李政道我一生是從事物理的研究，我覺得生命的活力，就是來自“物理的挑戰(zhàn)”。我想跟各位談一下，20世紀的物理，人才的培養(yǎng)，講一下中國古代的物理，對稱與不對稱，然后從過去再展望到將來。二十世紀的物理19世紀末20世紀初，物理學有兩個大的改變。

一個重要的是在19世紀，1887年，美國的兩位科學家邁克遜和莫雷，他們做了一個實驗。他們那個實驗就是量光的速度，順著地球走有多快，背著地球走有多快。簡單地想，當然順著地球走快，背著地球走的速度就慢一些。他們的實驗結(jié)果表明兩者完全一樣。這個實驗當時覺得有點稀奇，但又覺得跟我們的生活沒什么關(guān)系。

在1900年，湯姆，德國的理論物理學家，想出了一個普朗克方程式。我們知道不論什么東西它都會發(fā)光，溫度不固定，光的顏色是不完全一樣的。就是溫度固定，能量也分布得不一樣。怎么分布呢？這是經(jīng)典物理不能解決的。普朗克就大膽地做了個光量子假設(shè)，這是1900年。光的能量是怎么按溫度分布的?1905年，愛因斯坦根據(jù)邁克遜一莫雷實驗產(chǎn)生了狹義相對論；因為有了普朗克方程式的量子假設(shè)，到1925年就產(chǎn)生了量子力學。

從那時．狹義相對論和量子力學誕生了。而原子結(jié)構(gòu)，分子物理，核能．半導(dǎo)體，超導(dǎo)體，超計算機，幾乎20世紀絕大部分的科技文明，都是從狹義相對論、量子力學來的，都是從研究光和地球轉(zhuǎn)動之間的關(guān)系、地球熱的發(fā)光能力而來的。沒有狹義相對論、量子力學，就沒有這些東西。

19世紀的人很難想象我們現(xiàn)在用的激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、超計算機。但沒有這些基礎(chǔ)科學，也不會有20世紀這樣的科技成果。

同樣，我們要了解現(xiàn)在的物理學、現(xiàn)在的21世紀將會發(fā)生什么?現(xiàn)在和將來的發(fā)展也可能是上個世紀的人類想不出來的。為什么這些看起來跟我們沒有太大關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，會對我們的生活產(chǎn)生這么大的影響呢?這樣的研究叫基礎(chǔ)研究，這樣的發(fā)展叫科技應(yīng)用，然后是市場的開發(fā)：基礎(chǔ)跟開發(fā)的關(guān)系，舉個例子是水跟魚、魚跟魚市場的關(guān)系。沒有水，就沒有魚，也就沒有魚的市場。沒有基礎(chǔ)科學，就沒有人類的應(yīng)用科學，也就沒有相應(yīng)的開發(fā)研究，這個規(guī)律不會變。

怎樣才能產(chǎn)生劃時代的基礎(chǔ)科學成果，愛因斯坦和費米是兩位大師。讓我們看他們及其他杰出科學家在什么年代、什么年紀做了什么事情。

1905年，愛因斯坦提出狹義相對論時，才25歲。1912年，玻爾從量子解釋的普朗克公式，變成量子論，那時候，他才27歲。1925年到1926年，量子力學、量子統(tǒng)計學發(fā)展，薛定鄂37歲，海森堡24歲，費米25歲，泡利25歲。1927年，狄拉克25歲，完成了相對論性量子力學。1935年湯川秀樹28歲創(chuàng)立了介子理論，建立了核力基礎(chǔ)理論。1946年，費米做成了第一個核反應(yīng)堆。

第二次世界大戰(zhàn)以后，新一代的年輕科學家向量子電動力學挑戰(zhàn)。t945年許溫格費曼29歲，朝永振一郎39歲，完成了電動力學的理論基礎(chǔ)；—代新人才，一片新開始。人才的培養(yǎng)新人才是必要條件，并不是青年人就是人才。我想歸納一下科學成功的必要條件，不光是青年，還有怎么培養(yǎng)人才，怎么認清方向，怎么制造環(huán)境，怎么抓緊時間。

不能只依靠課堂教育，不能只依靠高科技的教育工具，現(xiàn)在這個世界是信息世界、情報世界，靠很多的計算機、網(wǎng)絡(luò)就可以：高科技的工具可以很快地傳達信息，可是信息并不是理解。這點很重要。你的儀器很新，信息都有了，一點就點出來了，可理解它有個過程，這個過程就是怎么樣培養(yǎng)。創(chuàng)新的科學人才，需要很好的導(dǎo)師，需要很密切的老師跟學生共同研究的過程?；A(chǔ)科學很深的研究方法是一對一的，不能就買個機器，不能就看個屏幕。他們是人跟人，一天兩天，一星期兩星期，一年兩年累計起來：我在這里講一下我自己的經(jīng)歷。

我記得在40年代，我是研究生，費米那個時候在研究電子和中子，他的學生是非常非常少的，那時就我一個。他每個星期要花半天兒的時間跟我討論，是一對一的在講，在討論。他第一要訓練讓學生對一切物理問題都要自己獨立思考，找到答案。我現(xiàn)在講的是他的訓練方法。那個時候，我自己在研究粒子的問題。費米每半天的討論，就問問題，讓我回答。他有一天問起我太陽中心的溫度，我說大概是一千萬度絕對溫度。他說你怎么知道的，我說從文獻上看來的。他說，你自己有沒有演算過，我說沒有，因為這個計算比較復(fù)雜，文獻講他們算出是一千萬度，我覺得很合理。他說不行，你一定要通過自己的思考和估計，才能接受別人的結(jié)論。

