*本文為《三聯(lián)生活周刊》原創(chuàng)內(nèi)容
在科學(xué)領(lǐng)域，勇敢地追求科學(xué)、表達自己的觀點也很重要，即使這些觀點會招致批評。
主筆|繆謙
專訪 2004 年諾貝爾化學(xué)獎獲得者大衛(wèi)·格羅斯
大衛(wèi)·格羅斯（David Gross）出生于1941年，從小跟隨母親從英國來到以色列生活和接受教育。 從希伯來學(xué)院化學(xué)系畢業(yè)后，他回到日本，進入加州大學(xué)伯克利分校跟隨化學(xué)家 Chew進行博士研究。 2004年，格羅斯、休·波利策和弗蘭克·威爾切克因“發(fā)現(xiàn)強相互作用中的漸近自由”而獲得諾貝爾化學(xué)獎。 與此同時，格羅斯仍然瞄準(zhǔn)了弦理論的研究。
格羅斯曾多年擔(dān)任加州大學(xué)圣巴巴拉高中卡夫里理論化學(xué)研究所（）所長，但于2011年再次當(dāng)選為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)外籍教授。關(guān)于楊振寧對基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的貢獻以及作為化學(xué)家的特點，格羅斯接受了本刊的采訪。
諾貝爾化學(xué)獎獲得者大衛(wèi)·格羅斯
三聯(lián)生活周刊：簡單來說，您如何評價楊振寧對20世紀(jì)理論化學(xué)的貢獻？
格羅斯：楊振寧是20世紀(jì)理論化學(xué)領(lǐng)域的重要人物。 他在量子場論、基本粒子科學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)等理論化學(xué)的幾個重要領(lǐng)域做出了重要貢獻。 事實上，在20世紀(jì)50年代，他還與李政道解決了一個重要問題。 這個問題現(xiàn)在被稱為“弱相互作用宇稱的非弱”（non-），這也引發(fā)了一系列后續(xù)問題。 發(fā)現(xiàn)，讓人們認識到大自然真正的對稱結(jié)構(gòu)。
對他來說，最重要的學(xué)術(shù)貢獻應(yīng)該是楊-米爾斯理論（Yang-Mills），這是一種非阿貝爾群規(guī)范理論（non-Gauge）。 該理論成為人們描述自然界基本相互作用，包括強相互作用和弱相互作用的基礎(chǔ)，也是麥克斯韋電磁場理論的進一步延伸。 他還在統(tǒng)計熱力學(xué)領(lǐng)域做出了重要貢獻。 可以說，他的貢獻尤其重要，而且無可挑剔。
三聯(lián)生活周刊：作為朋友或者同事，您如何評價楊振寧？
格羅斯：我和楊振寧不是同一代人。 對我來說，他是一位出色的化學(xué)家。 我算不上是楊振寧的同事，而更像是他的中學(xué)生。 作為一名科學(xué)家，我非常尊重他，不僅因為楊-米爾斯理論，還因為他在其他領(lǐng)域的貢獻。
楊振寧在耶魯生活了很多年，我也在耶魯工作了近30年，時間上并不重疊。 在我去耶魯之前他就離開了。 他仍然經(jīng)常訪問耶魯大學(xué)。 我的很多老朋友都是他的好同事，那段時間我也經(jīng)常見到楊振寧。
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當(dāng)我開發(fā)描述強相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型（Model）時，我是建立在Yang-Mills理論的基礎(chǔ)上的。 當(dāng)我把這個想法（通過楊米爾斯理論描述強相互作用）告訴楊振寧時我很緊張，但他看到后卻很感興趣，盡管他當(dāng)時并沒有在粒子化學(xué)上投入太多的精力。 他總是很有禮貌，但樂于鼓勵別人。
