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发信人: zjliu (Robusting), 信区: Physics
标  题: 物理科学的第一夫人吴健雄 7(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Nov  7 08:23:34 2002) , 转信

 

对称性革命（一）
　　1956年12月24日，美国首府华盛顿DC下起了大雪，风雪使得杜勒斯和国家两个
机场关闭，许多来往华盛顿——纽约间的旅客，都涌向华盛顿的联合车站，改搭火
车回纽约。
　　那天夜里，一位身形娇小的中年东方女性，也挤在人群当中，独自买票坐上当
晚开往纽约的最后一班火车。她的服装行止，都没有引起其他旅客特别的注意。
　　其实，也许他们是该注意她的。因为，这位女士在当时不仅已是世界物理学界
相当出名的一位实验物理学家，而且她的这趟旅行，对人类科学的历史，也有着特
别不同的意义。原因是她这次带回纽约的实验结果，使得20世纪的物理进展，发生
了革命性的重大改变。这位女性科学家就是吴健雄。
　　吴健雄的实验结果，使1957年成为中国人在人类近代科学进展历史中，具有特
殊意义的一年。就在这年，首次有两位中国科学家，以革命性的深邃理论成就，得
到了在世界科学上有至高地位的诺贝尔物理奖。这两位中国物理学家就是目前在美
国纽约州立大学石溪分校任教授的杨振宁博士，和纽约市哥伦比亚大学的教授李政
道博士。他们对于长久以来科学家一直深信的一个科学观念——宇称守恒定律，提
出了大胆而革命性的质疑。他们的质疑由于最先得到吴健雄实验结果的明确佐证，
而成为物理科学上一个新的观点。他们两人也因而得到诺贝尔奖的殊荣。
　　宇称守恒原本是研究物理的人一致相信的原理之一，要对这个物理上相当基本
的原理发生怀疑，是非比寻常之举。因此尽管由于奇异粒子在实验中显现出不可解
的现象，引起对于宇称守恒诸多质疑的讨论，但是到最后却并没有许多人真正深入
地去探究。
　　最后向这个原理提出挑战的杨振宁以为，由于时间和空间的对称，在原子、分
子和原子核物理中极为有用，这种有用的价值，使人们自然地假定这些对称是金科
玉律。另外由于宇称的定律用在原子核物理和β衰变上，也一直都用得很好，因此
要提出宇称是不守恒的想法，便立即要遭到强烈反对。
　　那时候杨振宁在奥本海默主持的普林斯顿高等研究所，4月初春季学期结束后
，就转往位于纽约长岛的布鲁克海汶国家实验室做暑期的访问研究。他继续保持和
李政道每周两次的会面，那时李政道在纽约市的哥伦比亚大学。哥大和普林斯顿以
及哥大到长岛布鲁克海汶实验室的距离相差不多。杨、李的会面，有时是杨到哥大
来，有时是李到普林斯顿或布鲁克海汶，杨、李创造历史的革命性观点，就是在那
年的5月初左右，杨振宁由长岛到哥大和李政道会面的讨论中产生的。
　　他们同意这一天是1956年的4月底或5月初，杨开车由长岛的布鲁克海汶国家实
验室到哥大，两人原本计划到百老汇大道和125街口一家中国餐馆午餐，由于餐馆
还未开门，他们于是把车停在餐馆前，走到附近一家白 倒 咖啡室，继续他们在车
上的谈话，然后再转到那家中国餐馆接着讨论。午餐后他们回到李政道在哥大的办
公室，热烈的讨论延续了整个下午。杨、李这次讨论最关键的突破乃是把宇称守恒
是否成立，单独地放在弱相互作用中来看看。
　　于是在5月里的某一天，和吴健雄同在哥大的李政道便由他在物理系普平物理
实验大楼8楼的办公室，到13楼吴健雄的办公室去看她。对于弱相互作用中β衰变
现象有深刻认识的吴健雄，立即对这个问题发生极大的兴趣，并且很仔细地和李政
道讨论起来。由于李政道对于弱相互作用衰变实验的了解不多，吴健雄便将一本厚
达上千页，由一位瑞典物理学家希格邦（K．Siegbahn）所编的《β和x射线光谱学
》借给李政道。吴健雄还清楚地记得，当时她的这本书给另外一位物理学家借走了