為了做成這個演算，要根據(jù)兩個公式，但過程非常復(fù)雜。費米就說，我們要想一個辦法，做一個大的計算尺。年輕的朋友可能不知道，計算器具有三種：中國的算盤，在19世紀20世紀上半葉是計算尺，現(xiàn)在是計算機。計算尺是這樣的，它是一種尺子，它有三行，一行是母數(shù)字，另一行是數(shù)字對數(shù)，另外也是一個對數(shù)，它用對數(shù)乘法、除法變成加法、減法。費米說：你去做大計算尺，這計算尺一面是18乘對數(shù)，一面是6.5乘對數(shù)。我不會做，他說他可以自己做。他說你能不能照相，我說照相還可以；費米說：你去照相，放大，放普通計算尺，一個放18倍，一個放6.5倍，所以這大計算尺實際上是費米做的，上面的號碼是我做的。

一個小時運作以后，就很簡單地算出太陽的溫度差不多是一千萬度。費米請我做這個，合作全世界惟一的專門的大計算尺，花了兩天。他自己在做的實驗跟這個工作一點沒有關(guān)系，是在做電子和中子很重要的實驗；我自己也不是研究這個；他要達到這個目的：你不能接受別人的計算結(jié)果，而且你必須想新的方法。他給我腳踏實地、克服困難的辦法，也啟發(fā)了我對研究解決問題的興趣。這使我一生受益非常深，后來我自己帶學生也是這樣，也是每星期花半天兒跟他們聊，跟他們討論，什么問題都可以討論。培養(yǎng)創(chuàng)新的科學人才，必須要有好的導(dǎo)師和密切的師生共同研究過程，這個省不了，不能用網(wǎng)絡(luò)、程序代替的。人是人，還是跟學徒、老師這個關(guān)系，是需要一年，兩年，那么這個人就可以一生獨立思考。所以這個我想和各位講一下，如何培育人才。

光培養(yǎng)人才還是不夠的，還要認識方向，制造研究的環(huán)境，抓緊時間跟機遇，這是需要上一代的科學家跟政府政策的支持。我很簡單地講了，20世紀的科學猛進，是因為把基礎(chǔ)科學的重要性抓住，同時他們也在貝爾研究室，在丹麥玻爾研究室，在芝加哥大學普林斯頓大學研究所就這樣一對一訓練出來。所以這一大批科學家實際上都有一定的規(guī)律，而且有認識方向、制造環(huán)境、緊抓時間跟機遇的能力，這也很重要。中國古代的物理我們知道科技在中國古代很發(fā)達，物理的記錄也相當早。物理幾個字音是杜甫的詩，是在唐朝，公元758年，杜甫寫：“細推物理須行樂，何用浮名絆此身?！蔽覀儊砜矗杭?，什么細，仔細觀察；什么推，精密推理?！凹殹敝v怎么做實驗，“推”講怎么做理論．怎么研究科學、實驗跟理論?！绊毿袠贰保艘吲d?！昂斡酶∶O此身”，不要想能不能得諾貝爾獎，你做物理，不要想得獎，你必須本身要有一種樂趣。你成績好，可能你能得到很多。我們中國古代，科學跟藝術(shù)是很聯(lián)合的，要不杜甫怎么了解物理呢?

太陽是一個龐大的氫的核反應(yīng)堆。它是把氫燒成碳，在燒的過程中間，可能出現(xiàn)比碳重的一些元素，像鈦這些處于周期表中間比較穩(wěn)定的一些元素產(chǎn)生出來。

瞬間在周邊發(fā)生爆炸的星，我們叫新星。它亮度比太陽要大幾萬倍。

如果太陽到最后氫都燒完了，太陽會面臨死亡。死亡到一個階段會發(fā)生爆發(fā)，產(chǎn)生相當大的亮度，那叫超新星，亮度一下子比太陽亮100萬倍。新星的壽命一般一個星期兩個星期，超新星的壽命差不多兩年。全世界最早關(guān)于新星的記錄是商朝，這是在一篇甲骨文中記錄的。這個甲骨文存在臺灣中央研究院，記錄了公元前1300年，就是3000多年前的一個新的大星。

關(guān)于這顆星，商朝的甲骨文中是這樣寫的：左邊這個偏旁就是指鷂鷹的星子，就是商朝的地斤、地心了，在這個星指鷂鷹，這個斤，它這個圖你看像不像英文。

所以這一點我覺得非常有價值，這是全世界最早的新星的記錄，實際上中央研究院有兩片甲骨，一片反映在7號發(fā)現(xiàn)了新大星，另外一片說這個星沒有了。它的記錄有新的大星在星座出現(xiàn)，10天以后沒有于，星的亮度怎么樣變化，基本的事實跟壽命都記錄了。這是全世界最早第一個完備記錄，是在3000年以前。

那么超新星，全世界最早的記錄也是中國，是在北宋的宋仁宗期間，即1054年8月27日發(fā)現(xiàn)的。它的記錄是這樣：突然間在白天出來一個很大的星，大如雞蛋；它每天有多大多大，一直記到1056年7月。這是到目前為止全世界對超新星最長時間的記錄，差不多記錄了兩年內(nèi)它的變化，記錄了它的壽命。你可以畫一個亮度表，就可以簡單了解它，現(xiàn)在我們知道它是蟹狀的星云生成，在它中間有一個中間星，也叫脈沖星，它發(fā)出信號，非常準確，所以新星跟超新星的最早最完整記錄，都是我們老祖宗做的。