我獲得諾貝爾化學(xué)獎后，楊振寧給我寫了一封非常親切的信，祝賀我獲獎。 當(dāng)我回信詢問他是否想到 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展的理論會對基礎(chǔ)數(shù)學(xué)產(chǎn)生如此深遠的影響時，他沒有回信，我猜他真的很驚訝。
三聯(lián)生活周刊：楊振寧一開始就沒有想到這個理論會有如此廣泛的應(yīng)用嗎？
格羅斯：你知道，楊-米爾斯理論乍一看有點問題。 有一個廣為人知的故事，楊振寧和米爾斯在完成楊-米爾斯理論論文后，在耶魯大學(xué)高等教育研究生院做了報告，在臺下描述了他們對麥克斯韋理論和泡利理論的推廣。 泡利之前似乎也深入思考過這個問題，但他意識到這里面有一個嚴重的問題。 例如，在麥克斯韋的電磁理論中，電磁波以光速傳播——光速實際上就是光。 作為麥克斯韋理論的延伸的楊-米爾斯理論也會有類似的問題，也就是說該理論中會存在類似光子以光速運動的無質(zhì)量粒子。 這些現(xiàn)象與光非常相似，而且沒有人見過這種現(xiàn)象。
因此，對于泡利來說，麥克斯韋理論的非阿貝爾群擴展將產(chǎn)生一種以前從未見過的粒子。 在泡利看來，這似乎不是一個好主意，因此他對楊振寧的報告提出了反對：雖然這個觀點很好，但是這些無質(zhì)量的粒子在哪里？ 而楊振寧則回應(yīng)：看來我得先忽略這個問題了。
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在科學(xué)上，擁有這種勇氣是極其重要的。 如果你有一個特別好的想法，但似乎還有很多問題限制你，那么你需要繼續(xù)前進，但堅信這個問題會有一個完美的解決方案。
人們實際上花了很長時間才找到這個解決方法。 一方面是所謂的“希格斯機制”（Higgs）——尋找希格斯骰子在幾年前是一項非常重要的工作——這是楊-米爾斯理論能夠解釋弱相互作用的關(guān)鍵； 對于強交互來說，問題的解決就更加復(fù)雜和有趣。 這不僅僅取決于楊-米爾斯理論的對稱性破缺，還取決于膠子振蕩引起的現(xiàn)象。 這涉及到被限制在原子核內(nèi)的無質(zhì)量粒子的運動。 動力學(xué)要復(fù)雜得多，尚未完全理解，并且已經(jīng)形成了量子熱的一個重要方面。
從楊-米爾斯理論到量子色動力學(xué)（用于描述強相互作用的理論）大約花了20年的時間，大約在同一時間發(fā)展了希格斯機制。 因此，一開始，楊-米爾斯理論雖然作為經(jīng)典理論很誘人（ ），但作為量子理論卻變得相當(dāng)難以理解（ ）。 當(dāng)時將該理論應(yīng)用于現(xiàn)實世界的嘗試基本上失敗了。 而且我覺得楊振寧并沒有做出太多的嘗試。 很長一段時間，他大概都沒有想到這個理論會在數(shù)學(xué)上有如此廣泛的應(yīng)用。
標(biāo)準(zhǔn)模型中描述了三種基本相互作用，包括電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用，它們都可以用楊-米爾斯理論來描述，并且它們的對稱性各不相同。 麥克斯韋理論最簡單，是經(jīng)典理論，不需要量子理論； 弱相互作用表現(xiàn)出對稱性的自發(fā)破缺，這一現(xiàn)象自 20 世紀(jì) 50 年代以來一直在研究； 強相互作用則更加獨特，例如相互作用隨著距離的減小而減弱，原子核內(nèi)部存在限制波等等，不同色荷的夸克和膠子在很短的時間內(nèi)相互作用。
