物理学与美学的顶峰相遇——李政道先生思想的星辰之光 | 袁岚峰_风闻

导读

　　2021年5月29日，袁岚峰在上海交通大学李政道图书馆做报告《物理与美学的顶峰相遇——李政道先生思想的星辰之光》，庆祝李政道先生95岁华诞及其物理科普代表作《对称与不对称》新书发布（李政道新书发布会上 科普人诠释顶峰之光）。会场气氛热烈，同学们提问十分踊跃，提的问题也都很有思考，令人欣喜。以下为演讲稿。

　　大家好，非常荣幸在这里向大家介绍李政道先生的学术思想。

　　李政道《对称与不对称》新书发布会

　　从我小时候刚开始读书的时候，就看到了李政道先生和杨振宁先生获得诺贝尔物理学奖的故事。这对我当然是一个巨大的鼓舞，我相信对好几代人都是如此。那时中国科学界离世界前沿的距离比现在大得多，可以说是百废待兴。但中国人民的雄心壮志始终没有磨灭，一心向前进。现在看来简直有些天真，但这种天真正是一种可贵的精神。正如我经常引用的一句基辛格的格言：“大事业往往需要一点天真去推动。”在这种勇往直前背后，李政道先生和杨振宁先生的故事就是一个重大的动力源泉。

　　袁岚峰的报告《物理学与美学的顶峰相遇——李政道先生思想的星辰之光》

　　以上这些是所有人都能够理解的。要深入理解李政道先生的思想，首先当然需要理解他的科学成就。所有人都听说过，李政道先生和杨振宁先生得诺贝尔奖是因为发现“宇称不守恒”。但宇称不守恒是什么意思呢？大多数人大概就不清楚了。

　　袁岚峰回答同学的问题

　　其实，宇称不守恒的意思可以用一句话解释，就是定义绝对的左右。

　　左右镜像

　　这话是什么意思呢？让我们想想，我们平时是怎么定义左右的。其实最常用的定义就是：左手在左边，右手在右边。但是稍微一想就会发现，这是个循环定义，根本没有解决任何问题。这个循环定义居然能够奏效，是因为我们可以跟小朋友面对面地交流，拿着他的胳膊说，这个是左边，这个是右边。但如果不能见面，单凭语言交流，你就会发现定义左右是个非常困难的任务。

　　所以，不要说是对小朋友了，即使是对成年人，分清左右也不是总能做到的。经常有人在跳舞或者军训的时候顺拐，这就是分不清左右的典型表现。

　　军训顺拐

　　当然，你可以说，人的心脏在左边，至少是大多数人的心脏在左边。这个定义比“左手在左边”好多了，但请仔细想想，这真的是一个本质性的定义吗？

　　人的心脏位于左边

　　其实并不是。因为你可以想象一个镜中世界，其中每一个人、每一个物体以至每一个分子的左右方向都是跟我们相反的。这个镜中世界的人能不能存活呢？回答是可以，因为他并没有违反任何物理规律。

　　这就触及到了问题的实质：物理规律的左右对称。所谓人的心脏在左边，只是一个偶然的现象，而不是物理规律。我们相信，在这个不对称的现象背后的物理规律仍然是左右对称的。也就是说，镜中世界的所有现象跟现实世界的所有现象同样地可以成立。

　　你向着镜子挥舞左手，镜中的人向你挥舞右手，两者同样符合物理规律。你无法分辨哪个是真的，哪个是镜像。甚至可以说，你无法确认你现在是在真实世界里面，还是在镜像世界里面。两者是同等合理的，你无法分辨自己是在哪个里边。

　　这就像伽利略提出的相对性原理：如果你在一条匀速直线运动的大船里面，你不向外看就不可能知道这条船是静止的还是运动的，因为你看到的所有现象都跟静止的船一样。如果在船里放一碗水，你看到的就是水面保持水平，而不是水面起伏不定。如果你在手里握一个球，然后松手，你看到的就是这个球落到正下方，而不是落到后面去。总之，一切都跟静止的船一样。

　　伽利略相对性

　　这种不可分辨性，使我们无法定义绝对的静止。同样，真实世界跟镜像世界的不可分辨性，使我们无法定义绝对的左右。如果一个现象的镜像跟它满足同样的物理规律，即这个现象无法区分左右，那么我们就说这个现象是宇称守恒的。

