吴健雄：于纷繁复杂中发现简单图景

■萧泰涛

吴健雄崇拜居里夫人，但像任何先贤和前哲学家一样，他并不盲目崇拜她。他们都在科学前沿进行了重要的探索，也取得了巨大的成就。

自然科学有两个方面:理论研究和实验研究。大多数科学家从理论研究开始，即使没有大学或实验室的支持，也不能阻止雄心勃勃的人在这样的科学领域工作(进入大科学时代后，如果没有系统的科学训练、科学团队或实验设备的支持，很难再做这样的科学理论工作)。一些科学家喜欢“做实验”。他们喜欢“眼见为实”。做实验很难。你必须努力工作，出汗，弄脏手，排队等待使用实验设备，熬夜观察实验进展，记录实验数据，等待结果。一些实验需要在野外或危险的环境中长时间工作，甚至以健康和生命为代价。还有一些实验没有现成的设备和材料。为实验准备仪器或材料是研究工作中的一项艰巨的“首要任务”。

然而，实验成功的那一刻是极其诱人的。实验结果对理论的挑战、颠覆、确认、修正和定位，对开拓新的视野和新的方法，具有无可比拟的震撼力和权威性。因此，一些科学家痴迷于生命实验。吴健雄是其中之一。

她把这个实验发挥到了同龄人的极致。

吴健雄是世界著名的实验物理学家。她说她一生中对物理做出了大约15项重要贡献。其中三个具有里程碑性质和划时代的意义。最值得称道的是，从1956年夏天到1957年1月，她第一个通过实验清楚地证明了β衰变中的宇称不守恒和核极化过程中电荷共轭不变性的破裂。

吴健雄从小就喜欢手工制作东西。当他几岁的时候，他跟随他的父亲学习如何穿水晶接收器。在这位少年的照片和前人的传说中，“她安静而缓慢，她的眼睛闪烁着智慧，她的内心充满阳光，她的作品常常被专注所吸引”。在中国那个时代，水晶接收器可能是“高科技”的。

1936年8月，24岁的吴健雄怀着对实验的浓厚兴趣，去美国留学，并进入加州大学伯克利分校学习物理。那时，正是物理学在核研究中发挥杰出作用的时候。连续的科学发现使核物理成为当时最具吸引力和挑战性的科学领域。吴健雄最初计划在康奈尔大学学习。他在伯克利停留，拜访了早些时候到达的中国学生。当她得知在伯克利有劳伦斯(他非常忙于粒子回旋加速器的工作，并因此在1939年获得了诺贝尔物理学奖)和她拥有最先进的实验设备时，她果断地做出了新的选择，并通过她的反复努力说服了劳伦斯，劳伦斯不相信女孩可以在艰苦的实验室工作。劳伦斯接受了她的申请，并帮助她完成了延期入学手续。

吴健雄的实验起点很高，是当时最前沿也是最困难的。她做的第一个核物理实验是“探索放射性铅由于β衰变和电子释放而产生两种类型的X射线的现象。”在劳伦斯的指导下，她获得了这方面相当清晰的实验数据和理论分析。在另一位老师谢尔盖(1959年诺贝尔奖得主)的指导下，吴健雄探索了铀原子核的裂变产物，并发现在这些产物中，惰性气体氙对铀原子核的裂变链式反应具有关键影响。她测量了它的半衰期、辐射量和同位素量。这两项成就使吴健雄在1940年获得了加州大学伯克利分校的博士学位。同时，作为一名优秀的实验物理学家，她受到了物理学界的关注。1941年4月26日，伯克利市奥克兰县奥克兰论坛报发表了一篇题为《娇小的中国女孩在原子撞击研究中出类拔萃》的报告。报道称:“在一个进行原子撞击科学研究的实验室里，一个娇小的中国女孩和一些美国*别的科学家并肩工作。”

1944年3月，曾在普林斯顿大学任教的吴健雄被哥伦比亚大学邀请，作为一名外国人参与了高度机密的曼哈顿计划。她在这个开发原子弹的庞大系统项目中的主要任务是开发非常灵敏的伽马射线探测器。几年前从她在伯克利的研究中获得的一些关键和机密数据，为解决核反应无法持续进行的难题提供了思路和方法，从而为曼哈顿计划的顺利进行做出了重要贡献。

吴健雄把这项实验发挥到了同龄人的极致。原子核的β衰变是19世纪末以后物理科学中一个非常重要的领域。1949年，吴健雄和他的合作者阿尔伯特做了一个实验来验证β衰变理论和实验之间的区别。吴健雄认为，因为这些慢电子对环境敏感，放射源本身的厚度和均匀性肯定会产生影响。为了提高实验的准确性，必须有一个薄而均匀分布的放射源。她的“实践”可以简单地描述为:将一滴化学溶剂如清洗液加入到一盆水中，扩散该滴溶液以形成薄膜，用铜环从水中包裹一圈薄膜，然后在薄膜上滴一滴含有放射性铜的溶液。简单的表面张力原理使这些放射性铜均匀地分布在薄膜上，当溶液变干时，它将被用于实验。