我們老祖宗一向尊崇天圓地圓，黃道赤道。我們知道公元前5世紀，應(yīng)該是2500年，屈原有17個文卷現(xiàn)在留下來了，里面有一卷是天文，天文里邊他說天是圓的，地也是圓的。我想解釋一下屈原的說法，他說“九天之際，安放安屬，其修孰多，誰知其數(shù)”。我解釋一下，這個九天是做標，九天就是昊天、陽天、赤天、朱天、成天、幽天、玄天、鸞天、鈞天，它的坐標就是天，是圓的。屈原是大詩人，想像力豐富：天是圓的，地假如是平的話，就會相交，相交顯然不合理；既然天是圓的，地肯定也是圓的；所以中國是黃道、赤道，是兩個轉(zhuǎn)兒。今天結(jié)婚人很多，所以一定是黃道吉日。

它底下再問：天地都是圓的，還是橢圓的?他說“南北順橢，其衍幾何”。他說東西是經(jīng)度，南北是緯度，他這樣，一下子變成這樣的圓了，這樣子長一點，還是緯度這邊長一點兒。我們赤道是6378公里，南北是6356公里，相差22公里，所以屈原沒有求出來。不過你想，這個充分解釋的能力跟天圓地圓有關(guān)聯(lián)，這在公元前5世紀，真是了不起，同時屈原文章也寫得好。

《周禮》說，以蒼璧禮天，以黃琮禮地。為什么以蒼璧禮天呢，為什么以黃琮禮地呢。這一直從周，從殷商開始，商周一直是這樣。我們來看看璧是什么樣子：

這是一個璧，直徑是20．4厘米，它的外面是圓的，中間有洞，這個洞影響了中國的錢，一直所有的錢都是洞，到民國才學外國把這個洞沒有了，這個定型就是璧定出來的，它是代表天。

琮是更奇怪了，琮是這樣的造型：外面是方的，高是47厘米，也不太高，中間也是一個洞穿過去。那么方的一個一個是為什么?這是代表天，這是代表地。

另外還有一個叫璇璣，璇璣的造型很像璧。璇，美玉也；璣為轉(zhuǎn)遠，徑八尺，圓周二丈五尺強。玉者，天文之器。

我們想象，我們老祖宗在商朝以前，晚上天兒好的話，能看見天上的星，要是用照相機對著天，放三個小時左右，你就會發(fā)現(xiàn)每顆恒星和行星，都要轉(zhuǎn)兩圈，都沿著一個圓在走，有一點是不動的，就是地球的軸。我們老祖宗那時候看天比較方便，沒有污染，所以比較清楚一點，而且晚上沒有別的事情去做，沒有電視去搗亂，看天的時間可以長一點兒。每天所有的星星都這樣轉(zhuǎn)，就有一點不動，這一點不管怎么樣，它一定是有道理，就想法子，要把這點定得準確一點。假如把這點定得準確一點，我們可以想像，璧、琮跟璇璣它們都是一個螺旋式天文儀器，目的就是把軸心給定準。我們想像假如要定正極，一定要有孔子，假如轉(zhuǎn)的是80°，那孔要轉(zhuǎn)一倍也許160°左右，那么這個管子對著正極，對著正極最好的材料是直簡的罐子。我們想像在商朝的時候，幾千年以前有竹筒，你很容易開洞。假如你開了一個很小的洞，大的盤子像璇璣一樣，那一個盤子有三個凹口，最好是凹口的地方有一個恒星在上面，一個盤子有三個地方對稱性地對著星。星晚上在轉(zhuǎn)，一個盤子隨著它轉(zhuǎn)，星主板是不動的。要定正極的位置，它必須有管子定著正極，然后有盤子隨天而動。盤子動，最好把三顆星能扣住，只要能扣住，那它就隨著轉(zhuǎn)。

假如我講的這個想法是對的，那么這主管子就不夠結(jié)實。它要和地固定，要用大石頭把它綁起來，大石頭每一個一尺長。這樣就有兩種：一種跟璇璣這樣，用扣子扣好．的星隨天而轉(zhuǎn)，代表天；一個是這個石頭跟主管一樣，跟地永恒。所以這樣一個構(gòu)造，就是跟天而動，跟地是不動，中間都是空的，空的是主管子。所以從琮到這里面去，這個比較合理。我算了一下，假如它把微孔用很細的桿子支起來，也許能夠支到兩個毫米，假如兩個毫米10到15度左右，它可以精確到點零一三度。

我們再檢查一下，假如這個想法包括這個璇璣，進八尺這個觀念是對的，那么我們就說我們看到這個天(就我們現(xiàn)在看的天)它是這樣的：我們現(xiàn)在看上去在正極的位置有一顆星是北極星，這是北斗星座，可是現(xiàn)在地球這個軸并不是不動的。我不知道現(xiàn)在同學們還玩不玩陀螺，只要你把它一打它就轉(zhuǎn)?？墒峭勇葸@個軸有徑轉(zhuǎn)，軸自己也轉(zhuǎn)，蛇螺轉(zhuǎn)得很快，可軸轉(zhuǎn)得慢?，F(xiàn)在有北極星，在商朝根本沒有北極星，北極星不在我們現(xiàn)在所看到的位置上。假如這個想法是對的話，那就是說什么時候在現(xiàn)在北極星的位置上有一顆星，同時正好在三角等邊上另外有三顆星，這三顆星扣住這個位置，讓你正對那個時候的北極星，那么你順著正極軌道走，它惟一的點是這個地方，這是在公元前2700年。

