多年前,布魯克海文國家實驗室的塞巴斯蒂安·懷特(Sebastian White)計畫撰寫《費公尺在美國:費公尺在哥倫比亞大學和芝加哥大學任教的回憶》系列叢書。 為此,他採訪了費公尺教授以前的學生和同事,包括李政道、理察·加溫Garwin)、Freeman Dyson 和 Willis Lamb 等。
李宗道於1947年成為費公尺大學的博士生。 在採訪中,他提供了當時與費公尺接觸的個人感覺。 雖然這篇採訪已經寫了很多年,但李政道先生對費公尺如何教學生的回憶,對於我們如何辦好大學,如何教育學生,仍然有一定的意義。 特此發布,以方便讀者閱讀。
採訪者 |塞巴斯蒂安·懷特。
受訪人 |李宗道。
翻譯 |王翠林.
1948年,費公尺和李宗道合作製作了一種特殊的滑尺來計算主序星的內部溫度分布。
懷特:你是費公尺40多歲的研究生,有費公尺當老師感覺如何?
Tsung-Dao Lee:這是一次非常激動人心的經歷。 當然,在那個年代,芝加哥大學的教授和學生的整體水平相當可觀,再加上費公尺的加入。 1946年秋天,我直接從中國來到這裡。 這開始了我的職業生涯。
懷特:你知道費公尺在那裡,這就是你來芝加哥的原因之一?
Tsung-Dao Lee:是的,這是原因之一。 另乙個原因是我只有兩年的大學學位,而芝加哥大學是唯一可以直接錄取我研究生院的學校。
賴特:你是如何與費公尺就你的博士學位達成一致的**?
Tsung-Dao Lee:實際上,費公尺和我當時有幾個話題。 第乙個主題與費公尺關係不大,更多地受到當時物理研究進展的影響。
那是在1948年,傑克·斯坦伯格(Jack Steinberger)是我的同學。 他對穆子(現在稱為穆子)的衰變進行了實驗,發現它們有乙個連續體。 Chen-Ning Yang、Marshall Rosenbluth和我分析了三個過程:μ介子衰變、μ介子捕獲和衰變。 我們非常高興地發現它們的耦合常數大致相同。 那時,我已經是費公尺的學生了,一切都發生得如此之快。 傑克·斯坦伯格(Jack Steinberg)得出了連續體的實驗結論,但他不知道如何計算它,這就是我參與其中的原因。 他來找我,問我是用三體衰變理論做的(當然,這個計算也是基於費公尺的弱作用理論)。
在此基礎上,我與楊振寧和羅森布魯斯合作,我們一起計算了這三個過程。 之後,我把這些計算的結果告訴了費公尺,他很感興趣。 他說,“你必須把這些寫出來。 我說的問題是為什麼它們必須具有相同的耦合常數。 我認為這其中一定隱藏著像廣義相對論這樣的基本原理。 我非常注意應用費公尺的衰變理論。 我問他為什麼他最初的衰變理論用字母g來表示衰變耦合常數,他告訴我,他腦子裡確實有廣義相對論的想法。
在那之後,幾個月過去了,因為有幾個困難。 例如,中間玻色子必須有質量,但這個質量是如何產生的呢? 1948年聖誕節前後,費公尺達約我去他的辦公室。 他說他剛剛收到了Tiomno和Wheeler的兩篇文章。
他們還分析了所有三個過程,發現它們具有相同的耦合常數。 但他們沒有推測中間玻色子。 我向費公尺提到,我正在考慮中間玻色子的可能性,但我無法弄清楚不變原理。 當時,人們並不知道可以有統一的弱相互作用,因為只有費公尺衰變理論。 但是,一旦我們掌握了衰變、μ介子衰變和μ介子捕獲這三個角色,我們就會一起研究它們:這三個不同的過程引導我們思考得越來越遠。 因此,我們推測一定存在乙個中間玻色子,它很重,並且具有通用耦合常數。 問題是如何使 V 和 A 的衰變具有與同一中間玻色子耦合的選擇規則:因為在 1948 年,人們認為宇宙必須守恆。
我向恩里科·費公尺(Enrico Femi)提到了這個問題,他也有同樣的感覺。 這就是為什麼我們沒有立即寫下來。 但是到了聖誕節,惠勒的文章到了,費公尺說,你必須馬上寫出來。