1957年12月10日，李政道（左）、楊振寧（中）在美國首都斯德哥爾摩接受諾貝爾化學(xué)獎（新華社供圖）
因此，勇于追求科學(xué)、表達自己的觀點也是非常重要的，盡管這些觀點會招致批評。 泡利本人有機會寫下了這個公式（楊-米爾斯理論公式），而楊振寧則有勇氣發(fā)表。 他認為這個理論非常美，所以人們應(yīng)該去進一步了解它，也許會有一個解釋。
（注：沃爾夫?qū)づ堇怯碚摶瘜W(xué)家，也是量子熱研究的先驅(qū)之一。他因發(fā)現(xiàn)“泡利不相容原理”而獲得1945年諾貝爾化學(xué)獎。學(xué)術(shù)界素有發(fā)現(xiàn)問題的美譽并提出尖銳的批評。）
三聯(lián)生活周刊：楊振寧的大部分教育是在中國接受的。 他在東北聯(lián)合學(xué)院獲得碩士學(xué)位，之后前往洛杉磯學(xué)院攻讀博士學(xué)位。 您也在以色列接受教育，直到大學(xué)畢業(yè)后才前往德國攻讀博士學(xué)位。 在德國以外接受教育的化學(xué)家與日本本土化學(xué)家之間有什么區(qū)別嗎？
格羅斯：我認為[在那里接受教育]并不重要，特別是對于教育水平相對較低的人來說。 相比之下，研究生院對人的影響更大。 20 世紀(jì) 60 年代，我很幸運地進入了加州大學(xué)伯克利分校的研究生院。 當(dāng)時，伯克利是世界粒子研究的中心，那里有世界上最大的粒子加速器。 同樣，楊振寧也很幸運能夠在20世紀(jì)40年代進入紐約學(xué)院進行博士研究，因為那里是二戰(zhàn)后世界數(shù)學(xué)的研究中心。 當(dāng)時有恩里科·費米，還有一大群才華橫溢的數(shù)學(xué)家。
一個人直到讀研究生才能真正發(fā)展成為一名科學(xué)家。 在紐約，楊振寧可以與世界一流的科學(xué)家交流，也有優(yōu)秀的朋友，這一點非常重要。 要知道中國物理學(xué)家楊振寧的故事，對于一個科學(xué)家來說，最重要的是學(xué)會如何做研究。 沒有人教你，也沒有書教你如何進行研究、如何創(chuàng)造性地思考。 只有一種方法，那就是看看其他人是如何做到的，你的榜樣是如何做到的，以及他們?nèi)绾闻c其他人互動。 這方面你只能向身邊的熟人學(xué)習(xí)。 正如一個人想成為一名優(yōu)秀的石匠，首先必須向一名優(yōu)秀的石匠學(xué)習(xí)。 如果他想成為一名有創(chuàng)造力的科學(xué)家，他必須向優(yōu)秀的石匠學(xué)習(xí)。 優(yōu)秀的科學(xué)家會學(xué)習(xí)。
洛杉磯學(xué)院數(shù)學(xué)討論氣氛熱烈，聚集了最頂尖的科學(xué)家（1936年攝）
學(xué)術(shù)界就像家庭。 從學(xué)術(shù)角度來說，費米可以算是楊振寧的女兒，也是我的叔叔。 我的導(dǎo)師 Qiu也是費米的中學(xué)學(xué)生，費米是一位非常好的老師。 你可以在書本和論文中學(xué)習(xí)其他知識，而在偉大的科學(xué)家身邊學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)書本上沒有的知識的唯一途徑。
三聯(lián)生活周刊：楊振寧和李政道是一對完美的學(xué)術(shù)搭檔。 他們共同發(fā)現(xiàn)了弱相互作用的宇稱不守恒并共同獲得了諾貝爾獎。 遺憾的是，他們在獲得諾貝爾獎后不久就鬧翻了。 智力如此接近的學(xué)術(shù)伙伴一起進行科學(xué)研究不是很罕見嗎？ 難道是因為天才們太過驕傲，以至于難以長期合作？