北斗，這是紫薇星座的中間，旁邊有三顆星，北斗星座。這個想法是對的，就表示說在公元前2700年，我們老祖宗已經(jīng)有天文儀器把星定位到點上，而且這顆星的名字就是紫薇星座的幕府，有三顆星搖光、北斗、上浮。紫薇星座自古以來跟帝王非常有關(guān)系。你看紫薇星座，現(xiàn)在它邊上一點重要性都沒有，但很可能當初有重要性，是在公元前2700年，離開現(xiàn)在4700年。所以這是一個假設(shè)。我這個也是解釋，可能是到商朝那個時候已經(jīng)沒有這個星，可是他為了紀念天文的成功，所以把璇璣變得很簡單，變成璧，軸變成琮，就變得以蒼璧禮天，以黃琮禮地。我們老祖宗在差不多5000年以前天文已經(jīng)非常發(fā)達，星座位置計算可以非常精確。為什么其他國家如埃及、希臘的古老文化都沒有了。現(xiàn)代的埃及人人形就跟當初埃及古代文化人形不一樣，現(xiàn)在在希臘住的人就跟希臘雕像的臉型不一樣，古代文化都沒有了。

我們很驕傲地說，我們炎黃文化一直傳到了現(xiàn)在。為什么黃土文化能夠不斷創(chuàng)新、富有生命，我覺得很可能黃土文化跟其他文化不同的地方，是它發(fā)展在黃土高原而不在沿海，這很重要。其他古代文化都在沿海發(fā)展，埃及文化為什么在沿海發(fā)展，因為尼羅河每年泛濫，給了它一個季節(jié)的掌握，所以它才能耕種。我們在5000年前已經(jīng)有很好的天文儀器了，而儀器做起來不太復(fù)雜，一下子可以傳出去。我們中原文化的發(fā)展，農(nóng)作物也好，有精密的天文儀器定位，廣泛應(yīng)用，操作農(nóng)耕，炎黃文化是科學為主，無宗教控制，科學早就發(fā)達了，所以能夠延伸到現(xiàn)在繼續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)在基本上是科學為主，民主為本的，這里面有一個代表是大汶口，日月山石雕。公元前3500年，上面是太陽、月亮，這是山。這是5500年以前的，它整個造型把日月跟山，自然與人整個連接起來，這是中國炎黃文化的，因為它把自然跟人連接起來了，所以能夠延長發(fā)揚到現(xiàn)在技術(shù)的生命。這個從古至今都是一樣的。

當然，中國的古代文化是極為悠久的，可近代科學是在西方萌芽的，為什么?我想其中一個道理，很可能是沒有太注意基礎(chǔ)科學。對稱與不對稱在近代基礎(chǔ)科學里面，有很重要的一個觀念，是對稱不對稱，很有意思。它跟我們生活有什么關(guān)系?我要說它跟我們21世紀的發(fā)展有著極為密切的作用。

1974年5月3日，我們住北京飯店，早晨六點鐘電話響了，我很驚訝，有人說毛主席要在一個小時之內(nèi)接見我。我就趕快準備，到中南海里面去。更驚訝的是我一見到毛主席，他第一句就問為什么對稱重要。沒想到他會問這個問題，我愣住了。他說對稱是平衡，平衡是靜止的。他的一生最重要的是動，不是靜止的。他不感覺自然界跟人類有太大的區(qū)別，人類的重要性是動，自然界也是動的，靜止、對稱有什么重要性?我想，這怎么解釋呢?毛主席有一個本子，我拿了一個本子，然后拿了一支筆，把筆放本上，使本子向毛主席那邊斜，本子一動筆就掉下來，他弄了三次。最后我說：毛主席，我看你剛才這個動作，沒有一個是靜止的，可是對稱的，對稱的翻譯是平衡，但對稱是用在靜止對動，是整個宇宙的規(guī)律，有極重要性。毛主席覺得挺有道理。談完以后，毛主席最后說，他很可惜，在年輕的時候有其他事情，為科學花的時間不多，不過他念過四本湯普森寫的《科學大綱》，那里面化學、物理、天文都有。

過了幾年，我跟夫人回美國去。在上飛機前，他們說有個包是毛主席送的，我就打開了，是四本英文的《科學大綱》。所以對稱是重要的。對稱是靜止，和動都是重要的。

現(xiàn)在開始講對稱和不對稱。這是弘仁的畫。弘仁是17世紀著名的山水畫家。他的山水畫是用幾何方法畫出來的，原畫是在上海博物館。他的畫暗含了一種對稱的意味在里面。自然界的事物絕對對稱是很少的，微觀的絕對對稱比較多一點。微觀宏觀里面，絕對對稱有例外，是晶體。

一個好的例子是蘇州的窗格。這些窗格它是有對稱的，這個對稱我們叫P2。什么叫P2呢?P是元胞。你看那個圖案，在360度中間你把它轉(zhuǎn)一下，它有幾次是重復(fù)的，轉(zhuǎn)180度時回來了，可轉(zhuǎn)180度時又回去了，這也是窗格。再看另外一種窗格，這是P6，轉(zhuǎn)動的是像蜜蜂巢一樣，60度一次重復(fù)，還有P4對稱的窗格，是轉(zhuǎn)90度回到原來圓形。P2和P6它都只有一個。

鏡內(nèi)和鏡外的圖形我們叫鏡像反射，這會對21世紀的物理有極大關(guān)系。P2和P6都能看出它們有鏡像反時。P4比較困難一點，它鏡子的反射和轉(zhuǎn)動的軸不是在一個地方轉(zhuǎn)動的。有多少種對稱?有17種，這個問題是在1924年由帕迪埃把它證明了。