事情似乎就这么简单。吴健雄的实验结果与费米理论完全一致。她的研究结果一发表，多年来的许多争议就被彻底澄清了。这和密立根的油滴法测量电子电荷一样美妙，从而结束了关于电子色散的争论。结果，她获得了世界闻名的一流精确实验物理学家的声誉。这个实验的结果得到了广泛的认可，不仅因为它对物理学的发展有着重要的意义，还因为费米本人不仅是一位伟大的理论物理学家，也是一位伟大的实验物理学家。他自己也做实验，和其他人一样，也为理论和实验之间的不一致而烦恼。要做这样一个实验，不仅要全面深入地把握这个非常困难的前沿课题和前沿形势，还要有周密的思考和独特的设计，并且要有清晰的相互理解。思维的逻辑与物质的逻辑是一致的，物理属性与人的思维是一致的。自然是简单的，真正的科学家可以在众多复杂的现象和理论中找到简单的图片，并有不同的观点。

三大物理实验

1957年对全世界的中国人来说是具有特殊意义的一年。两位中国科学家，李政道和杨振宁，因其革命性的理论成就获得了今年的诺贝尔物理学奖。这是中国科学家第一次获得这个奖项。

李政道和杨振宁发现，弱相互作用中的宇称守恒尚未得到证实，鉴于当时物理学前沿的困难，在查阅了大量文献并反复讨论和计算后，没有确切的理论或实验证据。他们认为弱相互作用中的宇称守恒不应该被认为是自然和合理的，而应该通过实验来检验。他们提出了几组可能的实验。所有站在前沿的物理学家要么盲目追随，要么困惑不解。没人知道往哪个方向“找门”李和杨提出了突破性的建议。然而，直到得到实验的支持，这一提议才受到主要科学家的青睐。

经过几次讨论，为杨振宁和李政道的示范思想提供参考意见后，吴健雄决定立即开始在这一领域进行试验。几个月后，1957年1月9日，实验得到了明确的结果，从而证明了“宇称守恒”定律的不适用范围，并推动了“对称革命”。这个实验也证实了电荷共轭非守恒和中微子的双组分理论，并得到了“一石三鸟”的结果。人类第一次看到了“弱作用不守恒”的现象，整个世界都轰动了。

物理学是一门实验科学。没有实验数据的支持，这不可能成为事实。杨振宁后来说:“在那个时候，我没有打赌奇偶不守恒，李政道也没有。我不知道有谁会赌不守恒定律。”如果没有像吴健雄这样在弱相互作用实验中具有最高水平、对这个问题的重要性有深刻理解并坚持要找出答案的科学家，李政道和杨振宁的假设可能不会这么快成为确凿的事实。

年轻人目光敏锐，思维敏捷，中年人思维敏捷。因此，年轻的科学工作者最有可能取得成就，尤其是在实验科学方面。然而，吴健雄是少数几个进入实验室并在晚年取得巨大成就的实验科学家之一。

1957年，费曼和他在加州理工学院的同事戈尔曼一起写了一篇论文。根据中微子双组分和轻子守恒理论从宇称非守恒发展而来的科学结果，提出了所谓的“矢量流守恒”概念。

后来，杰曼在《物理学评论》上写了一篇论文，建议通过放射性硼(B12)和氮(N12)衰变为碳的实验来检验“矢量流守恒”理论。然而，这种实验是极其困难的，因为衰减光谱中出现的效应非常小。1958年，戈尔曼在加利福尼亚大学伯克利实验室和苏联杜布纳物理研究中心进行了尝试，但失败了。

戈尔曼知道吴健雄是β衰变实验的*专家。因此，在1959年，他要求吴健雄做这个实验，他也参加了麻省理工学院的一个物理会议。

经过近一年的准备和几个月的实验，1962年12月，吴健雄和一名来自*、魏帅的外国学生，以及一名韩国学生李永根，成功地确认了这项保育法。这个结果为普遍适用的费米相互作用提供了更坚实的基础，也为1962年7月在高能物理实验中获得两个中微子的说法提供了强有力的证据。

“矢量流守恒”实验是继吴健雄“宇称不守恒”之后的又一重要实验成果，对物理学产生了深远的影响。这是第一次实验证实了电磁作用和弱相互作用之间的密切联系。在接下来的几十年里，电磁相互作用和弱相互作用的研究已经成为物理科学最重要的方向。理论和实验都取得了显著的成果。三组八个人因为在这方面的贡献获得了诺贝尔物理学奖。李政道曾评论这项工作的意义:“他们建立了一个里程碑，后来统一了电磁作用和弱(相互)作用，后者被称为‘电-弱力’。这个值与安培和法拉第连接电和磁时的值相同。”