　　广而言之，每一种对称性都会导致某些物理量无法定义，同时导致某些物理量守恒。本书的附录A里举了好几个例子，列了一张表。例如，空间平移的对称性导致不可定义绝对的位置，由此导致动量守恒定律，这就是刚才说的伽利略相对性。又如，时间平移的对称性导致不可定义绝对的时间，由此导致能量守恒定律。空间转动的对称性导致不可定义绝对的方向，由此导致角动量守恒定律。

　　物理学中对称性的例子（《对称与不对称》表A.1）

　　跟我们当前最相关的是，空间反射的对称性导致不可定义绝对的左右，由此导致宇称守恒定律。这话实际上只是告诉大家，存在宇称（parity）这样一个物理量，还没有说它是怎样定义的。宇称这个物理量的定义，我们留到后面解释。

　　如果你理解到这一层，你的知识水平就超过了90%的人。

　　李政道先生在这本书里，举了一个有趣的例子。设想有两辆汽车，造得一模一样，唯一的区别就是左右反转。我们不是把这两辆汽车称为a和b，而是称为b和d，因为b和d互为镜像。请问，这两辆汽车的性能是不是完全一样呢？

　　两辆除互为镜像外造得完全一样的汽车（《对称与不对称》图5.1）

　　常识的回答当然是，完全一样。然而惊人的答案来了：它们可以不一样！这就是宇称不守恒。

　　具体而言是这样：如果这两辆汽车用到的全都是常规的物理原理，也就是我们平时用到的内燃机、电池等等，那么它们的性能确实会完全相同。但如果用到了一种超越日常生活的物理原理，即所谓“弱相互作用”（weak interaction），那么它们就会出现区别。

　　哎，弱相互作用是什么意思？现在我们需要讲一下基本作用力，弱相互作用就是其中的一种。

　　如果问，世界上的力有多少种？那当然可以数出很多，简直无穷无尽。但如果问，基础的力有多少种？那就变得屈指可数了，因为很多种平时见到的力是可以合并的，它们都是同一个来源。例如，化学反应中涉及的力其实全都是电磁力（electromagnetic force），因为化学反应中发生的就是电子的重新排布，这是由原子核与电子、电子与电子、原子核与原子核之间的电磁力驱动的。

　　经过这样的合并之后，基本的相互作用就只剩下了三四种。到底是三种还是四种呢？常见的说法是四种，而这本书里说的是三种。常见的说法四种指的是：强相互作用（strong interaction）、电磁力、弱相互作用和万有引力（gravity）。而这本书里把电磁力和弱相互作用合并称为电弱相互作用（electroweak interaction），所以只有三种。这是因为在四种的基础上，物理学家们又提出了一种理论，把电磁力和弱相互作用统一了起来。

　　粒子物理的目前状态（《对称与不对称》表16.1）

　　现在人们还在尝试再把强相互作用和电弱相互作用统一起来，也就是把引力之外的所有作用都统一起来。这叫做大统一理论（grand unified theory），目前还没有成功。还有人在尝试把包括引力在内的所有相互作用都统一起来，这个目标就更加宏大了，当然离成功就更远。公众经常听说的超弦理论（superstring theory），就是这些尝试中的一种。

　　下面，我们简单地解释一下这四种相互作用。

　　四种基本相互作用

　　强相互作用就是把质子（proton）和中子（neutron）结合成原子核（atomic nucleus）的力。大家都知道，原子核是由质子和中子组成的，中子不带电，质子带正电。质子与中子统称核子（nucleon）。这些带正电的质子之间离得这么近，它们之间肯定有很强的静电排斥力。但原子核居然没有炸开，而是紧密地结合在一起，这说明什么？说明核子之间肯定有更强的吸引力，克服了静电排斥。这种更强的吸引力就是强相互作用，或者称为核力（nuclear force）。它的强度比电磁力高两个量级。

　　值得一提的是，在强相互作用的层面上，质子跟中子是完全一样的。也就是说，质子跟质子之间、质子跟中子之间以及中子跟中子之间的强相互作用都相等。所以对于核力而言，重要的只是核子这个统称，而不需要区分质子和中子。