與此同時,費公尺告訴我,他會寫信給慧琴,告訴他們我們幾個月前就已經完成了這項工作。 那年聖誕節,楊先生和羅森布魯斯先生外出度假,於是我匆匆寫了一篇短文,署名是這三個人的名字。 那是我的第一篇文章。 在《物理評論》雜誌上,它只佔了半頁。 在文中,有一段專門介紹中間玻色子,普遍耦合,它很重,壽命很短。 多年後,楊和我稱它為“W”,代表弱。
這是很長一段時間以來我與費公尺的第一次直接(一對一)接觸。 他很有耐心。 在Tymno和Wheeler的兩篇文章中,都有一篇校對說明,感謝費公尺指出他的三個學生以前獨立地有過同樣的想法。
我不認為這是乙個合適的博士課題,因為我不知道這種普遍的互動是如何建立的。 所以,我的第一篇文章不是費公尺推薦的,他表現得像個好朋友,給了我支援和鼓勵。
我的第二個主題與瑪麗亞·梅耶爾(Maria Mayer)的殼模型有關。 這也發生在 1948 年。 當時,尤金·芬伯格(Eugene Feenberg)的一篇文章發現了一種可以應用於複雜原子核的勢能。 它給出了這些能量水平。 但是這種勢能有乙個問題,那就是它違反了絕熱原理。
瑪麗亞在一次學術演講中討論了她的文章,並提出了一堆反對意見。 在演講的最後,費公尺問道,為什麼不考慮自旋軌道(L-S)耦合呢?
在那之後,我注意到下週又舉行了一次研討會,但演講者又是瑪麗亞,主題是一樣的。 這一次,我又聽了一遍,瑪麗亞的報告有了很大的進步,她已經有了最終的貝殼模型,乙個非常漂亮的模型。 在瑪麗亞的文章中,她感謝費公尺在提出準確問題方面的貢獻。 在諾貝爾獎頒獎典禮上,她再次肯定了費公尺對提出準確問題的重要貢獻。 然而,這一次,她說她已經考慮過自旋軌道(L-S)耦合,碰巧在走廊上遇到了費公尺,當時他們停下來討論這個神奇的數字。 在這個版本中,費公尺提出了自旋軌道(L-S)耦合問題,她已經回答了這個問題,並立即回答了這個問題。 顯然,這件事已經過去很久了,她可能有不同的記憶。
現在,讓我們談談我從費公尺那裡得到的下乙個問題。 他在思考乙個問題,因為乙個重核子在重核中的平均自由程只有大約乙個核半徑或更小,而且很難理解保持軌道如何使瑪麗亞的分析有意義。
當時,費公尺有他的強迫症。 在他早期的工作中,在氬原子或其他惰性氣體中,他指出在電子軌道中可能有許多其他電子。 費公尺使用他的有效散射長度和δ函式模型,這樣他就可以在其他電子雲提供的介質中獲得軌道。 這與實驗非常吻合。 所以他在想,同樣的思路是否能解釋瑪麗亞·邁耶的神奇數字。
我記得當時說這確實是乙個非常好的話題。 他向我解釋了這一點。 我想了大約一兩個星期。 後來,他問我是否想通了,我說:“還沒有進展。 在費公尺已經做過的事情的基礎上,我無法開闢一條新的道路。 後來我才明白,真正的困難來自於問題的複雜性,它不像費公尺電子氣體那麼簡單,它與強耦合介質有關。
費公尺教授很有耐心,說:“這有點棘手。 那麼,我們換個角色怎麼樣? ”
他說,總是有一些物理問題讓他感到困惑,他想尋求答案並了解更多。 他建議我給他講一堂課。 我說,我會全力以赴。
當時,費公尺主要是在做實驗。 當他收我為他的學生時,我是他唯一的理論學生。 當我第一次提出這個要求時,他說他不想帶任何理論學生。 因為當時他不是在理論方面工作,而是在建造粒子迴旋加速器。 他正在測量中子-電子相互作用,等等。 在那之後,他說:“好吧,他帶走了我。 但看起來,這個學生有點挑剔。
他讓我閱讀文獻,然後給他上課。 所以,我們每週見面一次,一起度過乙個下午。 我去他的實驗室找他,然後我們一起去他的辦公室。 通常,我們會討論他上週提出的乙個話題。 當時,他對天體物理學很感興趣,比如質子與恆星碰撞的問題,以及與宇宙射線的相關性。
起初,他問我太陽中心的溫度是多少。 我給了他乙份報告:上面寫著大約1000萬度。 他問我是不是自己做過會計。 我說光強和核心對流產生的能量之間有兩個相關方程,所以比較複雜。 當時,他又問我,你怎麼知道這個答案是正確的。 我寫了方程式,並向他展示了能量轉換定律和 3第 5 次方是成比例的。 然而,能量產生與溫度成正比,大約是 16 次方。 費公尺說:你不能依賴別人的算計,你必須自己批准才能接受。
