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吴健雄,「世界物理学女王」,生于中国,葬于中国(上)

旅美物理学者袁家骝和吴健雄夫妇1983年返台参加「原子与分子科学研讨会」。(本报系数据照片)
旅美物理学者袁家骝和吴健雄夫妇1983年返台参加「原子与分子科学研讨会」。(本报系数据照片)

中央研究院院士吴健雄1997年辞世,是世界物理学界的重大损失。请看她这一生所得到的称誉,就知道她有多少成就:

东方居里夫人、中国居里夫人、世界物理学女王、核子物理女王、物理科学的第一夫人、最伟大的实验物理学家,在β衰变研究领域具有世界性的贡献。1975年获美国最高科学荣誉「国家科学奖章」,1990年中国科学院紫金山天文台将国际编号为2752号的小行星命名为「吴健雄星」。2021年美国邮政总局发行「吴健雄永久纪念邮票」。

1912年(中华民国元年)5月31日,吴健雄生于江苏省苏州太仓浏河镇书香门第,父亲吴仲裔提倡男女平等,创办取意于「大学之道,在明明德」的明德学校。吴健雄属「健」字辈,依次以「英雄豪杰」取名。吴健雄排行第二,得了「健雄」这个颇为阳刚的名字。父亲吴仲裔希望她不让须眉,「积健为雄」。得益于父亲的开明思想,吴健雄自小就能与其他兄弟一样读书识字。

1923年,吴健雄明德学校毕业后考入苏州市第二女子师范学校,1927年以优秀成绩毕业,获保送入南京的中央大学。本来师范生要先教书服务一年才能升学,但当时师范服务规范没有那么严格,吴健雄没有去教书,那一年进了上海的中国公学,成为大学者胡适的学生,也创建起与胡适终生亲近的师生情谊。

1930年,吴健雄进入中央大学,攻读数学。她资质俊秀,学习游刃有余,在求知欲的驱动下,她翻阅了一些有关物理科学方面的书籍,很快便受到如居里夫妇等科学先驱实验工作的吸引,第二学年便申请转到物理学系。

吴健雄1934年由中央大学毕业,先在浙江做了一年助教,又在上海中央研究院物理研究所跟随由密西根大学回来的顾静薇做了一年实验,1936年赴美继续深造。

本来吴健雄是打算到密西根大学念书,但是到了旧金山,比她早到两个礼拜的另一留学生袁家骝,引导她参观柏克莱大学,那里一批年轻顶尖水准的物理新秀,以及他们所开展实验带来的蓬勃新境,立即吸引了有强烈成就动机的吴健雄,立即决定舍弃密西根大学,留在加州柏克莱大学就读。

袁家骝家世显赫,祖父是当了八十三天洪宪皇帝的袁世凯。袁父是袁世凯的次子袁克文,文采出众,且不值其父的行为,在上海地区甚受学术界人士的敬重。袁家骝的义务当向导,不但减轻了吴健雄初来乍到的陌生不安,并引见她因研究原子核的结构及衰变过程而获诺贝尔奖的劳伦斯(E. O. Lawrence)博士。

一年后,袁家骝由于奖学金因素转到加州理工学院,吴健雄继续留在柏克莱,两人仍然密切保持联系。吴健雄的聪慧文雅,袁家骝的斯文诚恳,使他俩互相吸引。在大学时代吴健雄就有很多追求者,从来不曾预料,竟会在美国遇到未来的夫婿与一生的挚友。吴健雄的父亲曾参与「反袁」运动,她后来却嫁给了袁世凯的孙子。「姻缘」真是难料。

另一个让吴健雄没有想到的,一名女子在异乡想要扬名立万,竟会遭受这么多困难。早年的西方社会,不论欧美,对女性皆有不平等待遇。因研究原子核结构而获诺贝尔奖的梅尔(Maria Mayer),曾因为与夫婿同在约翰霍普金斯大学任教,因当时的裙带关系法规,夫妻在一起工作只付先生一人的薪水,只好做白工。法国居里夫人虽两次获诺贝尔奖,却始终不曾当选地位崇高的法国科学院院士。

