赛先生

杨振宁先生在石溪

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导读:

对于杨振宁,中国读者熟悉的,多是他2003年回到清华园之后的岁月;而从1966年至1999年在石溪的33年,是杨振宁一生中最长的一段任职。

  今年3月,石溪大学举行了主题为“杨振宁及其对石溪大学的影响”的活动,以纪念杨振宁对石溪早期及现在的深远影响。

熊山卉 陈晓雪|撰文

“后来我、致礼及两个小孩应邀参观了校园,那是五月非常美好的一天,我们被安顿在Sunwood庄园,傍晚窗户恰好含着海湾落日的景象,我们的心立刻被俘获了。于是我接受了教职。”

2011年,杨振宁在接受西蒙斯基金会访谈时,回忆起1965年访问石溪的情景。第二年,他离开普林斯顿高等研究院,到这所成立不到十年的新大学任教,担任该校理论物理研究所的首任所长。当时他获得诺贝尔奖不到10年,是公认的世界上最具影响力的物理学家之一。

今天是杨振宁诞辰104周年,也是他去世后的第一个生日。今年3月12日,石溪大学杨振宁理论物理研究所(YITP)、物理与天文系举行了一场主题为“杨振宁及其对石溪大学的影响”的活动,以纪念杨振宁对石溪早期及现在的深远影响。

“六十年前,诺贝尔奖得主Chen-Ning Yang来到石溪大学。这是一个令人兴奋的消息。而在随后的几年中,他证明这种兴奋是完全有根据的。”杨振宁理论物理研究所所长乔治·斯特曼(George Sterman)在会上说,“他的领导方式不是发布命令,而是靠以身作则和慧眼识人。”

这一纪念会持续约四个小时,石溪大学校长、教务长、杨振宁的同事、学生、朋友和他的次子杨光宇(Gilbert Yang)先后发言。校长安德烈娅·戈德史密斯(Andrea Goldsmith)在会上宣布,当年经杨振宁选拔来到石溪的张永峰与妻子罗子平,向杨振宁理论物理研究所捐赠1200万美元。加上配套资金,这笔捐赠将为研究所带来共计3600万美元的支持。

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从左到右依次为:Chang Kee Jung,Andrea Goldsmith和George Sterman

杨振宁1922年生于安徽合肥,2025年10月18日在北京去世,享年103岁。1954年,他与米尔斯提出杨–米尔斯理论,后来成为粒子物理标准模型的基础;1956年,他与李政道提出弱相互作用中宇称可能不守恒,次年获诺贝尔物理学奖。 

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离开象牙塔

1965年,物理学家约翰·托尔(John Toll)刚刚出任石溪校长。纪念会播放的一段2011年访谈录像里,杨振宁回忆,托尔专程到普林斯顿来找他。两人早年在普林斯顿共事过。托尔说,他要把纽约州立大学在长岛的这个新校区办成一所研究型大学,在东岸与伯克利竞争,希望杨振宁加入。杨振宁说,这完全出乎意料,他感到受宠若惊,但需要考虑。

不久,石溪物理系安排杨振宁、杜致礼和两个年幼的孩子来访,一家人住进学校的Sunwood庄园。就是在那里,他们看到了窗外海湾上的落日。回去之后,杨振宁决定接受托尔的邀请。

据斯特曼介绍,杨振宁1965年正式接受了石溪的邀请。同年,《科学》杂志报道了这所正在崛起的纽约新大学,并提到杨振宁将来访。与杨振宁同一年来到石溪的物理学家保罗·格兰尼斯(Paul Grannis)说:“托尔最令人瞩目的成就是说服杨振宁离开普林斯顿,来到石溪。杨先生的决定引起了广泛关注,也给我留下了深刻印象。”

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1966年,杨振宁与石溪大学物理系的同事们。

斯特曼还提到一个细节:杨振宁1949年去普林斯顿高等研究院时,费米曾劝他只待一年,不要待在象牙塔里。“Frank最终还是离开了象牙塔,只是没有回芝加哥。”斯特曼说。Frank是石溪同事对杨振宁的称呼。