，她是拿了另外一个人的书借给李政道的。
　　后来李政道再次和她讨论时，吴健雄曾问起说是不是有任何人提出用什么办法
来做实验，李政道说起高德哈伯所提出的用极化原子技术来检验，吴健雄立即指出
，最好是利用Co60作为β衰变放射源，去进行检验。
　　经过这些讨论研究，杨振宁和李政道在6月间完成了一篇论文，题目叫做《在
弱相互作用中宇称是守恒的吗？》论文中不但提出理论上对宇称守恒在弱相互作用
中的质疑，也提出了好几种检验这种想法的实验。在他们文章的结尾，感谢了五位
物理学家，其中就包括了高德哈伯和吴健雄。论文在6月22日寄到了美国物理最权
威的期刊《物理评论》，并且在10月1日那期刊出。
　　不过由于《物理评论》编辑规定不用疑问式题目，因此论文题目改成《对弱相
互作用中宇称守恒的质疑》。这篇论文使杨、李两人得到第二年的 当 尔奖，文章
本身也成为科学文献中不朽的经典著作。
　　在杨、李论文完成以前，吴健雄已经认识到，对于研究β衰变的原子核物理学
家来说，这是去进行这样一个重要实验的黄金机会，不可以随意错过。她以为，纵
然结果证明宇称在β衰变方面是守恒的，也一样是为这方面的科学论点，设定了一
个极重要的实验证据。杨振宁说，当时他们也和其他科学家谈过了，但只有吴健雄
看出其重要性，这表明吴健雄是一个杰出的科学家，因为杰出科学家必须具有好的
洞察力。
　　那年春天，吴健雄原本已和袁家骝计划好，先到瑞士日内瓦出席一项高能物理
会议，然后再到东亚地区去做一趟演讲旅行。这是他们1936年离开中国以后，20年
来头一次回到东亚去，他们原本是要到台湾去访问的。
　　为了这趟旅程，他们还订了伊莉莎白皇后号邮轮的票，准备坐船横渡大西洋。
吴健雄由于认识到这个实验的重要性，应该马上做一个清清楚楚的检验，于是要求
袁家骝一个人去，让她留下来做实验。袁家骝也是一位物理学家，他很清楚认识到
立即进行这个实验的重要，因此便一个人踏上这趟离开故国20年之后、感怀深重的
归乡之旅。他先出席了日内瓦的高能物理会议，在英国、法国、意大利和埃及短暂
停留，再到印度孟买塔塔研究院访问演讲，然后在7月间到了台湾。
　　在这期间，吴健雄已经为她决意要进行的实验，做了相当周全的准备。她在新
出的科学文献中，了解到原子核科学在Co60方面最新发展的知识。由于她的实验是
结合原子核实验技术和低温物理的技术，因此吴健雄也积极去了解低温物理的知识
。
　　吴健雄本身不是低温物理学家，她知道必须找到对原子核极化有清楚了解的优
秀低温物理学家，共同来进行实验工作。当时在哥大有一位物理学家加文（R．Ga
rwin），工作于IBM设在哥大的华特生实验室。加文由于进行利用超导材料的高速
计算机发展工作，曾经进行了许多低温物理的研究。吴健雄于是和加文接触，希望
他一同来进行检验宇称守恒的实验。加文由于正开始负责IBM的一项研究计划，因
此没有时间和吴一起工作。
　　在华盛顿BC的国家标准局，是美国国内另一个可以进行以低温环境达成原子核
极化的实验室，吴健雄也知道在那里工作的安伯勒（EmestAmbler），是来自英国
牛津的克莱文登实验室，而且是1952年在国家标准局做出核极化的实验成员之一。
1956年6月4日，吴健雄由纽约打电话到华盛顿DC国家标准局给安伯勒，正式邀请他
共同来进行这一个后来改变历史的实验。
　　安伯勒对这个实验的β衰变效应知道不多，他问吴健雄这会显现出很大的不对
称效应吗？吴健雄给了他肯定的答案，这使得安伯勒大感兴趣，他除了请吴健雄将
杨、李论文的预印本寄给他，也表示很乐意共同进行实验。
　　在吴健雄打电话给安伯勒时，虽然早已经在原子核物理界享有盛誉，但是做低
温物理的安伯勒，却全然不知道是何方神圣。于是他就打电话给一位原子核物理学
家乔治·田默（G．Temmer）。田默和吴健雄一样，也都是诺贝尔奖得主塞格瑞在
加州柏克莱的学生，是一个很好的实验物理学家，安伯勒几年前的原子核极化实验