　　然后是电磁力。其实我们日常生活中用到的几乎所有的力都是电磁力，除了万有引力之外。因为我们前面说了，所有的化学反应都来自电磁力，而人力、畜力等等都来自化学反应。至于家用电器的能量，那更是显而易见来自电磁力。除非你用到了核电站，那是核裂变（nuclear fission），或者氢弹，那是核聚变（nuclear fusion），核裂变与核聚变都来自强相互作用。

　　然后是弱相互作用。这不是日常生活中常见的。如果一定要找一个跟日常生活最近的，大概就是医院的伽马刀手术，伽马刀的γ射线来自Co-60的β衰变（β decay）。什么叫做β衰变呢？

　　人们最初发现放射性的时候，把放出的射线分为α、β和γ三种。后来发现，所谓α射线就是He的原子核，即两个质子加两个中子；所谓β射线就是电子；所谓γ射线就是光子，只不过是很高能量的光子。所以，放出电子的核反应被称为β衰变。

　　三种射线

　　电子的质量比核子小得多，β衰变的时候核子数没有发生变化，只是一个中子变成了质子，原子核的电荷数增加1，同时放出一个电荷为-1的电子。因此在强相互作用的层面上，没有发生任何变化。那么是什么导致了β衰变呢？就是弱相互作用。弱到什么程度呢？比强相互作用弱13个量级。大家可以记住，只要一个核反应属于β衰变，就涉及到了弱相互作用。

　　最后是万有引力。它的强度简直低得惊人，比强相互作用低38个量级。所以在其他任何一种力占主导的情况下，引力都是可以忽略的。但它最大的特点就是只有相加没有相减，因此在宇宙尺度上，引力笑到了最后。

　　四种相互作用的相对强度（摘自杨振宁的诺贝尔奖演讲，https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/）

　　好，介绍完了这四种力，请问，在确定左右方面其中哪种是特殊的？答案是弱相互作用，因为只有它是宇称不守恒的。回顾一下前面说的互为镜像的两辆汽车，如果它们用到弱相互作用，比如说用Co-60的β衰变来打火，那么它们的性能就会出现不同。

　　这当然不是一眼就能看出来的。下面我们来解释，李政道和杨振宁是如何发现这一点的。

　　五十年代，人们发现有两种粒子，当时称为θ粒子和τ粒子，具有奇妙的性质。怎么个奇妙法呢？搞不清它们到底是两种不同的粒子，还是同一种粒子。一方面，它们的质量、电荷、寿命等等在实验误差范围内完全相等，所以看起来它们应该是同一种粒子。然而另一方面，它们又有一项性质明显不同，就是宇称，因此它们又应该是不同的粒子。

　　现在我们需要说明一下，宇称这个性质究竟是怎么定义的。明白宇称不守恒就意味着可以定义左右，这是第一层。明白宇称本身怎么定义，这是第二层。

　　我们在宏观世界里用的牛顿力学（newtonian mechanics），在微观世界里几乎是完全不适用的。要描述微观世界，就必须用到一个更深入的理论，叫做量子力学（quantum mechanics）。量子力学中描述一个体系，用的是一种数学函数，称为波函数（wave function），它是关于粒子坐标的函数。

　　当把一个体系中所有粒子的坐标反号，即x变成-x，y变成-y，z变成-z，这时体系的波函数有两种可能，一种是不变，另一种是变成自己的负值。为什么只有这两种可能呢？因为这样的变换做两次，不就回来了吗？所有的坐标先反号，再反号，就变回了最初的状态。因此，变换两次之后波函数必然复原。那么变换一次的时候，波函数跟原来的关系必然就是乘以+1或者-1。

　　这个问题其实就是，已知

　　x2= 1，

　　问x等于多少。回答当然就是

　　x = ±1。

　　好，我们把x = +1的体系称为偶宇称，把x = -1的体系称为奇宇称。也就是说，波函数在所有坐标反号时不变的宇称为偶，波函数在所有坐标反号时反号的宇称为奇。有且只有这两种宇称。一个现象宇称守恒说的就是，它不会改变体系的宇称。原来是偶，那么结果仍然是偶。原来是奇，那么结果仍然是奇。

