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2021年2月11日,美國郵政總局將在紐約發佈一款人物紀念郵票,以紀念著名華裔物理科學家吳健雄。這是一項不多見的榮譽,曾獲得同樣待遇的是愛因斯坦、費米、費曼等著名科學家。在公佈的郵票設計圖中,吳健雄身穿中國傳統服裝,紅光滿面,神采奕奕,慈祥親切,深邃智慧的目光似乎還在探索核物理世界裏的無窮奧秘。
評論家稱吳健雄“是20世紀最有影響力的核物理學家之一。在一個由男性主導的領域中,她從事了40多年的職業生涯,並確立了自己的權威,可以進行精確而準確的研究,以測試物理學的基本理論”。吳健雄自述一生大約有15項重要的物理學貢獻。而其中影響最大、最為人們所熟知的一項貢獻,當屬她率先用實驗證實了楊振寧和李政道指出的宇稱不守恆現象。而楊、李也因這一具有劃時代意義的理論成就,僅在次年就登上了諾貝爾獎的領獎台。
遺憾的是,吳健雄本人卻未能獲得諾獎。許多人認為,諾貝爾獎評獎過程中的性別歧視是阻礙吳獲得諾獎的原因。因此,這位被媒體們冠以“中國居里夫人”、“核物理女王”、“物理學第一夫人”等稱號的傑出華裔女性科學家,又多了一層象徵意義——她成為了那些在科學界飽受歧視打壓的科研工作者們的代表。而本次紀念郵票之所以選在2021年2月11日發佈,也是因為這天是聯合國倡議的婦女和女童參與科學國際日。
積健成雄的核物理佳人
出身書香門第的吳健雄,於1912年5月31日生於江蘇省蘇州太倉瀏河鎮。吳健雄自幼聰慧過人,又得益於父親的開明思想,因此與其他兄弟一樣讀書識字,接受了良好的教育。後來在在父親的支持下,吳健雄考入當時的中央大學(南京)數學系深造。一年後,她又轉入物理系,在居里夫人的學生、物理學家施士元教授門下學習。
胡適與吳健雄
1936年吳健雄赴美深造,在伯克利加州大學師從勞倫斯、塞格瑞、奧本海默等傑出物理學家。她在實驗室獲得的成就給許多學界同行留下了深刻印象,一篇報道描述吳健雄稱:“在一個進行原子撞擊科學研究的實驗室中,一位嬌小的中國女孩,和美國一些最高水準的科學家並肩工作。”1944年3月,吳健雄前往哥倫比亞大學參與了製造原子彈的“曼哈頓計劃”, 她當時尚未加入美國國籍,是唯一在該計劃中擔任要職的非美國人。她此前在伯克利進行的一些保密研究為解決核反應不能連續進行的問題提供瞭解決思路,對曼哈頓計劃的順利進行作出了重要貢獻。
吳健雄是一位以精妙實驗著稱的物理學家。除了驗證“弱作用中的宇稱不守恆現象”,她還設計了諸多優秀實驗,在當時的最前沿領域作出了重要的探索。她曾以實驗手段在β衰變理論方面做了總結工作,否定了科諾平斯基一烏倫貝克(Konopinski.Uhlenbeck)的理論,確立了費米的理論,從而把β衰變研究推向一個新的階段;她還設計了巧妙的“向量流守恆”實驗,首次由實驗證實了電磁作用和弱相互作用有着密切的相關性,在促使電磁作用和弱作用相互統一為“電弱力”(electro—weakforce)的過程中起到了里程碑式的作用。
吳健雄一直堅持着獨特的學術風格。而這位嚴謹認真、方法巧妙的科學家,也因為其智慧與優雅贏得了廣泛的聲譽。她的優雅自然得歸因於她的女性美(她大部分時候都穿着旗袍),然而她的智慧與堅強卻超越了性別,讓每一個人都肅然起敬。