，正是和田默合作的。由于田默是由奥地利流亡来美国，是政治难民身份，50年代
麦卡锡时期他的忠诚受到质疑，而被迫离开政府部门国家标准局的工作。
　　安伯勒在电话中问田默：“乔治，哥伦比亚大学有一位女的科学家叫吴健雄。
打电话给我，她提出的实验十分有趣。告诉我，她有多好？我现在应该去做这个实
验吗？”田默说：“她是顶厉害的！”
　　那年的7月24日，吴健雄给安伯勒写了一封信，信中告诉安伯勒，她对于在液
态氦极低温度环境中，去探测β衰变的实验准备，已经得到满意的结果。如果没有
其他突发的技术问题，她建议他们应该见面进行讨论，并且和国家标准局的行政部
门进行一些适当的安排。
　　9月中旬，吴健雄说，她“终于”到了华盛顿DC和安伯勒见面。安伯勒这位后
来当了美国国家标准局局长的英国科学家，给她的头一个印象相当的好。吴健雄说
，安伯勒本人一如他们无数次电话通话中给予她的印象：说话温和、做事能干、有
效率，而最重要的，是有一种能使人鼓舞的自信。
　　安伯勒带吴健雄参观他们的实验室，并且介绍她认识了哈德森（R.P.HUDSON）
。哈德森和安伯勒同样出身于英国牛津克莱文登低温实验室，同样受教于那里的低
温物理权威柯提（N．kurti）门下。他和安伯勒在国家标准局继续合作许多低温物
理方面的工作，包括在低温中将原子核极化的实验。这位当时职位是安伯勒顶头上
司的科学家，也加入了吴健雄的实验组，成为一个合作者。
　　由于这个实验在观察宇称守恒的β衰变方面，以及确定放射源极化的γ射线各
向异性测量方面，都需要许多电子测量仪器，因此他们向国家标准局另外一位物理
学家黑渥（R.W．Hayward）借用了电子仪器。一方面由于有这个渊源，另一方面由
于最早由吴健雄派往标准局进行实验的两个学生和标准局科学家的合作不顺利，在
安伯勒的建议下，黑渥以及跟他做实验的一名研究生哈泼斯（D．D．Hoppes），便
取代了吴健雄的两个研究生。因此，后来这个实验组的正式组合，除了吴健雄之外
，其他全是国家标准局的科学家。
　　吴健雄的实验在概念上是很简明的。主要是要利用一个很强的β放射源，然后
在适当控制下极化这个β放射源，使其具有某一个方向性，再放在一个利于观测的
环境中，测量这个放射源是不是有一种先天的方向性。但是，要检验这个简明概念
的实验设计，却是困难而复杂的。
　　吴健雄和四个国家标准局的科学家，正式开始他们的实验。科学实验碰上各种
困难，本就是科学家最大的挑战，吴健雄他们从事的实验，由于特别精密和复杂，
因此更是遭遇许多意想不到的问题，进展十分不顺利。
　　譬如说，为了将晶体组合起来，形成一个大的屏蔽，必须在晶体上钻孔，再将
之黏合起来，他们得到晶体专家的意见，才知道要用压力向内的牙医牙钻钻孔，才
不会使很薄的晶体崩裂。而黏合晶体的粘接剂，在极低温中会失效，他们又改用肥
皂，甚至用尼龙细线绑住。另外如何克服在液态氦低温下，液体变成超流体而引起
的外泄问题，以及如何将在低温环境的β衰变的测量，利用一枝长的透明树脂棒导
出观测等，都花了相当工夫，加上吴健雄和国家标准局四位科学家过去多年经验，
才一一克服的。
　　在实验进行过程中，由于吴健雄在纽约哥伦比亚大学还有教学和研究工作，因
此每个礼拜总是华盛顿DC和纽约两头跑，并不是所有时间都在国家标准局的实验室
。11月间，实验显示出他们看到了一个很大的效应，大家都很兴奋，吴健雄得到消
息赶去看了一下，觉得那个效应太大，不可能是所要的结果。后来他们检查了实验
的装置，发现这个太大的效应果然是由于里面的实验物件，因磁场造成应力而塌垮
了所造成的。
　　他们经过重新安排，到12月中旬，再次看到一个比较小的效应，吴健雄判断，
这才是他们要找的效应。杨振宁认为，这种过人的洞察力，也是吴健雄成为一位优
秀科学家的原因。
 




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