象。關于這方面的第一個實驗是關于宇稱守恒的。通過這個實驗，人們認識到宇稱不守恒是弱相互作用的一個基本特征。對稱原理經過了50年代的發展，在物理學中已經占有了一個比以前更加重要的地位，而近年來，進入了深的層次，這個發展起源于規范對稱。我們知道，世界上各種不同的基本粒子之間有四種不同的相互作用，叫做強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。相互作用就是力量，因此，各種不同的基本粒子之間，就有四類不同的力量。近20年來，大家認識到這種所有的不同的力量，都是不同的規范場，對稱性是決定相互作用的要素。楊先生說：“對稱決定相互作用”①。當然，決定相互作用還有其他的中心觀念，因為在今天的基本物理中，有很多復雜的困難，要解決這許多困難，必須引進一些跟數學有密切關系的新觀念。

注釋：

①②楊振寧：《讀書教學四十年》，三聯書店香港分店，1985年版，第22頁，第121頁。

③楊振寧：《楊振寧演講集》南開大學出版社，1989年，第151頁。

①倪光炯：《百科知識》，1987年第1期、第2期。