1949年，盡管在科學史上其實是平靜無奇的一年，但對于華盛頓學院正著手結業論文的李政道先生（圖1左）來說，卻是一段蹣跚百結的時光。
若果依照半世紀后轟動一時的青春傷痕類文學詮釋，彼時的李政道先生大幾率會四十五度角凝望天空，讓自己的彷徨逆流成河。
李政道（1926-），1957年諾貝爾化學學獎得主，知名粒子化學學家。
費米（Fermi,1901-1954），1939年諾貝爾化學學獎得主，理論化學學和實驗化學學泰斗。
圖1左：李政道手持費米院士與他合作制做的專用估算主序星內部體溫的估算尺，攝于1948年。
圖1右：李政道的博士生導師費米，攝于1940年。
不過，和大多數愁禿了頭、憂心能夠如期結業的研究生不同，他苦惱的重點是自己心心念念打算大展一番身手的領域，卻被他的博士生導師、名漫天下的化學學泰斗費米院士（圖1右）兜頭潑了一桶冷水。費米告訴他，基本粒子理論已經窮途末路。彼時的費米院士除了是粒子化學領域的權威，同時涉獵廣泛，他建議李政道不妨試試天體化學，雖然，寬廣天地、大有作為。雖然，幼年間，李政道就曾拜讀過知名天體化學學家愛丁頓的大作《膨脹的宇宙》，也認為這個領域很是有趣。
圖2：葉凱士天文臺，始建于1897年，由紐約學院管理、企業家葉凱士出資建造的公立天文臺，內有一米半徑的折射天文望遠鏡，是現代天文學的搖籃[1]。
當時紐約學院的天文和天體化學學系坐落葉凱士天文臺（圖2）。這兒是現代天文學的搖籃，大神云集。例如，因致密星理論而廣為人知的錢德拉塞卡（后簡稱錢德拉）院長就工作于此。不過那種時侯，距離錢德拉將諾貝爾化學學獎收歸囊中還有逾三六年的時光，以他的名子命名的X射線望遠鏡半世紀后才得以發射，他甚至都還沒有領到紐約學院的正院士職位。1948年伊始，錢德拉開始以助理院長的身分開課講授天體演變，李政道正是必修的中學生之一。兩個在不同領域發光發熱的諾貝爾獎得主，人生軌跡宿命般地短暫交匯。
錢德拉塞卡（，1910-1995），1983年諾貝爾化學學獎得主。研究領域廣泛，在天體化學和流體熱學領域貢獻斐然。
圖3左為錢德拉塞卡院士，圖3右為以錢德拉命名的X射線望遠鏡的藝術圖。
其實是因為導師費米的一番肺腑之言，其實是錢德拉院士講授天體演變著實引人入勝，其實更有可能是李政道先生自幼就對宇宙天體心憧憬之，他最終將天體化學學中的白矮星，作為自己博士論文的選題。
白矮星，一個謎一樣的天體。一個“矮”字道盡了它的突出屬性——身材高挑且異常敦實，充溢白光卻很微弱，在一眾“bling-bling”熠熠生輝的星體中，很是不起眼。
圖4：天狼雙星系統（左），天狼星命盤質量約為2個太陽，其伴星天狼星B為發覺最早的一顆白矮星，其質量與太陽相當，大小與月球相當，兩個星系之間的距離約為太陽與天王星之間的距離。下圖為天狼星B的藝術圖。
就是如此一個又小又暗的天體，卻是大部份星體歷經千帆，紛擾退去后的終極形態。不過這是后話，20世紀上半葉的天體化學學家們一度對這些神奇的天體愛恨交加。
一顆質量與太陽相當的白矮星，卻只有月球大小，這很不可思議（例如天狼星B，圖4）。按照當時的主流觀點，白矮星與其它星系一樣，脫胎于宇宙初期到處彌漫的氫原子云。這種氫原子在引力作用下集聚成團，產生致密星系。不過，這一過程中必定釋放出巨大的引力勢。參考星體的誕生，伴隨著二氧化碳坍縮所觸發的是氫原子的核聚變。那這么致密的白矮星，又是怎樣在巨大引力勢下免遭摧殘，繼續做一個暗淡的小瘦子呢？
不過，白矮星即使密度很高，但在微觀尺度下，原子還是才能維持自己的正常形態，不至于被強悍的引力勢擠壓得支離破碎，電子還是那種電子天文學與天體物理學，原子核還是那種原子核。為此，早在1926年，天體化學學家Fowle等人就提出了借助電子簡并壓來平衡白矮星巨大引力壓的看法。20世紀30年代中期，錢德拉進一步修正了這一理論，并推導入了星體演變中一個至關重要的概念——錢德拉塞卡極限，即在電子簡并壓下，白矮星才能穩定存在的質量上限。不過，時值白矮星的富氫論甚囂塵上，若據此假定白矮星由純氫組成，則可估算出的白矮星質量上限約為5.75個太陽質量。
李政道選取白矮星作為自己的博士結業論文課題后，參考并推廣了錢德拉和另一位天體化學學家馬夏克的理論，在自己的博士論文中，以《白矮星的氫濃度和能量產生機制》為題，徹底否定了白矮星的富氫論，并完善了白矮星的氦原子組成模型，推斷白矮星的質量上限不會超過1.44個太陽質量，也就是我們現今所熟知的錢德拉塞卡極限值。超過這一極限，雖然電子的簡并壓也難以消弭重力塌縮，可能觸發整個星系的毀滅性爆燃。