吴健雄在学界的升迁,也因她是女性又是东方人,而备极艰辛。1940年获柏克莱博士学位,虽说她在核子物理方面的表现杰出,在校外也颇知名,但学校却不愿聘任她。当时美国排行前二十名的大学,没有一家聘用女性物理学者,而她的亚裔中国人身分,更受歧视。连对吴健雄赏识有加、在柏克莱的风云人物欧本海默和劳伦斯也莫可奈何,因此吴健雄只能到东部一个女子学院教了一年书,第二年才进入普林斯顿大学担任讲师。

科学家们大都相信,在自然界中,大自肉眼看得见的一般现象,小至原子内的微小世界,都具有左右对称的对称性,称为「宇称守恒」定律。

但其实,人体是左右对称,花朵也是左右对称,这些人人肉眼可见的现象,的确都符合左右对称;但是人眼见不到的原子核内部,是不是也是左右对称的呢?从来没有人做实验来检验它,大家却不加怀疑地相信那是真的。如果有人想挑战它,就会被认为是智识不清,或是睁眼说瞎话,会面临其他人的质疑和讪笑。

不过,有两位年轻的理论物理学家李政道和杨振宁,却发现了一些端倪,决定对「宇称守恒」发动革命。他们精于理论计算,却苦于没有实验证据来支持「宇称不守恒」的论点。于是,他们找了其他科学家讨论,其中也包括吴健雄。不过这些人当中,有些人轻忽了这件事的重要性,有些则认为实验难度太高,根本不可能办到。只有吴健雄,经过仔细思索,看出这场实验的重要价值与革命性影响,她邀集其他几位各精所长的物理学家,一同进行密集的实验。

吴健雄素以实验设计精巧、仔细又准确闻名,做起实验来,充满狂热又有锲而不舍的拚劲。当时的物理学界流传着一句话:「如果这个实验是吴健雄做的,那么,就一定是对的。」尽管障碍重重,而且不一定会开花结果,吴健雄仍然决定进行这场实验。在美国华府国家标准局,密集进行了好几个月。吴健雄除了做实验,还得兼顾哥伦比亚大学讲课的教职,所以经常往返于两地之间。慢慢的,实验的相关消息传了开来,大家议论纷纷,多数人仍旧一面倒地认为,实验根本不可能成功。

「如果实验结果证明,宇称真的不守恒的话,我就吃掉我的帽子!」1952年诺贝尔物理奖得主布洛克,当时曾经这样尖刻地质疑。

「那是一个疯狂的实验,不需要浪费时间。」才气横溢的费曼博士也曾这么批评。

「谁都知道,宇称一定是守恒的。」当时人称「伟大鲍利」的物理学大家鲍利也不客气地说:「像吴健雄这么好的一位实验物理学家,应该去找些重要的事做,不应该在这种显而易见的事情上浪费时间。」不但如此,他还在信上和其他物理学家打赌:不管赌注多大,宇称一定是守恒的。

就在大家极度不看好,而且充满质疑与调侃的气氛中,吴健雄与合作的伙伴们还是夜以继日的进行预定的实验计划。

圣诞节就在忙碌中悄然走远了。1957年1月9日,半夜两点,吴健雄和其他四位合作伙伴,在灯火通明的实验室紧盯实验数据,小心谨慎地对所有实验过程与结果做最后的查证。直到确定无误之后,才打开一瓶上好的法国红酒,热烈庆功。

「为这个科学历史上的伟大时刻干杯!」

「宇称守恒定律,已经死了!」

虽然,「宇称不守恒」对一般人来说难以理解,但在科学界就像浪潮扑岸一样,席卷了全世界,它确实颠覆了当时物理科学的基本思想,但是到现在也还没有什么实际的应用价值。

这项实验跌破大家眼镜,就连吴健雄自己,心中也震撼不已。她在实验中,亲眼目睹电子倾向于左手旋的「不对称」现象,内心澎湃汹涌,有半个月的时间几乎无法入睡。

「这带给我们什么启示呢?」

「为什么老天爷要我来揭开这个奥秘呢?」

「这件事情给我们一个教训,就是永远不要把『不验自明』的定律视为必然。」

隔年,杨振宁、李政道获颁诺贝尔奖,成为史上首度得到诺贝尔奖的中国物理学家。吴健雄虽然没有获得诺贝尔奖,却因此名扬四海,受邀到世界各地演说,所到之处尽是英雄式的热烈欢迎。(上)

美国邮局发行的吴健雄纪念邮票。(张作锦.提供)
美国邮局发行的吴健雄纪念邮票。(张作锦.提供)

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