多年后,有人问杨振宁是否后悔当初的选择。格兰尼斯转述了他的回答:“我多次问自己这个决定是否正确,我的回答一直是:正确的。”格兰尼斯说:“他认为,参与建设一所优质的公立大学所带来的挑战和成就感,要比呆在象牙塔里的生活更有意义。”

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“人们因他而来”

格兰尼斯说,他本人就是因为杨振宁的决定来到石溪的,“我并不是唯一做出这个选择的人。受Frank影响,十来位后来成为各自领域领军人物的物理学家也来到这里,许多优秀学生来当研究生,世界级的科学家前来访问。”

韩国裔美国物理学家、石溪大学物理与天文学系主任Chang Kee Jung也是如此。“我来到石溪大学,很大程度上就是因为这两位——杨振宁和本·李。尽管当时有其他大学提供了更高的薪资和待遇,我还是选择了石溪大学,因为他们在这里。我从未后悔过这个决定。”本·李即韩国裔美国理论物理学家李辉昭(Benjamin W. Lee),1966年受杨振宁邀请加入石溪,他在规范理论重整化方面的工作对标准模型影响深远。李辉昭1973年离开石溪,1977年因车祸去世。

理论物理学家彼得·范尼乌文赫伊曾(Peter van Nieuwenhuizen)1975年来到石溪,1999年接替杨振宁任所长。他第一次来石溪时,印象不太好,鞋子陷进了泥里。后来他出于个人原因没有接受邀请。杨振宁又给他打了电话。

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Peter van Nieuwenhuizen

“给人打第二次电话是经典的Frank,他从不放弃。他是一个乐观主义者。”范尼乌文赫伊曾说。他担任所长后,有时邀请被人拒绝,很难释怀,“但Frank只是笑一笑,继续往前走。”

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“他乐在其中”

范尼乌文赫伊曾长期担任杨振宁的副所长。他说:“Frank做物理的特点是清晰的物理图像,干净而不多于必要的数学。教员的午餐会议从不超过半个小时,他是一个理性的人,从不浪费时间。” 

范尼乌文赫伊曾联系了杨振宁的两位秘书,其中一位给杨振宁当了 26 年秘书,另一位当了 6 年,想请她们讲些轶事。“她们说,没有故事,我们对他敬慕之极,他的指示清楚明确,跟他在一起工作我们感到很舒适。”范尼乌文赫伊曾说,杨振宁确实如此,只抓本质,但从不摆架子。

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YITP的三任所长:Nieuwenhuizen(左),杨振宁与Sterman(右)。图源:石溪大学

杨振宁还在普林斯顿时,奥本海默曾希望他接任高等研究院院长。范尼乌文赫伊曾转述了杨振宁的回信:“我能否成为一个好院长,很不确定;但我不会喜欢院长的生活,这很确定。”“我认为杨振宁是以他名字命名的这个研究所的一位很好的所长,”范尼乌文赫伊曾说,“我希望,也相信,他乐在其中。”

杨振宁在石溪坚持给本科生上课。核实验物理学家汤姆·赫米克(Tom Hemmick)第一次教书,就是给杨振宁的一年级物理课做课堂演示。“他向我解释了他为什么要这样做——因为他希望通过以身作则,让系里的每一个人都认识到教学的重要性。”

第一次上课前,杨振宁走进准备室,带着一盒空白投影片、一把彩色记号笔,和一张只写了几条笔记的小白纸。赫米克后来成为纽约州立大学杰出教学教授。“尤其是那一小张白纸。因为如果你真的想吸引学生,你教的不是‘学生’,也不是一门‘课程’,你教的是这些人——这一点至关重要。”他说,“如果我算是一名不错的教师,那是因为我曾经跟随Chen-Ning Yang学习过——他用行动教会了我如何教学。”

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赠送西蒙斯一本词典

杨振宁的办公室在数学系楼上。数学家詹姆斯·西蒙斯(James Simons)来石溪任数学系主任后,杨振宁每年都请他上楼,看自己写满黑板的工作。

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西蒙斯遗孀玛丽琳·西蒙斯(Marilyn Simons)展示了杨振宁送给西蒙斯的词典。