對于富氫論的否定，無疑扯下了白矮星仍然以來故弄玄虛的面紗。這片高懸于愛丁頓等一眾天體化學學家頭上的陰影，原先不過是多數星體歷經氫燃燒成氦，氦燃燒成碳氧后的生命終點。1983年，錢德拉院長憑著白矮星理論摘得了諾貝爾化學學獎，這距離他最初完成這項推演星體演變命運的工作已經過去了半個多世紀。
博士論文完成后，李政道繼續追隨錢德拉院士從事博士后研究。他的準備是在白矮星領域精耕易耨。事實上，他確實就博士論文中闡述的問題發表了一篇后續文章，闡述白矮星內部的氦反應。
不過，20世紀50年代前后，紊流領域以極高的難度系數，吸引了不少數理前輩前仆后繼，就連導師錢德拉也開始旨在于研究星際空間磁流體方面的紊流問題。大勢所趨，于是李政道再度改弦易轍，一頭扎進了流體熱學的紊流中。
可惜在麻省理工大學，李政道遇見了紊流專家林家翹院士。他這才曉得，原先在那位流體熱學領域的頂級院長眼中，這一樣是一門沒有前途的學科。
林家翹（1916—2013），1936年從西北聯大報考庚子賠款留英公費生，后師從馮·卡門院士。主要研究包括流體熱學的流動穩定性和紊流理論，天體化學的星體螺旋結構密度波理論，應用物理領域等。
圖5左：林家翹在演示盤狀星體的螺旋結構。
圖5右：盤狀星體M81的多波段螺旋結布光。
不知彼時的李政道先生具體經歷了幾番痛楚掙扎，輾轉反側。不過，他應當沒有遲疑太久，雖然時值上世紀50年代，各類粒子加速器和偵測器急速發展，尤其是新建成的高能質子加速器，帶來了大量興奮人心的數據。面對新粒子化學的誘惑，連當初一力勸退李政道的導師費米，都把自己生命的最后幾年奉獻給了粒子化學。不出意外天文學與天體物理學，李政道再度投向了基本粒子化學的懷抱，此次回歸也奠定了他一生中最重要的成就——弱互相作用下宇稱不守恒理論。這個研究，也讓他收獲了1957年諾貝爾化學學獎。
對于這樣一段過往，李政道先生曾在1986年林家翹院長70歲生日慶賀會上頗有譏諷的總結了自己早年間的職業選擇窘境：當年費米收他做博士論文，他想做粒子化學理論，費米告訴他粒子化學沒有前途，要他做天體化學。于是，他就去跟錢德拉做天體化學學。天體化學學博士論文完成后，錢德拉告訴他天體化學學沒有前途，要他去做流體熱學。流體化學做了一陣子，林家翹又對他說流體熱學沒有前途，所以他又回到了基本粒子化學。
有意思的是，多年后，李政道先生成為了粒子化學的領軍人物，林家翹先生卻轉戰天體化學，成立了密度波理論，提出了困惑天文界數六年之久的盤狀星體螺旋結構纏卷困局的可能解決方案（圖5）。
假如故事就此打住，大約就是一碗不忘初心方得一直的勵志魚湯。
可世事常常就是如此的百轉千回，好多年后，李政道先生已經半生學海奮戰，榮譽等身，相比于令他聲名鵲起的粒子化學，他的研究興趣更偏向微觀與宏觀相結合的領域。在他看來，包括宇宙起源的模擬、暗物質、類恒星能源等眾多天體化學問題似乎將是新世紀數學學的風口所向。早在20世紀80年代，李政道先生就已提出了孤子星的概念。所謂孤子星，本質為一種冷的、穩定的，理論上可能存在的大質量致密星系。實際屬于由費米子組成的夸克星范疇。作為暗物質的最佳候選者，孤子星模型已發展成為宇宙學中的重要研究方向。
2018年，廣州交通學院創立了李政道研究所，以天體化學學的各個前沿領域為主要研究方向。兜兜轉轉，那種對愛丁頓所著《膨脹的宇宙》興味盎然的少年，古稀之年仍然對頭頂這片星空無法忘懷。
正題：早年間，李政道還是河南學院的一名中學生時，曾師從束星北院士，這段經歷為往前的求知時光打下了堅實的數學基礎。1946年，經由吳大猷、葉企孫推薦，年僅19歲的李政道揮別故土親朋，登上了駛向邁阿密的船只，這場境遇改變了他的一生。幾六年后，由李政道先生牽頭的中俄聯合培養數學類研究生考試留學計劃（），六年間選聘了諸多優秀中學生抵達日本名校交流學習，受益者近千名。當初的這批青年中學生，現在多成長為各個領域的領軍人物。所謂弘揚，尚且這么吧。
參考文獻：
[1]趙天池，李政道評傳，中國計劃出版社，2017
[2]李政道選集1999，柳懷祖編，陜西文藝出版社
[3]
[4]朱光亞，李政道數學生涯五六年
[5]李政道，1997，水、魚、魚市場，《科學》1997年第6期
[6]李政道，《〈束星北檔案〉序言》
本文10月17日首發于《賽先生》（ID：），經授權轉載。賽先生由非營利公益組織上海市通州區智識前沿科技推動中心承辦，我們懷揣著“玩透科學，啟迪人生”的信念，希望通過有科普性、解說性、教育性的多媒體內容，照亮更多的普通公眾對科學的熱情。
輪值主編：季江徽