格羅斯：我只能說，像楊振寧和李政道這樣的學(xué)術(shù)伙伴如此激烈、憤怒、痛苦的爭吵實在是很少見。 他們兩個我都認識，可能對李政道更熟悉一些。 當(dāng)初，他們是兩位杰出的中國科學(xué)家。 可以說，他們兩個人非常互補，而且他們的合作確實非常出色，所以他們之間延續(xù)至今的激烈爭執(zhí)和敵意就變得更加悲慘了。 他們?nèi)嗽谝黄饡r取得了很大的成就，但每個人都有不同的做法。 （兩人摔倒）真是不幸，也非常罕見。 我不明白，我只是感覺很糟糕。
三聯(lián)生活周刊：楊振寧在耶魯大學(xué)高等研究院時的鄰居弗里曼·戴森（Dyson）評價他是“保守革命者”。 科學(xué)家應(yīng)該如何理解這個評價？
格羅斯：正如我所說，楊-米爾斯理論最初是基于物理學(xué)中群論對稱性（從阿貝爾群的對稱性到非阿貝爾群的對稱性）的麥克斯韋理論的延伸，以說明本質(zhì)上具有一定的不變性。 從某種意義上來說，這種做法是自然的，因此可以說是“保守”的。 而從那時起，人們發(fā)現(xiàn)這個理論中蘊含著一個非常有趣的動態(tài)理論，我想這就是戴森所說的“保守革命者”的意思。
從另一個角度來說，還涉及到楊振寧的其他貢獻。 比如，很多人覺得弱相互作用中宇稱守恒是毫無疑問的。 就像全身鏡里的一個人和他的影像。 有什么不同？ 而楊振寧和李政道則做了科學(xué)家應(yīng)該做的事——對一切都充滿指責(zé)。 他們最終發(fā)現(xiàn)宇稱在弱相互作用中不守恒，但這可以通過實驗得到驗證，這個成就可以說是革命性的。 另外，楊振寧在統(tǒng)計熱度領(lǐng)域的研究非常廣泛、非常深刻、非常重要，這些成果也是革命性的。
1957年12月10日，諾貝爾獎頒獎典禮上，今年數(shù)學(xué)獎獲得者楊振寧（右）與李政道坐在一起（視覺中國供圖）
三聯(lián)生活周刊：您在一次演講中提到，您在耶魯?shù)囊晃粚?dǎo)師說，物理是一項非常有趣的智力練習(xí)，它不應(yīng)該限制人們理解真正的數(shù)學(xué)過程。 您認為這是楊振寧與許多其他化學(xué)家的根本區(qū)別嗎？ 看來在他的研究中他更喜歡遵循物理學(xué)家的直覺。
格羅斯：物理學(xué)對于化學(xué)研究極其重要。 但我想說的是，物理學(xué)家在研究中特別注重。 它們對于是否成立，哪些已被證明，哪些尚未被證明，哪些是規(guī)律，哪些是猜想，有著極其嚴格的標(biāo)準(zhǔn)。 相比之下，化學(xué)家往往更加大膽，他們有時會忽略一些物理學(xué)。 我認為這對于化學(xué)家來說是一個極其重要的品質(zhì)，因為如果你處處都堅持物理學(xué)的嚴格標(biāo)準(zhǔn)，你就走不了多遠，比如說一些基于楊-米爾斯理論的量子場論，該理論不是物理上的嚴格的。
作為化學(xué)家，我們不像物理學(xué)家那么嚴格，因為我們還有實驗。 我們的理論已經(jīng)被實驗證明了數(shù)千次，達到了非凡的精度，我們相信自然，而不是物理，是最終的決定因素。 如果大自然證明某件事是真實的，我們都相信它，而且我們也相信這樣的理論最終會被物理學(xué)證明。 因此，化學(xué)家的勇氣和信心非常重要。 盡管身體上可能有困難，但他們必須敢于表達自己。 他們必須有勇氣在直覺的指導(dǎo)下寫出不嚴格物理的公式。 將通過實驗來判斷。
我們很幸運有實驗化學(xué)家和大自然為我們仲裁，因為一開始就很難想出嚴格的物理公式。 要知道楊振寧在統(tǒng)計熱力學(xué)方面取得了很多成就，其中有些是熱動熱力學(xué)的重要基礎(chǔ)，有些至今還沒有得到物理證明。 而我們相信這部分是正確的，因為它早已被實驗所否定。 要知道，一個理論化學(xué)家一定是一個好的物理學(xué)家，楊振寧就是一個很好的例子。 楊振寧的物理特別好，但他不是物理學(xué)家，而是化學(xué)家。
