海納百川》李政道過世：大天才與小遺憾（沈政男）

物理學家李政道以九十八歲年紀過世了。他是當代最重要的物理學家之一，也是毫無疑問中國最耀眼的科學大天才。李政道一生的科學成就很多，但最重要就是兩個關鍵字：宇稱不守恆、楊振寧。此間沒什麼人有興趣，其實是科學史上最耀眼，也最讓人嘆息的一頁。

宇稱，parity，翻譯名稱很奇怪，你怎麼樣也難以從字面看懂，其實就是空間位置反轉下的狀態變化。以量子力學來說，反轉以後如果波函數沒變，宇稱就是1，而如果差了一個負號，就是-1。宇稱反轉又是什麼？跟鏡像類似，只是再旋轉兩個一百八十度，也就是一種點反射，（x,y,z)變成（-x,-y,-z）。

看看你的雙手，同樣朝上並排是鏡像，也就是左右對稱但方向相反，然後兩手交叉往下翻轉，再把一手翻過來，就是宇稱翻轉了。這樣翻轉以後，你的手功能跟以前一樣嗎？當然不一樣，於是宇稱等於-1。反過來說，如果是手機呢？你翻轉以後，功能仍是沒變，-只是，這是輪轉，rotation，不是翻轉，inversion，必須把手機按鍵配置左右調換才是宇稱轉換。

至於弱作用力，乃四種物理基本力之一，前三種是強作用力（質子拉住質子等）、電磁力與重力比較好理解，弱作用力乃中子衰變牽涉的力，作用距離很短，力道也非常小，因此最晚被發現。

最早提出弱作用力概念的是義大利籍，後來移民美國的物理學家費米，大家在電影《歐本海默》裡有看到。費米主持了冶本實驗室，對於原子彈研發有重要貢獻，而他也是量子力學史上少見能夠在理論與實驗都展現耀眼才華的物理學家。

戰後，不用研發原子彈了，大家開始鑽研基本粒子，費米當時就在芝加哥大學任教，於是楊振寧就去芝大找他當學生，但說是因為費米主持那個屬於國防機密的實驗室，楊振寧不能進入，後來便找泰勒當指導教授，也就是氫彈之父。

楊振寧先到芝大，過了兩、三年，李政道也去了，乃吳大猷推薦。楊振寧與李政道一生最感謝的人，除了爸媽，應該就是吳大猷了，是他發掘了他們，並送到美國，才有後來的諾貝爾獎得主。

楊振寧就在芝大與李政道碰頭，在量子力學的黃金年代一起做了幾十篇研究論文，最高潮就是一九五六刊登在《物理評論》的〈弱作用下的宇稱守恆問題〉，然後隔年一九五七就得到諾貝爾物理獎了，這幾乎是史上最快，一般都要等待科學界確認科學成就一陣子。

我把〈弱作用下的宇稱守恆問題〉找出來看了，嗯，不難看懂啊！原來，寫這樣就能得諾貝爾獎了。研究起源是這樣，當時有一個「τ 與 θ 謎題」，也就是τ 與 θ兩個粒子，質量與壽命一樣， 卻分別衰變成兩個與三個π粒子，而π粒子的宇稱是-1，因此τ 與 θ的宇稱，等於所有π相乘，一個負負得正等於1，另一個則是-1，而依據宇稱守恆原理，顯然它們必須是不同粒子，才會如此。

問題是，兩者的質量與壽命完全一樣啊，要說是不同粒子真的很牽強。就在這時，配樂響起，楊振寧與李政道出場了！他們想到了：或許，在弱交互作用下，宇稱並不守恆！

在強作用力與電磁場，宇稱守恆，也就是不管怎麼左右翻轉，宇稱不是1就是-1，不會說從台南搬到台北，就從1變成-1了。但弱作用力之下，有可能！有時是1，有時是-1，那麼就能衰變成不同組合的粒子了。

只是，要怎麼驗證？楊李兩人想到了可以用β衰變來檢驗，看看發射出來的β射線是否有方向性，如果有，就是違反了宇稱守恆。只是，要測量什麼數據？如何簡化？兩人計算好久，後來發現，只要計算一個膺標量，σ×P， σ是核自旋，P是电子動量，就可以了。

膺標量，pseudoscalar，是什麼？也就是鏡像反射以後，方向會多出負號的矩陣，也就是宇稱等於-1。比如車輪的角動量，原始車輪跟鏡子裡的車輪，都是往前旋轉，因此角動量方向都是往左，沒有相反。

後來吳健雄就根據楊李在論文裡的建議，以鈷六十做了β衰變，真的發現衰變所放射出來的β粒子，在接受器的南北極與赤道，在開始的六分鐘，數目並不一樣，而曲線就跟γ射線的非等張擴散一樣。

吳健雄那篇文章，我也看了，也是不難理解。大家都在問，為什麼吳健雄沒有跟楊李一起得到諾貝爾獎？你看那篇論文便知，可能是原始構想都是楊李提出，原創性少了一點吧。

上述的研究過程，包括宇稱不守恆與膺標量，以及論文初稿，到底是誰先提出與完成，在幾十年後兩人寫回憶錄，竟然有了不同說法，我看了半天的感想是，李政道一開始就投入基本粒子的研究，在物理上的創見也很厲害，而楊振寧的數學比較好，應該是李政道想到了物理概念，由楊振寧幫忙完成。

結果兩人竟然就為了論文掛名的先後順序，吵了起來。從得諾貝爾獎之前，一直到後來，都有這個問題；按英文字母順序，李政道應該排在前面，但楊振寧要求排在前面，理由是年紀比較大，而且貢獻也比較多；李政道有時覺得可以，後來想想又覺得不對，終於在一九六二，因為《紐約客》雜誌的一篇科普文章，楊振寧為了文章提及兩人的順序再次有意見，李政道忍無可忍，就跟楊振寧鬧翻，從此不再合作。

一九六二。歐本海默知道以後，把兩人都數落了一下。楊李的鬧翻，不只是科學史的最大遺憾之一，也是「大科學家卻有孩子氣」的例子之一。

其實，兩人如果沒有彼此，恐怕也就沒有一九五七的諾貝爾物理獎吧。事實證明，一九六二以後，兩人雖然仍有作品，但成就已經大不如前。李政道得到諾貝爾獎時只有三十一歲，幾乎是史上最年輕之一，可見他的天才之高。他在大陸的西南聯大念了兩年就到芝大，直接攻讀博士班，三十歲就當教授了。

相較於楊振寧，李政道跟大眾，還有科學界的交流比較少，大家對他比較陌生，到底他是怎樣一個人，也只能揣測了。據說他從來不看別人的論文，都是自己想問題，包括中學時代讀到牛頓力學，也自己證明運動定律。他收研究生，只收第一名畢業生，如果第二名來找他，會被罵跑。有一次，一個學者在演講裡問他問題，他回說，自己回去看大一微積分！當然，這只是傳言，難以證實了。

然而，楊李斷交，如日月之蝕，可謂大天才的小遺憾了。楊李得到諾貝爾獎以後，在一九六〇年代掀起了物理熱，當時聯考好多人把物理系當成第一志願。

李政道來過台灣，也是中研院院士，但後來主要都到大陸參與科學人才培育。他有六個兄弟，學術成就很高，其中一位當過中興大學校長。（作者為醫師）

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