世界上最全的是在西班牙的阿爾漢布拉宮，那里面所有的PCI7種早就有了。所以就是說有些數(shù)學的定理雖然證明比較難，但是做的時候，做這個窗框的人，建造王宮的人，他們了解，他們是實驗過的，結(jié)果也是都達到的。

另外，還有一個非常重要的對稱是標度對稱?，F(xiàn)在所有的地圖，氣候水利的分類，都和它有密切的關(guān)系。這個最早是巴斯湯姆發(fā)現(xiàn)的，螺絲的半徑，跟它旋轉(zhuǎn)的角度有很密切的關(guān)系。它旋轉(zhuǎn)的角度(假如你用對數(shù)來做，這是支撐的角度，這是對數(shù)半徑的對數(shù))，是很準很準的直線。你知道它一部分的樣子，你就會可以推斷它全部的樣子。這種對稱叫標度對稱。像颶風，這個能量分布是波長的3的5次方，也是標度對稱的：長的波多，它能量大；短的波少，它能量?。航奈锢碛腥齻€比較重要的對稱：一個是左右對稱，就是守恒；一個是正反粒子對稱，正粒子變成反粒子；一個是時間反射，過去與將來的對稱。這三個是跟自然界、整個宇宙的演變有著極為密切的關(guān)系，跟我們的存在有極為密切的關(guān)系。

大家都知道，左和右當然不一樣，可左、右是不是一樣，這句話是什么意思。你看左右不一樣，它的字現(xiàn)在就不一樣，“左”是這樣寫的，“右”是這樣寫的。在幾年以前，我去西安博物館，看到竹簡文，它的右不是像我們現(xiàn)在這樣寫的，他是左反過來為寫。我看完了很有啟發(fā)，就寫了詩句：“漢代系鏡中左，近日反而寫為右，左右兩字不對稱，宇稱守恒為不準”：漢代衣著是左右對稱的，我們現(xiàn)在也是不對稱的。我現(xiàn)在舉個例子，請大家想像：假如有兩個汽車，完全是一樣的，一個在左面，一個在右面，它的司機坐在左面，油門用右腳去踩的，不能瞎踩，司機坐在右面，所以說兩輛汽車完全是一樣的，就是一個在左面，一個在右面。踩油門到一定高度后，以50里時速走，右面這輛車也踩油門到這個角度，你們說右邊這輛車時速多少?回答當然也是50公里的，那表示你跟1956年時幾乎所有人的想法是一樣的。就是說假如左跟右兩方，是一個鏡子的鏡像，其他的也是一樣的。那么在任何傳動之下，它們也一樣行動。這有一個重要的實驗，在1957年做的。

左右各有一個鈷放射源，各有一個同樣的數(shù)量使它們極化后，結(jié)果不一樣。一個可能100％上去；一個可能100％下去。這說明左右不對稱，證明自然界并不尊重這個規(guī)律，就是左右不一樣，其他也不一樣，所以宇宙不守恒，就是左右不對稱。不對稱是什么意思呢?就是開頭的時候，左右不一樣，以后除了左右不一樣，都不一樣，而且我們可以算出怎么不一樣來、另外一個實驗是發(fā)現(xiàn)正電子和負電子，不單是左右不一樣，所以發(fā)現(xiàn)正粒子和反粒子不變左右也不一樣。這個我們叫正粒子反粒子不對稱。再進一步，一個是左右，一個是正粒子反粒子，第三個是時間，將來與過去。

左右不一樣，其他的也不一樣，這個很重要，所以左右不對稱(而且我們可以算出來哪兒不一樣)。不光是左右不一樣，正粒子跟反粒子也是不對稱的。第三個是時間，將來跟過去的樣子。最重要的實驗是1964年做的，他們實驗結(jié)果電子的電荷是負的。電子的電荷為什么是負的?這次他們認為電子的電荷是正的，電荷是相反的，是向西出現(xiàn)的原子。需要證明的是正子的電荷是正的?電子的電荷是負的?那么你會說真正的電子的電荷為什么是負的呢?電子的電荷是負的，本來是在1956年以前，或者是1957年以前，他說不是負電極，他說負電極是一個相對的，他說左邊是右，因為它們是對稱的。后來我們發(fā)現(xiàn)并不是這樣，正、負和左、右有絕對意義。正電子與負電子，它們也是不對稱的，這個是非常重要的實驗。

這個重要的實驗是在1964年做的，兩位科學家科蒙、菲史都得了諾貝爾獎。一般人說電子的電荷是負的，為什么呢?質(zhì)子也有電，它的電荷是正的，因為電荷相反的相吸，所以負電子和質(zhì)子的電荷相吸。成為一個原子，質(zhì)子的電荷是正的，電子的電荷是正的，正電子變負電子，左跟右它也是不對稱的，這是非常重要的實驗。一個“圓圓”的粒子，它沒有任何的電流，它是中性的，它本身不帶電，它衰變到正電子和負電子的數(shù)目應(yīng)該一樣，但量出來則不然，它的正電子比它的負電子多了千分之六，多了一點。就是說，我們叫中性，長壽的K介子完全跟電子沒有關(guān)系，但它衰變死亡的時候，它的下一代，帶負電的跟帶正電的不一樣。這個規(guī)律是相當驚人的，它不光是正粒子和負粒子，我們叫CP，正粒子和反粒子，左和右一起不一樣，，叫CP不對稱，可以牽扯到將來與過去的對稱。而把左變右，正粒子變成反粒子，將來變成過去，整個宇宙的規(guī)律是這樣的。