　　现在有趣的事情来了。人们观测到，θ粒子会衰变成两个π粒子，τ粒子会衰变成三个π粒子。这里的π粒子是另一种粒子，已知它的宇称是奇。

　　θ和τ粒子的衰变（摘自杨振宁的诺贝尔奖演讲，https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/yang/lecture/）

　　由此可以推出，θ粒子的宇称是偶，因为它等于两个奇宇称相乘，负负得正；τ粒子的宇称是奇，因为它等于三个奇宇称相乘，三个-1乘起来还是-1。这样看来，θ和τ不是同一种粒子。但前面我们刚说了，它们的质量、电荷、寿命等其他性质全都是相同的。那为什么两种不同的粒子又会如此相似呢？

　　这就是当时令物理学界困惑不已的θ - τ难题。如果你理解了宇称是如何定义的，以及θ - τ难题是什么意思，你的知识水平就超过了99%的人。

　　让我们代入当时人的处境设想一下，假如你是李政道、杨振宁，你该怎么办呢？一般人的想法大概就是，这个现象很有趣，但它只是个巧合而已。不理它了，下一个。

　　如果你这样做，你当然就不可能做出伟大的发现了。这就是伟大人物跟一般人的区别所在。伟大人物能够敏锐地意识到问题，并且能够通过直觉与周密的分析找到前进的方向。李政道和杨振宁注意到，宇称守恒虽然是个常识，但这个常识并不是天经地义的。也就是说，它并不是个数学定理，而是个经验事实，是可以通过实验来检验的。

　　这是个石破天惊的想法。请大家仔细想想，1 + 1 = 2能不能通过实验来检验？回答是不能，因为它是个数学命题。它的正确性来自自然数的定义，用专业语言说叫做皮亚诺公理体系，总之是一套逻辑建构，而不是经验事实。

　　皮亚诺公理体系

　　我们有时候会给小朋友演示，一个苹果和一个苹果放在一起等于两个苹果，帮助他们记住1 + 1 = 2。但请仔细想想，如果一个苹果和一个苹果放在一起突然变成了三个苹果，我们会说1 + 1 = 3吗？不会的，我们会认为有人在变魔术，而不会认为1 + 1变成了3。

　　因为推理总要有个前提，1 + 1 = 2就属于优先级最高的前提。我们总是在用它推出其他东西，而不可能用其他东西推翻它。我们甚至都无法想象一个1 + 1 ≠ 2的世界是什么样子，因为这必然导致自相矛盾。

　　作为相反的例子，“太阳从东边出来”就是个经验事实，而不是数学命题。它的可信度当然非常高，因为我们已经观察到这个现象无数次了。但是，原则上我们总是想象一个太阳从西边出来的世界，而不会导致自相矛盾。因此，这个常识是可以挑战的，每天的观察就是对它的检验。

　　了解了经验事实与数学命题的区分之后，我们就明白了关键点：宇称守恒是一个经验事实，而不是数学命题。并没有一个数学理论告诉我们，宇称一定要守恒。因此，它是可以实验检验的。

　　一旦想通了这一点，李政道和杨振宁就赶快开始研究以前的实验证据。他们发现，对于强相互作用、电磁力和万有引力，已经有充分的实验证据表明它们都是宇称守恒的。但对于弱相互作用，其实从来都没有实验认真研究过其中的宇称是否守恒。人们只是出于惯性或者说惰性，天然地认为弱相互作用应该跟其他三个一样，把这个当成默认的前提了。

　　打个比方，有四个人去过安检。查了前三个人都没问题，然后安检员就觉得第四个人理所当然也没问题，让他混进去了。这时有人跳出来说，且慢，第四个人还没查呢！结果仔细一查，——发现他带了一串烟花爆竹。

　　——俺也一样！

　　——不对，有一个不一样！

　　李政道和杨振宁做的就是这件事，提醒大家检查第四个人。首先他们猜测，弱相互作用中宇称可以不守恒。这样θ和τ就成了同一种粒子，这个矛盾就不存在了。然后为了证实这个猜测，他们需要提出一些判决性的实验。这样的实验很明显，用一个涉及弱相互作用的现象，例如Co-60的β衰变，看它们的产物是不是左右对称。