第一年,“我什么也没看懂,因为我完全不懂物理。”西蒙斯在2022年为杨振宁百岁诞辰录制的一段视频中说道。第二年,杨振宁给他讲了阿哈罗诺夫–玻姆效应。西蒙斯把它转告给数学家伊萨多·辛格(Isadore Singer),辛格后来和迈克尔·阿蒂亚(Michael Atiyah)一起做起了物理,“所以我算是‘把Singer变成了物理学家’。”

第三年,西蒙斯终于看懂了,“他在构造向量丛中的平行移动,但他的方法是‘错的’。我说:‘停,停,你这样做不对。’他说:‘什么意思?’我就稍微解释了一下。他说:‘那数学家为什么会这样做?’我说:‘嗯,这大概是40年前的做法了。’”玛丽琳·西蒙斯(Marilyn Simons)在纪念会上解释说,让杨振宁惊讶的,是他在物理中摸索出来的结构,数学家已做出来了。

此后,西蒙斯在午餐时间给杨振宁的团队做了五六次讲座。“最后,他送给我一本巨大的《韦氏词典》——就是那种需要用双手抱着的字典——因为我拼写很差,这就是我完成那一系列讲座后的‘奖励’。”

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杨振宁与西蒙斯在石溪曾为同事,后来成为一生的朋友。

西蒙斯后来多次到中国拜访杨振宁。“如果你和杨振宁一起在街上走,就像我有几次经历的那样,人们会走过来,把你推到一边说:‘我能和杨教授合影吗?’这种事情在纽约绝不会发生——在纽约谁会在乎科学家呢?但在北京,人们非常在乎。”

西蒙斯于2024年去世。他的遗孀玛丽琳把这本词典带到了会场。词典的扉页上写道:致Jim,理论物理研究所致谢,1975年4月。

西蒙斯后来表示,正是与杨振宁和理论物理研究所的这些对话,为西蒙斯几何与物理中心播下了种子。西蒙斯几何与物理中心是西蒙斯和玛丽琳在2007年捐赠成立的一个学术机构,设在石溪大学,致力于数学与理论物理交叉研究。

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“它依然像一个‘孩子’”

2017年诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什(Barry Barish)2023年起在石溪任教。他在纪念会上回忆,上世纪50年代他在伯克利读本科时,老师欧文·张伯伦(Owen Chamberlain)让他读李政道和杨振宁那篇质疑弱相互作用中宇称守恒的论文。这篇论文发表于1956年10月1日。巴里什说,它让当时的他意识到,物理定律不是用来接受的,而是可以质疑的。宇称不守恒很快被公认为突破;杨–米尔斯理论的深度,人们则花了几十年才逐渐认识到,至今仍在认识。

西蒙斯几何与物理中心的理论物理学家佐哈尔·科马尔戈德斯基(Zohar Komargodski)2009年才博士毕业,从未见过杨振宁。他说,杨–米尔斯理论“是20世纪最具影响力的思想之一,可以与爱因斯坦的贡献相提并论,但却没有获得诺贝尔奖的认可,这实在令人震惊。”

他解释,两束光相遇时会彼此穿过,而杨–米尔斯理论描述的“波”会相互作用。“杨–米尔斯理论所描述的这些‘波’,决定了质子和中子的存在——也就是构成原子的那些基本成分。”正因为相互作用太强,物理学家至今无法从第一性原理精确计算它。

“这也是为什么人们开始讨论量子计算机。比如,人们会问:量子计算机到底有什么用?这是一个市值高达三千亿美元的产业,但似乎没人真正知道它能做什么。而物理学家有一个很好的答案:我们要把杨–米尔斯理论放到量子计算机上,从而真正计算它的预言,而不是仅仅依赖实验观察或近似计算。”科马尔戈德斯基说。最近一两年,杨–米尔斯理论已经在IBM的量子计算硬件上得到了最初的实现。

“因此,杨–米尔斯理论虽然已有70年历史,但它依然像一个‘孩子’,仍在不断成长。”他说,“我想,也许十年之后,如果再举行一次纪念杨振宁先生的会议,我们就能带来来自量子计算机的真实结果,甚至第一次真正理解中子星内部发生了什么。”