在宇宙里面的90％的物質(zhì)，不是我們通常含義下的物質(zhì)。宇宙里有類星體，它瞬間釋放的能量，遠遠超過了太陽釋放的能。這些都是與宇宙的發(fā)展有關(guān)系的。這些都是跟P不對稱，C不對稱，CP不對稱，跟T不對稱，而跟CPT有著密切關(guān)系。什么樣的關(guān)系，我們現(xiàn)在還不了解，這是現(xiàn)在研究的一個很大的課題。有三個基本的對稱理論是很重要的。一個叫P，就是宇稱，是左右。什么叫左右不對稱呢?左右不對稱是什么意思?有兩個組織，在開始時是完全一樣的，在發(fā)展時左跟右不一樣，不光左跟右不一樣，其他也不一樣，而且這個不一樣，我們可以操作，正負電子不對稱，正電子跟負電子當然不對稱了。你可以試想一個正電子跟一個負電子，它們的符號不一樣。我們可以想象從一個物質(zhì)到反物質(zhì)的變換，是正電子代替了現(xiàn)在的負電子，經(jīng)過這個變換是不一樣的。我們叫C，就是把正離子變成反離子，它不對稱，不對稱意思也是一樣的。不光是這個不一樣，今后發(fā)展，其他的也會不一樣。

CP，把正離子變成反離子，左變右，也不一樣。T，把時間顛倒，將來跟過去聯(lián)系，剛剛說當然不一樣了?？赡芗偃缒惆炎笞冇?，右變左，正粒子變成反粒子，將來變成過去，過去變成將來，其一致的準確是相當驚人的。我們先要介紹一個觀念，就是我們的年紀越來越大了，可是時間不能倒退了，這個并不表示時間倒退是不對稱的。我再重復(fù)，時間倒退可能是很對稱的，可是我們的年紀會一年一年大下去的，這個道理是一定的。

所以我們應(yīng)該集中地，把整個的宇宙從它的開始到現(xiàn)在，它的發(fā)展到未來跟過去，左右，正負，正粒子，反粒子都是混在一塊討論的。我第一步要講的是把宏觀的可逆性與微觀的可逆性兩者分開。這是什么意思?

舉個例子，我手里這個圖，每個圓圈是一個飛機場，北京飛機場，我是假定承德在這里，這是從莫斯科飛機場，香港飛機場，東京飛機場。這個箭頭是航班，從北京到莫斯科有一個航班，莫斯科到北京也有一個航班。北京到東京一個航班，東京到北京也有一個航班。東京到香港有一個航班，香港到東京也有一個航班。承德是我們假設(shè)的一個飛機場，它只有航班到北京，要么飛北京，可以由北京回來。所以假如有一個旅客，他從承德開始，他飛到北京去。到北京玩了幾天，上了北京機場，飛到東京。到了東京，又過了幾天，飛到紐約，然后飛到巴黎，由巴黎飛回紐約，紐約飛回東京，東京到北京，北京回到承德，飛機是這樣回來的。我要假定飛機的對稱，跟微觀的可逆性是有聯(lián)系的，宏觀是人，它是在旅行的。所以這個就是飛機可逆，從承德到北京有一班，從北京到承德有一班，北京到香港有一班，香港到北京有一班。香港到東京有一班，宏觀二個人走，可以走過去，也可以走回來。

假如后來航班還是固定的，可是什么時候飛，哪個能去，這些信息不告訴任何的乘客。那么我就想象他會怎樣，看下一個圖，它沒有符號，但是我們知道這是北京的飛機場，這是承德，這是東京，這個是香港。可是航班還是在這里，北京到東京有一班，東京到北京有一班，北京到香港有二班，香港到北京有一班。但是踏上承德飛機場就可以去北京了，再到北京玩幾天，再到北京飛機場，看到飛機起飛，可沒人告訴他往哪兒去，他愿意去東京，可能就到紐約去了，再到紐約玩幾天，再到香港，他可能一坐坐到巴黎玩幾天，宏觀他能夠回到承德的可能性就非常少，假如說航班還維持，沒有機場沒有信息，宏觀就很難回來。我們的一生有10的29次方、30次方的原子、分子在里面，完全沒有標記。雖然在微觀可能是可逆的，可是在宏觀里面就不可逆，所以我們的年紀在長大，我們年紀長大并不表示我們微觀分子原子核子粒子的作用是不可逆的。這個是很重要的一個事情。微觀的可逆性就是與CP對稱性聯(lián)系。CP破壞表明時間反演的不對稱性。

在宇宙開始大爆炸的時候，CP是對稱的。但我們現(xiàn)在宇宙是不對稱的；我們的宇宙幾乎絕大部分是正物質(zhì)核子跟電子等做成的，所以我們的宇宙是不對稱的，把粒子變成反粒子是不對稱的，把左和右也是不對稱的，這就是我們?yōu)槭裁创嬖诘谋匾獥l件。

假如我放開風箏的繩子，它必然會隨著風飄去，一走一夜，當我找出它，無論在哪里，我就會知道，風已經(jīng)到過那個地方，然后我就可以告訴別人，風去了哪里，可是風從何處來，還是沒有人知道。如果時間反映是對的，也許有人會知道，可是這個命題是錯的，可能永遠沒人知道。然后我就講以下幾點，過去與將來，一直到現(xiàn)在。從過去展望將來我們整個自然界有很復(fù)雜的概念，它是由一組基礎(chǔ)原理操縱的，我們的工作，像我從事物理，就要找這個總機關(guān)，我把這總機關(guān)找著了，其他就跟著走。這個規(guī)律對宇宙重要。我們粗看覺得跟我們沒關(guān)系，那是因為你沒掌握住，待你掌握住了，一切跟著你走，這是20世紀文化發(fā)明的秘訣，就是基礎(chǔ)。這個規(guī)律是整個宇宙都照這樣做，顯然有重要性。