　　李政道和杨振宁提出宇称不守恒的论文

　　很快，吴健雄等人就做了第一个这样的实验。这个实验的难度很大，因为要用很低的温度，把大量的Co-60原子冷却起来，让它们的磁矩同方向排列。把β衰变和低温结合起来的技术，以前是不存在的。但吴健雄等人发挥了高度的创造性，开发出了这样的技术，做成了这个实验。实验结果表明，产物确实是左右不对称的。

　　吴健雄等证实宇称不守恒的实验（《对称与不对称》图5.2）

　　上面这个图是书中的图5.2，我在很多其他地方也见过类似的图。但这样的图缺乏文字标注，很难看明白它表达的是什么意思。下面这个图，就清楚多了。

　　吴健雄等证实宇称不守恒的实验详细解释图

　　这个图告诉我们，左边给螺线管通电，产生一个磁场，使Co-60的核自旋顺着这个磁场排列起来，然后观察到大部分电子是向上走的，而不是向下走。右边是左边那个装置的镜像。如果宇称守恒的话，大部分电子也应该从上面走，因为左右对换并不会影响上下。然而实际观察到的是，右边大部分电子从下面走了，这就破坏了宇称守恒。

　　其实，电子发射存在一个优势方向这本身就是惊人的，因为它可以用来确定左右，这已经足以说明宇称不守恒了。比如说，在左边，把你的左手四指弯成螺线管中电子流的方向，大拇指就会指向上方，这是电子发射的优势方向。在右边，螺线管中电子流的方向反向了，同时电子发射的优势方向也反向了，所以它们之间仍然是左手的关系。因此，根据螺线管的方向和电子发射的优势方向，就可以定义绝对的左右。

　　由此可见，假如宇称守恒的话，电子发射就必然是上下对称的，不偏向任何一边。因此当吴健雄等人观察到电子发射不是对称的，他们就已经知道自己成功了。

　　这个方法可以用在一个假想的场景，就是向外星人解释左右。假如我们跟一个遥远的外星文明联系上了，双方可以通话，但不能见面，也不能寄个东西过去。这时我们就不能像教小朋友一样，拿起对方的胳膊说，这边是左，这边是右。但是我们可以跟他们说，用Co-60做这样一个β衰变的实验，把螺线管与出射电子优势方向之间联系起来的就是左手，而不是右手。如果外星人精通物理学，他们就会去这样做个实验，然后恍然大悟：原来你们说的左边就是这边，明白了！

　　到这个层面，你就完全理解了宇称不守恒是什么意思，你的知识水平超过了99.9%的人。现在你能够理解它有多么震撼了吧？

　　一般诺贝尔奖从做出成果到获奖，往往需要几十年。但李政道和杨振宁却是1956年提出宇称不守恒，1957年即第二年就获奖了，这个惊人的速度反映了这件事对物理学界的震动之大。

　　在接受了弱相互作用中宇称不守恒之后，下一步的问题自然就是：为什么会这样？对此的回答很简单：不知道。

　　我们有很好的理论描述这个现象，就是电弱统一理论，现在经常叫做标准模型（standard model）。但这只是描述而不是解释，所以弱相互作用中宇称不守恒的原因现在仍然不清楚。

　　本书中提出了一种可能的解释，称为真空激发。基本意思是，真空并不空，它是有复杂结构的。单独的物质体系不对称，但加上真空以后，物质 + 真空的这个整体就是对称的。

　　这个观点有多大用处呢？李政道先生对它有个明确的评价：作为一种记账手段，这样写总是可以的。然而，除非我们对于真空与物质的联系有其他了解，我们怎么能够判定这个观念是正确的，而不是一种同义反复呢？

　　李政道对真空激发理论的评价

　　我觉得，这是一个非常值得大家学习的思维方法。这段话里最有趣的是“记账手段”这个词，也就是说，仅仅发明一种新的语言，并没有带来任何实质性的改变。许多人经常自以为提出了某种伟大的智慧，但其实毫无用处，就是因为他们不知道自己想到的只是某种记账手段而已。伟大的科学家就具有这种反思能力，能够意识到什么是真正的进步，什么只是同义反复。

　　把单纯的记账手段跟真正的智慧区分开的，是改变世界的能力。正如马克思的名言：“哲学家们只是用不同的方式解释世界，而问题在于改变世界。”李政道在这里的提议，就是后面的一段：关键的问题在于是否有可能改变真空，使得失去的对称性再回到物质中来。如果真空确实像一种物理介质，那么，一定可以通过改变其外部条件来改变其性质。