石溪大学首任“杨振宁—邓伟物理及天文学基金”讲席教授亚历山大·扎莫洛奇科夫(Alexander Zamolodchikov)上世纪70年代中期进入理论物理领域,正赶上杨–米尔斯理论迅猛发展。他从简化的一维模型入手,而这些模型可以精确求解,靠的正是杨–巴克斯特方程。80年代初,杨振宁注意到他的工作,写信邀请他访问石溪。“遗憾的是,由于一些‘政治上的荒唐事’,这次访问最终未能成行。”

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亚历山大·扎莫洛奇科夫(Alexander Zamolodchikov)是首任石溪大学“杨振宁—邓伟物理及天文学基金”讲席教授。

扎莫洛奇科夫把杨振宁的工作称为“常识物理”。“我们常常听到一种说法:物理的发展需要疯狂的想法。对此我并不认同。因为我觉得,我们身边已经有太多疯狂的想法了——我自己脑子里就有一大堆,而且还得努力把它们压住。”他补充说,“当然,我说‘常识物理’,并不是指局限于过去的常识。”他解释说,这样的物理有时会扩大常识的边界,但从不违背常识的根本。在他看来,杨振宁的贡献正是如此。

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“我的直觉失败了”

杨振宁也有失误的时候。1957年,李政道和杨振宁在中微子的二分量理论中提出,中微子质量为零。此后多年,这一结论一直是粒子物理标准模型的基础。

20世纪90年代,Chang Kee Jung参与的日本超级神冈实验开始看到中微子有质量的迹象。有一次在停车场,他告诉杨振宁,中微子看起来有质量。杨振宁回答:“这也可以,但无质量的中微子是如此美丽。”“他每次和我交流时,总是表达这样一种观点:自然是美的,它由某种优美的对称性所支配,由优美的数学结构和简单的方程所决定。”Chang Kee Jung说。

1998年,超级神冈实验发表了中微子振荡的证据,证明中微子有质量。Chang Kee Jung又在停车场遇到杨振宁。杨振宁说:“看来你是对的。自然界在很多方面确实是神秘的。”“杨先生不是那种坚持自己观点一定正确的人。他能够深入思考、认真反省,并在面对新的事实时调整自己的理解。”Chang Kee Jung说。

2016年,Chang Kee Jung到清华拜访杨振宁,两人一口气谈了三个小时,没有吃任何东西。“他当时的思维状态非常清晰,甚至对很多事情记得比我还清楚。”谈到中微子,杨振宁说:“在中微子这个问题上,我的直觉失败了。”

Chang Kee Jung说,杨振宁告诉他,宇称不守恒被实验证实之后,他和李政道一开始并不“真正相信”,因为这实在太反直觉了,数学上已经证明了,情感上接受却花了很长时间。

Chang Kee Jung问他,宇称不守恒和杨–米尔斯理论哪个更重要。“他毫不犹豫地回答:宇称不守恒更重要。”在杨振宁看来,宇称不守恒第一次揭示了自然界存在如此根本的不对称性,改变了一个根本的范式。

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“做研究就像寻找矿脉”

1979年,余理华从中国来到石溪读研究生。杨振宁收他做学生,两人每周三见一次面。余理华提出的第一个问题是:波函数为什么会坍缩。杨振宁很耐心,和他讨论了三次。第三次时,杨振宁叫停:“这件事情非常神秘,也非常有趣,但我们不能再继续这样讨论下去了,因为——因为这已经变成一种执念(obsession)。如果继续下去,我们可能不会有任何进展。”“他打断了我的执念,这一点非常重要,否则我可能会陷入困境。”余理华说。

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杨振宁与学生余理华

杨振宁还问他怎么读书。余理华说,他一行一行地读,一行读不懂,就反复推导,懂了再往下读。“他说:‘这并不是读书的唯一方式。’他告诉我,他的一个儿子不是这样读书的:他会跳读,先读第一章,然后跳到第五章,再回到前面。这对我影响很大。”