20世紀的物理發(fā)展是簡化歸納。什么叫簡化歸納，我們是大的，是由小的做的。我把最小的找著，我們就了解了最大的，所以這個很簡單。這個方向在19世紀以后，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，羅斯福發(fā)現(xiàn)核子，這個里面是一個大發(fā)展。一直到現(xiàn)在我們有很精密的儀器——科學設(shè)備，有精密的理論一相對、量子力學，這就是創(chuàng)造了整個20世紀物理發(fā)展，就是越小越好，大的由小的做的，你把小的找著了，就整個解決了。

在20世紀中葉已經(jīng)講生物，生物是宏觀的，克里克懸念物理的，他說我們要把生物也同樣做，結(jié)果他就發(fā)現(xiàn)DNA或者就是基因，也就是越小越好，就是現(xiàn)在的生物大成功，也是簡化歸納；可是這個方向在21世紀，是另外一個方向。20世紀的，可以說一個經(jīng)典的方向，不過這個方向非常成功?？茖W研究要知道一點，他跟浪頭一樣，一個浪一個浪出去，你不能看人家浪在哪最高，然后你跑過去，跟著人家是另外一個浪頭過去了。

這是20世紀；可能20世紀很成功，建立相對論跟量子力學，緊跟著就是20世紀科技文化，原子構(gòu)造，核能，激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體，超計算機，然后我們找到所有的核子，介子，實際上我們知道的物質(zhì)只有12種基本粒子構(gòu)成，這12種叫夸克和輕子兩種。每個六樣，夸克分上、下、奇、桀、頂、底，核子也是它做的，中子也是它做的，鈾也是它做的，碳也是，這六個是基本。還有六個輕子：電子、μ介子、τ介子、電子中微子、μ中微子、τ中微子，這個時候就組成我們了解的所有粒子，這在20世紀是一個極大極大的貢獻。

我認為21世紀有四個大問題，這四個大問題是什么?四個大問題是我們這個三大作用理論的對稱問題。剛才講了很多不對稱，理論對稱，可是實驗結(jié)果不對稱，顯然這個回答可以很簡單，把理論物理學都趕掉就完了。顯然不這樣做不合理。理論對稱實驗不對稱，有密切關(guān)系，這是大問題。90％以上的宇宙物質(zhì)，不是我們的物質(zhì)，而是不能“發(fā)光”的暗物質(zhì)。在宇宙中我們是少數(shù)?，F(xiàn)在至少有一百萬多個，每一個新星的能量是太陽能量的10的15次方到16次方，一個太陽能量核能跟每個行星差幾萬倍到10萬倍左右。10的15次方，遠遠超過了太陽能，不是我們知道的能量。

為什么理論對稱，實驗不對稱，為什么一般基本粒子我們單獨看不見，為什么絕大部分物質(zhì)是暗物質(zhì)，這個我只能告訴諸位，現(xiàn)在還沒解出來。

理論對稱實驗不對稱的，它就跟宇宙的開始大爆炸是對稱、我們現(xiàn)在宇宙不對稱有密切關(guān)系，這是第一?；玖Ｗ右话憧床灰姷牡览?，是我們真空在變，真空把夸克禁閉起來，所以我們要改造真空。暗物質(zhì)怎么來，我們不知道，我們知道在宇宙大爆炸剛開始時，我們好像很了解它，我們通過重離子對撞制造近宇宙開始大爆炸的情況，看到底什么出來，也看看到底類星體怎么出來。我們基本的方法，就是說在實驗室要制造宇宙大爆炸很近的情況，然后看它怎么發(fā)展。我先講一下，對稱跟不對稱的關(guān)系，夸克為什么看不見，基本粒子看不見，然后講暗物質(zhì)證明什么，然后類星體的證明是什么，然后再講我們有什么方法。這是2l世紀的發(fā)展。我覺得可能跟20世紀同樣有很大的發(fā)展，怎么發(fā)展?我不知道。我覺得做這個研究很有意思。

現(xiàn)在就開始講對稱跟不對稱，為什么要相信對稱?我們生活的世界充滿著不對稱。我先第一步講，這個道理我覺得是最高的對稱性就是最多的不對稱可能性。這是第一步要講的。我現(xiàn)在舉個例子，叫彎曲，怎么彎曲?我?guī)Я恕鶙U子，假如你現(xiàn)在加力在上面，就縮下去，可是力加得突然很快，它就彎了。這個問題早在200多年前就解了，是奧勒解的。他說F等于力，假如F大于一個值的時候，轉(zhuǎn)動慣性與桿的長度有關(guān)系的公式，它就彎了。我們不必要證明奧勒的定理，我們看一下，你把這個桿子拿來，只要你看到前面，它前面可能是圓的，也可能是長方的，圓的非常對稱，各個方向都一樣，長方形它只有兩個方向，沒有對稱性，假如圓的話，我一壓，它可以這樣彎，也可以這樣彎。很清楚，圓的是最對稱，可不對稱，彎的時候可能性是無窮大，這是很清楚。假如前面是圓的話，力加上面可以這樣彎，可以這樣彎，它有最多無窮多的不對稱彎曲，假如長方形，不太好的長方形，那么我一壓，它可以這樣，也可以這樣，但是這樣位置，對稱就小了，不對稱可能性也少了，就是本來原始長，對稱性越大，將來變成不對稱可能性也就越多。所以就把對稱和不對稱聯(lián)系起來，這是我們要用這個例子說，我們當初宇宙開始大爆炸時絕對對稱。因為它絕對對稱，所以我們現(xiàn)在說它很不對稱。這是第一點。