　　李政道对如何检验真空激发的建议

　　具体而言，李政道提议的实验方法叫做“相对论性重离子碰撞”（relativistic heavy ion collision）。例如，美国布鲁克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机（RHIC）就是干这个的。把两个加速到巨大能量的金原子核对撞，就有可能让真空激发，甚至有可能接近138亿年前宇宙大爆炸的条件。

　　1999年10月4日在美国布鲁克海文建造完成的相对论性重离子对撞机（《对称与不对称》图12.1）

​　　在这样的极端条件下，不对称的有可能恢复对称。如果这发生了，就验证了真空激发的理论。当然这个目标还没有达到，不过在实验过程中，已经产生了很多新发现，所以这些实验还是很有价值的。

　　相对论性重离子对撞前后的真空（《对称与不对称》图12.2）

　　中国国画大师李可染应李政道之邀画过一幅画，标题叫做《核子重如牛，对撞生新态》。这幅画可以看作对对撞机最好的广告！

　　李可染的画“核子重如牛，对撞生新态”（《对称与不对称》图12.3）

　　也许你还没有看明白，真空激发理论究竟是什么意思。实际上，学术界对它有另一种表述，叫做“自发对称破缺”（spontaneous symmetrybreaking）。我觉得这种表述方法更好理解一点，下面向大家介绍。

　　大自然中，每个体系都倾向于能量更低的状态。我们把能量最低的状态称为基态（ground state）。假如基态只有一个，那它当然就待在这个上面。假如基态有多个，也就是说有多个状态具有相同的能量，但都是最低的能量，那就有意思了。我们把这种情况称为基态简并（degeneracy），这时体系可以待在任何一个基态上面。

　　实际上，本书的第二章当中，已经讲了一个这样的例子。对一个弹性杆，从两头向内压缩，会发生什么呢？当压力比较小的时候，这个杆只缩短不弯曲。而当压力比较大的时候，这个杆就会发生弯曲。

　　弹性杆的弯曲（《对称与不对称》图2.1）

　　向哪个方向弯曲呢？这跟杆的截面形状有很大关系。如果截面是一个圆，那么所有方向都是一样的，没有一个特殊的方向，杆可以向任何一个方向弯曲。如果截面是一个矩形，那么就有两个方向是特殊的，杆会向这两个方向中的某一个弯曲。如果截面完全没有对称性，那么杆就只会向一个能量最低的方向弯曲。你看，这就是一个基态简并的例子，只不过书里没有写出这个词。

　　在基态简并的情况下，如果你只待在一个基态上看，那就是不对称的。但如果你看所有的基态这个整体，那就是对称的。实际上，所有的基态组成的集合，必然跟这个体系的物理规律具有相同的对称性。

　　对此一个著名的演示，叫做“墨西哥帽子”（Mexican hat）。这种帽子的帽檐翘起来，形成一道环形的沟。如果一个球落到墨西哥帽子上面，那么它的基态就是待在这道沟里的某一点。任何一点都是可行的，而这些基态的整体具有圆的对称性。

　　真空的墨西哥帽子能量结构（戴瑾提供）

　　这个图来自我的朋友戴瑾博士。

　　戴瑾

　　他最近出版了一本科普著作《从零开始读懂量子力学》，我也为此书写过推荐词，这就是书中的一个图。戴瑾博士1985年通过李政道先生组织的CUSPEA到美国留学，今天他和我能为李政道先生略尽绵薄之力，实在都感到非常荣幸！

　　《从零开始读懂量子力学》

　　让我们回到墨西哥帽子。真空激发理论实际的意思，就是真空的能量结构好比这么一顶墨西哥帽子。我们平时见到的真空，就好比帽檐上的一点，它是不对称的。但如果通过提高温度或粒子密度等方法，把势能的形状从墨西哥帽子变成一个开口向上的桶，桶底是一个稳定的基态，那么就恢复了旋转对称性。假如这得到了实验验证，就对宇称不守恒等现象给出了解释。