杨振宁也和他谈研究方向。“他告诉我,高能物理正面临一个困境,因为实验设施越来越昂贵,而物理学本质上依赖实验。”杨振宁对他说,“做研究就像在矿场里寻找矿脉。如果这个矿已经开采了很多年,人们四处寻找残余痕迹,那么你再进去,找到成果的可能性就很小。因此,你必须去新的领域,寻找新的矿区。”读研第二、三年,余理华转向自由电子激光,去了布鲁克海文国家实验室,后来成为这一领域的先驱之一。

杨振宁没有忘记这个学生当年的困惑。十几年后,1992年前后,量子力学中关于退相干的研究有了进展,杨振宁又找到余理华。他们讨论一个耗散体系,找到了从密度矩阵转换到波函数的方法。“结果表明:波函数确实会坍缩到一个点。这至少部分解答了我长期的困惑,这个结果至今仍在影响我。”余理华说。1994年,杨振宁又找他研究玻色–爱因斯坦凝聚的问题。余理华发现,那个方程与波函数坍缩的方程完全相同,只是把时间换成了虚温度的倒数。“也就是说,这两个看似完全不同的物理问题,其实是相互关联的。”

“直到今天,我仍然在研究类似的问题。这非常有趣,而杨教授的影响,即使在今天,也仍然持续影响着我的工作。”余理华说。

年轻同事也从与杨振宁的交谈中受益。天体物理学家吉姆·拉蒂默(Jim Lattimer)1979年来到石溪,不久父亲病重,他每个周末要回宾夕法尼亚照顾母亲。理论物理学家杰拉尔德·布朗(Gerald Brown)夫妇让他住在家里,常请杨振宁来吃饭。饭桌上,几个人谈普林斯顿,谈核天体物理能回答什么问题。拉蒂默说,那几个月他最重要的收获,是学到了讨论如何引出想法,想法又如何变成有成果的研究。

1980年,杨振宁在石溪创立中美教育交流委员会,每年在物理、化学、数学等领域遴选一名中国学者来石溪。张永峰1984年入选,1987年获石溪化学博士学位,后来与妻子Mary Zi-ping Luo 创办制药公司。他在一段录像发言中说:“杨先生深刻影响了我们的学术思维。他强调,真正的洞见往往体现在从复杂问题中提炼出简洁而优雅的理解。他也常告诫我们:‘宁拙勿巧’。”

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杨振宁与张永峰、Mary Zi-ping Luo。

同样因为杨振宁来到石溪的,还有廖国娟(Amy Liao)。她在中国长大,先后就读于南开大学和清华大学。她在纪念会上说,杨振宁和李政道是她小时候的偶像;申请美国研究生院时,她得知杨振宁在石溪任教,这成了她选择石溪最重要的原因之一。1993年,她在石溪获得博士学位,后来联合创办生物技术公司Couragene并任首席执行官。

廖国娟说,她在石溪读书时,三个室友都是物理系研究生,也是冲着杨振宁来的。室友们常转述杨振宁给他们的建议,其中一条是要重视交叉学科。Amy Liao在发言最后引用了维特根斯坦的话:如果把永恒理解为无时间性,而不是无限的时间延续,那么永恒的生命属于活在当下的人。“杨振宁以无畏地追求真理、对学生的慷慨和处事的谦逊,充分地活在当下。以此衡量,他的生命是永恒的。”

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厨房里的实验

杨光宇七岁左右随父母从普林斯顿搬到石溪,住在学校提供的丹尼尔·韦伯斯特大道的房子里。“出于对普林斯顿旧家的怀念,我们把普林斯顿住址‘284 Mercer Street’的门牌号码,挂在了丹尼尔·韦伯斯特大道旧家前的一棵树上。毫无疑问,这让一些来访者感到困惑。”

杨光宇说,父亲早年对学校投入很深。石溪年鉴里有一张照片:一个寒冷的冬夜,杨振宁守在学校的警卫岗亭里,一边值班一边喝咖啡,以应对当晚可能发生的大型抗议活动。“我很难想象在今天还会有教授被要求或被允许做这样的事情。”杨光宇说。