費公尺建議我們也許可以製作乙個滑尺來檢查它。 他幫我做了乙個 6 英呎長的滑尺來解決這個問題; 我還有乙份用滑尺拍攝的照片的副本。 他做木匠的工作,我雕刻並拍攝了原木刻度的比例。 當我們製作它時,我們立即計算它,也許花了乙個小時。 我想描述這些插曲,以表明他是一位非常好的老師,當時(1948年)費公尺已經被公認為物理學大師,而我只是乙個剛從中國來到美國的年輕學生。 但費公尺先生不遺餘力地指導和教育我。
現在回到我的**主題。 我們開始研究白矮星和錢德拉塞卡的話題。 當時,Chandrasekhar 極限不是現在公認的 14 個太陽質量,但 4 倍或更多。 當時,尚不清楚這顆白矮星的內部成分是什麼,它是由氫、氦還是其他較重的原子核組成。 這改變了電子與核子的比例。 重力作用在核子上,但抵抗坍縮的壓力來自電子。 因此,問題取決於電子數與核子數的比率(實際上是比率的平方)。 Marshak(與Bethe合作)有一篇文章說,最有可能的成分是氫氣。 這個想法是,由於白矮星非常密集,從核心到行星表面的熱流會非常快,如果白矮星的核心非常冷,它會減慢燃料燃燒的速度。 這也是伽莫夫的想法。 他們聲稱白矮星是行星的誕生,而白矮星可能完全由質子組成。
因此,錢德拉塞卡極限是現在公認的極限數量的四倍,當我試圖閱讀馬沙克、馬沙克和貝特的文章時,我意識到他們的想法可能有問題,他們計算中使用的緻密物質的不透明度是錯誤的。
我向費公尺提到了這些觀點,他建議我給他們寫一封信。 所以我寫信給馬沙克,當時他正在懷俄明州度假。 回答相當粗魯。 他說:“你是誰? 當時,馬沙克正在和貝特一起工作,他已經在介子理論上做了很多工作,在他的職業生涯中取得了很多成就。 當然,在那之後,我們成為了好朋友。 不管怎樣,他說他會給我乙個答案。 在我的信中,我指出了我認為他錯了的地方。 他回信給我,說我是對的。 同時,讓我更進一步:白矮星內部的主要元素是氫,還是氦? 當我想到它時,我覺得這顆白矮星應該完全由氦而不是氫組成。 能量產生是溫度的陡峭函式,而能量輸出是溫度的緩慢函式。
Marshak 和 Bette 找到了平衡點,但它實際上並不是乙個穩定的解決方案,因為如果你稍微提高溫度,能量產生就會急劇增加,整個事情就會**。 於是,在費公尺的鼓勵下,我寫了一篇關於這個話題的文章。 那篇文章發表在《天體物理學》雜誌上。 這篇文章,連同對不透明度的正確處理,成為我的博士學位(我的論文後來被洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家應用,他們對緻密物質特別感興趣)。
費公尺則不同。 不僅在物理學上,而且就他的成就而言,他在與人打交道時也非常友善。 例如,他問我乙個問題,我回答說我不想這樣做,如果我遇到教授,他會說,“見鬼去吧。 然而,費公尺的情況並非如此,他會說:“好吧,那你就教我。 “這需要很大的耐心和善意。 我記得他很忙,他正在做實驗,建造芝加哥粒子迴旋加速器等等。
懷特:加文談到了費公尺的領導魅力。 他引導人們朝著他的工作方向前進。 你和費公尺的關係似乎有點不同。
Tsung-Dao Lee:是的,我可以舉一些例子。 在那段時間裡,我每週見他一次。 每次討論都是一整個下午,一起聊天。 我們花了很多時間在一起。 我不知道是否有其他老師會這樣做。 當然,我的意思是,這很特別,但我太年輕了,不知道我有多幸運,我遇到了一位多麼特別的老師。