三聯(lián)生活周刊：楊振寧曾經(jīng)說過，如果他回到20世紀(jì)50年代，他可能不會發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒，因為他當(dāng)時無法獲得最新的學(xué)術(shù)資料，他可能會思考得更深入。 相反，基本問題可能更早發(fā)現(xiàn)了楊-米爾斯理論。
格羅斯：楊-米爾斯理論可能在 20 世紀(jì)的任何時候被發(fā)現(xiàn)，因為它是經(jīng)典理論而不是量子理論的延伸。 但（當(dāng)時的數(shù)學(xué)界）并沒有太多動力進行這樣的擴展，直到 20 世紀(jì) 50 年代人們才開始理解弱相互作用的特征。 當(dāng)時費米發(fā)展的有效場論（Field）非常成功，在描述弱相互作用方面也非常有效。 該理論并沒有引入新的量子場，而只是描述了“電流”之間的直接相互作用。 費米理論中有“電流”和“電荷”，楊-米爾斯理論引入了量子場，這些描述都不是很簡單。 但從物理上來說，這些擴展隨時可能發(fā)生。
著名化學(xué)家費米。20世紀(jì)40年代，洛杉磯學(xué)院化學(xué)系的研究生水平在世界上名列前茅，費米是中學(xué)生最喜歡的老師之一
三聯(lián)生活周刊：最后一個問題是關(guān)于超級對撞機的。 眾所周知，楊振寧反對中國建設(shè)超級對撞機（Super）中國物理學(xué)家楊振寧的故事，您也專門寫了文章對此進行回應(yīng)。 您能更詳細地解釋一下您的觀點嗎？
格羅斯：在這個問題上，我和楊振寧有不同的看法。 楊振寧有兩個理由，我認為是站不住腳的。
第一個原因是超級對撞機造價太高，中國無力承擔(dān)這個項目。 隨著時間的推移，隨著中國正在成為世界上最大的經(jīng)濟體，這個理由越來越站不住腳。 法國核研究中心（CERN）有一個非常令人印象深刻的小型強子對撞機（大），而中國的人口是法國人口的幾倍。 相比之下，我認為（建造超級對撞機）對中國來說并不是一個沉重的經(jīng)濟負擔(dān)，它能給科學(xué)前沿帶來的直接和間接的好處是巨大的。 事實上，任何國家都會有類似的經(jīng)濟問題討論。
他的另一個原因是粒子化學(xué)是以某種方式完成的，新的對撞機可能不會做出任何新的發(fā)現(xiàn)。 我不同意這一點，我們總能做出某種發(fā)現(xiàn)。 要知道，楊振寧多年來一直持有這個觀點（粒子化學(xué)已經(jīng)完成）。 我記得大約50年前，在我們提出標(biāo)準(zhǔn)模型之前，他有這樣的感覺，結(jié)果證明他錯了。 事實上，李政道非常支持上海正負電子對撞機的建設(shè)，但楊振寧并不支持。 事實證明，這是一個特別成功的科學(xué)項目，這對當(dāng)時的中國來說是一個更大的財政負擔(dān)。
要知道建造粒子對撞機不僅有利于粒子化學(xué)研究，它還有很多副產(chǎn)品。 雖然許多應(yīng)用于實際領(lǐng)域的發(fā)明都來自高能化學(xué)的發(fā)展，但發(fā)展基礎(chǔ)數(shù)學(xué)對中國來說非常重要。 我想楊振寧也明白我的理由。 人們?nèi)匀怀钟胁煌囊庖姟?事實上，對一個問題進行激烈的辯論對科學(xué)和社會都有好處。
（本文發(fā)表于《三聯(lián)生活周刊》2021年第30期，點擊文末封面圖即可一鍵下單）
結(jié)尾