　　好，以上这些是宇称不守恒的后续发展。如果你理解到这个层面，你的知识水平就超过了99.99%的人。

　　介绍完了李政道先生的科学成就，我们来谈其他一些有趣的话题。李政道先生热爱艺术，此书中举了很多跟艺术家唱和的例子。其中的基本思想，就是此书再版序言中说的：“对称展示宇宙之美，不对称生成宇宙之实。”

　　《对称与不对称》再版序

　　这话的意思是，描述自然界的基本理论往往是对称的，而实际发生的现象却往往是不对称的。例如，正物质跟反物质在基本理论的层面是对称的。但现实的宇宙中，正物质比反物质多得多。假如正反物质一样多，它们就会湮灭殆尽，就不会有日月星辰、地球、人类等等现象了。为什么正物质比反物质多，这是非常耐人寻味的。

　　在艺术当中，也有类似的情况。对称是美的，但如果完全对称，又会让人感到乏味甚至丑陋。书中举了这样一个例子：明末清初的画家弘仁（1610 - 1664）有一幅名作《天都峰图》，看起来十分接近左右对称。这非常好，给人美的享受。但假如把这幅名作改造一下，变成完全左右对称的，那就糟了，甚至还有点阴森森的，像黑势力的巢穴。

　　弘仁的山水画《天都峰图》与其对称化结果的比较（《对称与不对称》图3.1）

　　请注意，李政道先生的原话就是，“像黑势力的巢穴”！这不禁令我大笑，想起了《魔戒》中索伦的根据地魔多。假如在这幅图上再添个索伦的巨眼，那就更传神了！

　　索伦之眼

　　因此，最好的艺术就是基本对称，但又有一些不对称。书中举了两个例子，来自著名画家常沙娜和吴冠中，请大家欣赏。

　　常沙娜的画“水边铁花两三枝，似对称而不对称”（《对称与不对称》图5.3）

　　吴冠中的画“对称乎，未必，且看柳与影子（《对称与不对称》图5.4）

　　李政道先生自己也有一个有趣的发现：“左右”两字是不对称的，但其实它们本来是对称的！1994年，他在参观西安博物馆的时候看到，汉代竹简上的“右”字不是现在的写法，而是“左”字的镜像。原来左右两字也曾经有过一个自发对称破缺！于是他写了这样一首诗：

　　汉代竹简上的“右”字是“左”字的镜像（《对称与不对称》第五章）

　　最后，我想谈一些我和李政道先生的个人感情。我从来没有跟李政道先生见过面，不过我有一位博士后导师就是他的次子李中汉（Stephen Lee）教授。

　　李中汉

　　李中汉老师是康奈尔大学化学系的教授。很遗憾我没有和他合过影，不过我当时有两位博士后导师，另一位是1981年诺贝尔化学奖得主Roald Hoffmann教授，在Roald组里我们有合影。

　　作者在康奈尔大学Roald Hoffmann研究组的合影

　　我2001年刚到美国的时候，就是李中汉老师亲自到飞机场接的我。我非常惊讶，因为去之前说的是他组里的一位博士后来接我，见面时怎么变成了导师自己？他说是因为这位博士后有事来不了，于是他就自己开车来了。

　　下一个消息是，他们帮我找的房子还没有找好，于是他决定让我到他家里先住几天。我晕倒！不过现在想起来，还是非常感谢李老师，他就是这样一个热心助人、心直口快的人。我给父母报平安的电话，也是在到了李老师家里后打的。

　　很不巧，过不久李中汉老师就生了病。他的哥哥李中清（James Lee）来看望他，所以我们见到了他们兄弟俩。李中清老师是历史学家、社会学家，当时他在加州理工学院工作，现在他担任香港科技大学人文与社会科学学院院长，也在上海交通大学科学史与科学文化研究院有兼职。

　　李政道与长子李中清

　　这兄弟俩一个是化学家，一个是历史学家。他们都没有选择物理专业，原因显而易见：有他们的父亲在前面，压力太大。不过他们还是义无反顾地选择了学术道路，而且都取得了很大的成功，令人肃然起敬。

　　李中汉老师跟我讲过一个故事。他和他哥哥小时候问父亲：如果我们兄弟俩真的很笨，那该怎么办？李政道先生的回答是：你们可以去当牧师。

　　这个故事令我大笑。实际上，本书也有一个地方提到了牧师。第15章的第一句话就是：“每当提出一种新加速器计划时，总要请理论物理学家，像高级牧师一样去为耗费如此巨大的冒险辩护和祝福。”由此可以看出李政道先生对宗教的态度！