此后，吴健雄还完成了许多重要的高级物理实验。其中一项关于量子力学基本哲学的实验——“爱因斯坦-波多尔斯基-罗森论证”于1970年完成。吴健雄的实验在1950年继续进行，1975年她又进行了一次实验。这些实验都为量子力学的完整性增加了可靠的实验证据。穆斯堡尔效应被发现后，吴健雄开始使用新的核物理技术来探索血液中铁原子的电子结构，从而了解镰状细胞性贫血的原因，并成功地将物理学与生物科学和医学结合在基础研究中。1990年，她被时任东南大学校长的禹卫任命为东南大学校务委员会名誉主任。在她的支持下，1992年6月，东南大学和哥伦比亚大学物理研究所联合命名禹卫于1983年和1985年建立的“分子和生物分子电子实验室”为“吴健雄实验室”。在此基础上发展起来的“生物科学与医学工程”方向多年来一直是东南大学的“王牌”之一，也是中国顶尖的生物科学与医学工程教学与研究开发中心之一。

吴健雄用他的“手”一次又一次地推动物理学的发展。特别是，弱相互作用中宇称非守恒的发现导致了对物理世界基本结构理解的思想解放，并刺激了弱相互作用实验和理论研究的空前进步。吴健雄与李政道和杨振宁一起，为现代物理学的一场重大革命做出了贡献，开辟了物理学的新领域，并改变了对人性的基本看法。

1958年，吴健雄被任命为哥伦比亚大学教授。同年，他被选为美国科学院院士。1973年，他担任美国物理学会副主席。1975年，他担任总统。他是美国物理学会自1899年成立以来的第一位女性主席，也是第一位非白人总统。1975年，她获得了美国国家科学奖。1978年，她成为第一个获得沃尔夫物理学奖的人。她与居里夫人和利兹·迈特纳斯一起被公认为20世纪三位最杰出的女性实验物理学家。由于她对物理学的杰出贡献和她对妇女参与科学和教育的大力促进，她被授予荣誉博士学位或被哈佛大学等20多所著名大学聘为荣誉教授。

我不喜欢被称为“中国的居里夫人”

在国内外，有许多吴健雄写的关于“中国的居里夫人”的文章。然而，许多人不知道吴健雄本人不喜欢这个术语。像往常一样，一位中国女科学家被誉为“中国的居里夫人”，这应该是无与伦比的最高赞誉。为什么吴健雄不喜欢它？

吴健雄和居里夫人从未谋面，当然也没有假期。1934年居里夫人去世时，22岁的吴健雄刚刚从“国家*大学”毕业，仍然是一名物理学新手。相反，也可以说吴健雄和居里夫人有某种“遗传关系”。在吴健雄在“国立*大学”学习的最后一年，物理系系主任施士元教授从1929年到1933年是居里夫人的学生。在居里夫人的指导下，她刚刚回家教书。当时，“*大学”的本科教育是精英教育，比许多大学的博士教育“好”。物理系四年级只有12名学生。虽然施士元和吴健雄在学术上几乎是两代人，但他们的年龄几乎相同，所以师生之间有很多交流。吴健雄毕业论文的题目是“晶体中X射线布拉格衍射方程的验证”，是由施士元写的。居里夫人闻名于世。施士元不会向学生介绍她的作品。吴健雄不仅致力于数学和物理，还对人文和社会感兴趣。他充满理想，心胸开阔。他一定会寻求大师的存在方式，并向他的老师学习。

1940年代和1950年代在核衰变实验方面的杰出成就使吴健雄获得了“中国的居里夫人”或“东方的居里夫人”的称号。她过去常常以钦佩的口吻谈论居里夫人。学生和同事很自然地给了她这个头衔。媒体也乐于介绍和评论居里夫人，这是一个著名的科学模型，因此省略了对她的物理工作的具体解释，这比居里夫人的工作更难理解。

随着美国和欧洲科学交流的扩大和深化，吴健雄对居里夫人的了解和理解自然增加了。她对居里夫人的钦佩依然如故，但这不再是一个年轻学生对他的前辈们的钦佩，而是大师们和大师们以平等的心进行的对话。

科学大师吴健雄认为，每一个从事原创工作的物理学家都有自己的学术内容和风格，这是无法解释的，甚至无法与他人的工作相比。吴健雄曾经说过:“中国人总觉得说我是中国的居里夫人对我来说是一种极大的恭维，但事实上这并不是对我的恭维。”吴健雄崇拜居里夫人，但像任何先贤和前哲学家一样，他并不盲目崇拜她。他们都在科学前沿进行了重要的探索，也取得了巨大的成就。站在科学不断发展进步的新高峰上，吴健雄自然有理由也有资格说她比居里夫人站得更高，看到的风景更美丽。居里夫人是历史上的居里夫人，也是全世界科学家的杰出代表。吴健雄也是历史上的吴健雄，是世界科学家的杰出代表。

(作者是东南大学档案馆和吴健雄纪念馆的研究员)

《中国科学报》(2019-02-20，第5版)