原子理論是具有最高的對稱性的，最高對稱性，它比不對稱可能性有很多，最高的對稱性跟最多的不對稱可能性是相聯(lián)的，長方形沒有這么多大的對稱性，它的不對稱性有兩個方向，對稱跟不對稱在它的應(yīng)用時表達出來。第二，假如說我們開始絕對對稱，現(xiàn)在不對稱，怎么能知道本來的情況是對稱?這個就比較困難，本來是對稱，圓節(jié)點，現(xiàn)在不對稱，你怎么知道，你切一刀，你怎么切，你怎么能推出來。它是這樣的，假如說原來是圓的，它可以這樣彎，也可以那樣彎，彎度一樣的，能量是一樣的，是對稱的，所以這個位置扳道性是動力點，不需要有什么激發(fā)能量，它能動，接受這個觀點比較困難一點，這就是我們介紹的周期。

這是一個很重要的觀念。通過不同、不對稱彎曲的方向，使轉(zhuǎn)動連起來，不需要能量激發(fā)，這個叫GOS-TORE。這個彎曲的概念就是物質(zhì)的真空，在宇宙開始大爆炸時是對稱的，我們認為因為物理真空在變，所以現(xiàn)在的生態(tài)對CP也好，對C也好，是不對稱的，這個不對稱的真空也可以把夸克禁錮起來，所以我們進一步要把真空改變。我們是由電子和核子構(gòu)成的，現(xiàn)在的宇宙是CP不對稱，因為這個不對稱，我們才存在。只要對稱我們就不會存在。假如對稱的話，我們是負電子，就是說假如另外一個是反物質(zhì)；那么這個物質(zhì)跟反物質(zhì)消滅掉變成什么樣，我們就不可能存在，所以我們說沒有反物質(zhì)在我們旁邊，假如有，也在我們實驗室很少數(shù)的，有控制。我們現(xiàn)在知道在整個宇宙里面，反物質(zhì)實際上很少很少，丁肇中一直在找，但卻沒找到。

我們宇宙顯然是不對稱的，不然我們就不存在。美國的人造衛(wèi)星，它專門觀測大爆炸以后剩下的是什么?這要在宇宙的邊境去找；大爆炸剩下的光我們叫黑體放射。很符合普朗克方程式。符合到10的負5次方二位確度。它的溫度相當于普朗克方程式是2．725度。這里面黑的是負的10的負4次方絕對溫度，黃的是正的10的負4次方絕對溫度。所以宇宙的爆炸，本來沒有物質(zhì)，它爆炸變大，波也變長，所以這個溫度就降低，到現(xiàn)在就2．725度。抽象地它是均勻地，均向地向各個地方傳播。它沒有正負物質(zhì)，是對稱的，所以我們認為在宇宙開始時，實際上有能量放大，到我們現(xiàn)在真空不一樣，那么真空怎么能變?什么是真空，真空是沒有物質(zhì)的態(tài)。

真空是沒有物質(zhì)的態(tài)，可是力可以穿過真空。地球跟太陽之間肯定真空，地心吸力顯然可以過去，要不地球不會繞著太陽轉(zhuǎn)，星云跟星云之間更是真空，星云之間我們算了，力可以走得過，引力走得過，電弱作用走得過，它不是液態(tài)，它是符合相對論性的。真空會因為它有很復(fù)雜的構(gòu)造，有力走得過，雖然沒有物質(zhì)，它可以相變，可以禁閉夸克，可以把CP不首恒。

我們現(xiàn)在研究很大的目標就是要改造真空，在這之前我要介紹一下，除了對稱不對稱是一個謎，夸克禁閉是一個謎，我再介紹暗物質(zhì)跟類星體。暗物質(zhì)證明在哪?星云你看得見，用眼睛看，光也可以見，它的輻射也可以是叩光、X光。星云都有一個范圍的，相當于一千光年左右。這個星云有引力在吸，假如它外圍在轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)的速度跟吸力是有關(guān)的。速度的平方就是吸力，一個星云外面的灰塵也好，一個星也好，它的轉(zhuǎn)動速度，你可以量出它受地心的引力。從測量星系外圍的星體轉(zhuǎn)速，我們可以清楚地看到，星體受到的引力比星系可見物質(zhì)提供的引力大，這表明在星系中有暗物質(zhì)提供更大的引力。這是暗物質(zhì)存在的證據(jù)。我們不知道暗物質(zhì)是什么，我現(xiàn)在說有90％以上的物質(zhì)，有人說99％。我們是絕對少數(shù)，我們當然了解它，科學理論更了解你自己的銀河星系，大部分物質(zhì)在哪兒呢?我們研究問題的一個方法就是把大爆炸很近的情況制造出來，看到底怎么回事，這是當代一個大問題。

另外一個問題是類星體與所有星云都一樣，其中一個例子是劍橋273。在1961年最早發(fā)現(xiàn)了兩個類星體。這是其中之一，劍橋273，它的能量相當于太陽能的10的16次方。

我們可以定下它的大小，在地球跟太陽之間，所以很小。