　　理论物理学家与高级牧师（《对称与不对称》第15章）

　　李中汉老师还讲过一个故事。他父亲1946年到美国留学的时候，其实身负秘密使命，就是为中国制造核武器。当时中国国民党政府派出的若干位留学生和科研人员，都有这个任务。我不禁评论了一句：他们最终确实成功了，只不过换了一个政府！

　　1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆炸

　　李中汉老师还告诉我们，他父亲退休以后，仍然继续研究物理。他和另一位哥伦比亚大学的退休教授合作，每周还见面一次讨论工作。这真是非常符合他经常引用的杜甫的诗：“细推物理须行乐，何用浮名绊此身。”

　　细推物理须行乐，何用浮名绊此身

　　我没有料到的是，2020年我跟李政道先生还有一个奇妙的交集。有一天有人在知乎上给我发私信，说有人提了一个关于我的问题，让我去看。我一看，居然是这么个问题（https://www.zhihu.com/question/406350219）：

　　如何看待曾经的「天才神童」袁岚峰，现在也只是做简单的科普工作？

　　问题说明是：

　　看他的资料，两年学完小学和初一的课程，14岁进入中国科技大学化学物理系，23岁获得化学博士学位，这算是开挂的人生吧？但这么多年过去，似乎在科研领域没有太大成就，只能是做做简单的科普，这算不算又是一个方仲永的悲剧？

　　好吧，这真是一个很不礼貌的问题！我写了一个简短的回答（https://www.zhihu.com/question/406350219/answer/1335180914）：

　　题主如何看待我个人，其实是个小问题，这是各人的自由。不过让我哭笑不得的是‘简单的科普’这个说法，有不少人对科普的价值和方法论一无所知，这才是我们社会的大问题。当然，这也正是需要有专业人士来做科普的原因之一。

　　还有许多人驳斥了这位提问者。其中有一个回答说（https://www.zhihu.com/question/406350219/answer/1335704008）：

　　恐怕你对简单的科普有什么误解？ 

　　我本人曾长期给《中国国家天文》供稿，有次出差的时候，跑到国家天文台和编辑小哥促膝长谈，对中国当前的科普现状唏嘘不已。 

　　《中国国家天文》除了收我这种二把刀天文爱好者的文章，还有一个‘简单的科普’专栏，供稿人是李政道。

　　没错，就是他，诺贝尔物理学奖获得者。

　　我写了一篇文章（如何看待曾经的「天才神童」袁岚峰，现在也只是做简单的科普工作？| 袁岚峰），向大家介绍了这件事。许多人都对李政道先生支持科普的精神十分敬佩。没想到，有一位前辈朋友来跟我说：

　　“

　　昨天看到关于《中国国家天文》曾设有‘简单科普’栏目的话题，作为该杂志的创始人，想再说明一下。

　　这本杂志是2006年10月28日正式创刊，初衷是想以市场机制办成一本基于天文学的科学文化杂志，并试图以讲故事、互动的方式避开有些科普杂志的文章‘业内看太浅，公众看不懂’的现象，当然这样做并不意味着文章质量不高，而是要争取更多的受众。鉴于李政道先生一直提倡科学与艺术的结合，创刊时即邀请他出任特邀顾问（共两人，另一位是任继愈先生）。

　　李先生欣然接受邀请，并说他的博士论文就是天文学方面的。杂志在做栏目规划时设置了‘科学与艺术’栏目，主要刊登科学家的艺术作品和艺术家的科学作品（具有科学元素或内涵的作品），刊登李先生授权的画作即基于此。几年后，李先生主动题写了栏目名以示支持。

　　”

　　原来这个栏目并不叫做“简单的科普”，而是叫做“科学与艺术”。这位前辈朋友还发来了李政道先生接受《中国国家天文》特邀顾问聘请的信，以及他给这个栏目的题词“科学与艺术的重逢”。

　　李政道接受《中国国家天文》特邀顾问聘请的信

　　科学与艺术的重逢

　　这令我深受感动。今天我们在这里分享李政道先生的学术思想，就是科学与艺术的重逢。也许，人生的每一次相遇，都是久别重逢。