我剛到芝加哥不久,費公尺就開辦了一門夜校,只對受邀的學生開放。 我很幸運能被邀請,這很特別。 該課程持續了大約兩年,從 1948 年到 1949 年。 每週他都會分配一些問題。 當時,費公尺正在測量中子和電子之間的相互作用,他說因為中子有磁矩,你可以嘗試用量子電動力學來計算它。 接下來的一周,我使用Born近似值進行了計算。 在費公尺到來之前,我和另一位學生穆爾福德·戈德堡(Mulford Goldberg)交談過,我們都得到了相同的答案。 之後,費公尺來問我們結果。 我們給了他我們的配方。 “你用了天生近似? 我們回答說:“當然,你還能用什麼? “他向我們解釋說,如果你使用Born近似,當電子進入時,它會旋轉,依此類推。 簡而言之,我們討論了關於半經典計算有效性的普遍接受的觀點。
相反,他使用了一種不同的計算方式,並得出了他的公式。 結果是,當有效範圍正確時,我們的公式退化為他的公式,但是,如果不是,只有他的公式對於真正的中子磁矩和電子是正確的。 當時,費公尺計算出了這個問題,因為費公尺也在同時做實驗和測量。 它已經結束了他的測量。 因此,他正在考慮新的相互作用(超越電磁的作用)。
通常,一旦費公尺宣布他已經做到了,我就不再這樣做了,因為他已經得出了正確的答案。
大約在1952年,我剛進入高等研究院不久,普林斯頓大學物理系的Muffoue Goldberg打電話給我,問我是否可以一起吃午飯。 他問我是否讀過 Foldy 和 Wouthuysen 的文章。 我說沒有。 他說,“讓我們看一看,然後回過頭來想想電子和中子的問題。 “我讀了它,非常確定我們的公式在他們的文章中逐字出現,並且與費公尺的實驗結果完全相同! 我吸取了教訓。 如果你得到乙個公式,並且你認為你的公式是正確的,你應該把數字代入公式中並做一些計算,但戈德堡和我都沒有。
當費公尺說這是結果時,我們沒有人會懷疑他是否正確,我們也不會費心去替換這些數字並將它們與他的實驗進行比較。
懷特:加溫之前講過乙個關於費公尺在羅馬的故事。 當時,費公尺正在實驗室工作台上,似乎是本能地用一塊石蠟代替了一塊鉛,這導致了一系列緩慢的中子研究工作。 你能告訴我們乙個關於“靈感”在理論工作中的作用的故事嗎,例如,在費公尺的衰變理論中?
Tsung-Dao Lee:說到費公尺的衰變理論,用費公尺自己的話來說,這個說法已經出現在出版物中,當時他試圖理解二次量子化。 他不太了解泡利的工作,同時他對腐爛很感興趣。
如果我們將衰變與電子發射光子的情況進行比較,我們必須認識到衰變的特殊性。 電子發射光子時,乙個粒子在(即電子)和兩個粒子(即電子和光子)中,而在衰變的情況下,乙個粒子(中子)和三個粒子(質子、電子和中微子)出來。 這是非常了不起的。 所以費公尺意識到這必須用狄拉克海的概念來完成,我認為他意識到二次量子化是分析這種新現象的工具。
石蠟的故事也許是費公尺的典型故事。 這方面肯定有很多文章。 毫無疑問,這是靈感,但是,就像大多數靈感一樣,它來自對物理自然起源的深刻理解。 找到這個原點就像從麻袋裡撿出一粒穀物。 天才就是這樣誕生的。 但是,您必須從麻袋開始。 我想,石蠟事件可能是費公尺在腦海中斷斷續續地、下意識地無數次出現之後做出的決定。 從局外人的角度來看,這真是太神奇了。 這很神奇,但這是人類的奇蹟。
賴特:我們談論的話題範圍很廣,但我能問你一些關於你自己的問題嗎?
Tsung-Dao Lee:我認為每個人都有自己的主要思維模式,即專注於你所想的,並利用你所學到的技巧來實現你的目標。 同時,還會有其他的“副產品”,可能不是很合乎邏輯,但可以自由聯想。 正是這些副產品突然帶入了思想的主題,靈感突然出現。 為了掌握這些靈感,如果你正在學習理論,你需要有分析能力,如果你從事實驗,你必須擁有你需要的所有實驗工具和技術。 我想這種經歷對很多人來說都是共同的。 說到費公尺,他很特別,他有很強的理論分析能力,可以將抽象的東西具體化,他可以設計和執行極其有效的實驗證明。 簡而言之,他擁有非凡的天賦,能夠將不同且極其困難的自然現象轉化為清晰明了。 費公尺是理論和實驗物理學的偉大巨人,他也是一位非常優秀的老師,可以教書,可以理解。
本文原載於《科學報》(2012-01-18 b4 people)。