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杨振宁在大学警卫岗亭,一边值班一边喝咖啡。

周末,父亲带他去红砖旧物理楼,在系里的PDP-10计算机上教他编程找质数;在家里,带他学氨基酸的名称、背诗、用两个凸透镜做望远镜。“我们甚至在厨房里做化学实验。其中一次,我们通过加热高氯酸钾制备氧气,然后测试我们家的宠物仓鼠在呼吸这种氧气时是否会表现不同。当然,他也把这个实验拍成了电影。那只仓鼠并没有表现出任何不同,而且很幸运,它活了下来。”

杨光宇在大学学有机化学时,并不熟悉化学的父亲迷上了一个问题:碳原子数一定时,饱和烃有多少种同分异构体。“经过几天的思考之后,他放弃了。我听说直到今天,这个问题仍然没有一个简单的解法。”

父子俩有时在家里一起修东西。杨振宁常常惊讶地说,儿子比他更会找出毛病、动手修好。杨光宇说,父亲坦然承认自己动手能力有限,“并且真正接受甚至为自己在芝加哥大学读研究生时获得的那个‘名声’感到自豪——‘哪里有爆炸,哪里就有杨’(where there is a bang, there is a Yang)。”

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一生的目标之一

“我父亲非常孝顺我的祖父母。他最后一次见到他们是在60年代初的瑞士日内瓦。因此,1971年,当我12岁时,他非常激动,因为终于有机会去中国探望他们。”杨光宇在纪念会上说。

那一年,杨振宁从乒乓外交等迹象中感到,中美两国政府在互相试探。他写信给在上海的父亲,很快收到欢迎的回电。在巴黎办妥手续后,他在街头报摊上才得知,基辛格刚从北京回来。“所以基辛格比我早一个星期到了北京。”杨振宁在一段西蒙斯基金会的访谈录像中说。

他为这次远行做了许多准备。“我记得他为祖父母准备了一瓶又一瓶当时中国难以获得的必需药品。”杨光宇说。因为担心媒体借他访问中国炒作,家里被告知不要对任何人说他去了哪里,但消息还是传了出去。“我清楚地记得,我九岁的妹妹和我不得不应对记者的电话轰炸——他们不停地打到丹尼尔·韦伯斯特大道的家里,询问他是否真的去了中国。我们当时还很小,也太有礼貌,不会直接挂断电话;我们也还没有学会今天那种‘忽略不想接电话’的技巧。但我们始终没有证实他们的猜测。”

这次回国,对杨振宁触动很大。“1971年第一次回去之后,我意识到有件事我应该做,因为我想我了解这两个国家。我对两个国家都有长久的感情,我爱这两个国家。在两国一来互不往来、二来互不了解的时候,我有责任帮助架起桥梁。”他在录像中说,“这后来成了我一生的目标之一。我做了一些事,当然还不够。”

1999年,杨振宁从石溪荣休。石溪理论物理研究所当年也更名为杨振宁理论物理研究所。斯特曼在纪念会上说:“退休后他仍然关注石溪,多次携翁帆回石溪久住。”

2003年杨振宁回国定居前,Chang Kee Jung写了一封长邮件,请他到家里参加告别烧烤。杨振宁立刻回复:我会来。那天,他带来了一盆白鹤芋。

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两三年前,这盆花枯了。Chang Kee Jung不停浇水,它又活了过来。“所以它实际上已经23岁了。”Chang Kee Jung说。

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10月13日-14日,石溪大学将举行杨振宁纪念研讨会,题为“杨振宁与当代物理学”(C.N. Yang and Themes in Contemporary Physics),将沿着杨振宁开创的方向展开:规范理论、可解模型与数学、非微扰杨–米尔斯理论、多粒子体系和对称性。普林斯顿高等研究院的胡安·马尔达西纳(Juan Maldacena)、哈佛大学的卡姆朗·瓦法(Cumrun Vafa)等将作报告。斯特曼、余理华和范尼乌文赫伊曾等也将再次做报告。Image

参考资料:

[1]https://www.youtube.com/watch?v=81aIKuy6KKs&list=PLkaAL-3gc2mkKn8nBOceGIgfxdvpElOzY&index=1

[2]https://www.stonybrook.edu/physics/cn-yang/memorial-events/memorial-symposium.html

[3]https://sbmatters.stonybrook.edu/symposium-honors-nobel-prize-winner-c-n-yangs-stony-brook-legacy/

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