當李政道第一次見到吳健雄時,她向李介紹了自己做β衰變實驗的秘訣:“第一,使用的晶體表面一定要光滑,不能有髒東西;第二,電子要訓練得特別好,使之不straggling(離散)。” 李政道稱吳健雄的獨特視野令他驚奇不已,他在回憶錄中寫道:“研究理論的人是用薛定諤方程、狄拉克方程來理解和描述電子的狀態和行為的,而真正做實驗的人卻是像對待貓、狗一樣,細心愛護、訓練電子。電子訓練得好,晶體裏面沒雜質,從它們的行為中得到的數據才能告訴你實在的世界是怎麼回事。” 作為一名優秀的實驗物理學家,吳健雄獨特的風格使其自成一派,在科研生涯中取得了豐碩的成果,成為享譽中外的傑出科學家。
以卓越成就書寫‘平等’
吳健雄最為著名的實驗成就是對楊振寧、李政道二人所提出的宇稱不守恆理論。但是,由於1957年的諾貝爾物理學獎並沒有頒給吳健雄,人們圍繞吳是否應獲諾獎展開了長久的爭論。在物理學中,宇稱守恆意味着左跟右是對稱的。舉例而言,假如有兩個系統,開始時互為對方的鏡像,則意味着其初態完全一致,只是左右顛倒。那麼宇稱守恆就是指,這兩個系統除了左右不一樣以外,它們以後的發展應該完全一樣。而李、楊二人指出,在弱相互作用中宇稱可能不守恆。當時學界對這麼一項石破天驚的論斷並不看好。而吳健雄在與李、楊二人交流過後,當即拍板決定設計實驗進行驗證。
吳健雄的實驗原理並不複雜。她給出了兩個60Co裝置,它們的初態是完全一樣的,都沒有極化。然後對兩個系統各施加一個方向相反、其餘完全一致的電流。這樣令它們達到了互為鏡像的效果,好像中間放了一面鏡子。外加的電流使得60Co極化,由於電流方向左右相反,兩個60Co的極化方向也就相反。兩個60Co都衰變出電子,按照傳統的宇稱守恆定律推論,它們衰變出來的電子數應該一樣多,與外加電流的左右方向無關。但是吳健雄實際得到的結果卻完全不一樣,從而證實了楊、李的猜想。
吳健雄與泡利
李、楊提出宇稱不守恆是在1956年,那時吳健雄正準備與丈夫遠行去中國,她已離鄉整整20年。但是為了實驗,她最終放棄了遠東之行,開始籌備實驗。但是由於實驗條件欠缺等原因,實驗算上籌備時間竟耗時六個月之久,再加上吳對實驗結果的反覆驗證,直到次年1月才得以發表。就在同一天,物理科學家R.Garwin、L.Lederman和M.Weinrich也各自發表了實驗驗證宇稱不守恆現象。
有許多人認為,吳健雄在宇稱不守恆理論驗證過程中的功績受到了忽視,她本應與李、楊二人分享1957年的諾貝爾物理學獎。不過也有人認為,吳健雄只是起到驗證作用,在原創性上不可與李、楊二人相提並論。況且吳的實驗週期過長,以至於有競爭性實驗後來趕上,令其錯失了優先性。
雖然關於吳是否應獲諾獎的問題,人們尚存在爭議。但無可置疑的是,吳健雄在職業生涯中曾遭遇性別、族裔歧視所帶來的巨大壓力。晚年的吳健雄愈發直言不諱,她曾言辭犀利的諷刺性別歧視,稱:“令我好奇的是,小小的原子和原子核或是數學符號亦或是DNA分子是不是也對男性或是女性有所偏向?” 在給1988年諾貝爾獎得主史坦伯格的祝賀信上,吳健雄寫道:“儘管我從來沒有為了得獎而去做研究工作,但是,當我的工作因為某種原因而被人忽視,依然是深深地傷害了我。”
吳健雄在證實宇稱不守恆之前,就已經是研究β衰變的權威學者,在證實宇稱不守恆之外也有其他重大物理貢獻。她一生雖然承受着許多不平等的壓力,但是她卻憑着自己的堅毅與智慧,拿下了眾多個第一:她是美國物理學會自1899年成立以來的第一位女性會長,也是第一位不是白種人的會長;她是第一屆沃爾夫物理學獎方向的第一位得獎人;她是第一位華裔美國國家科學院院士……她是華人科學家、也是女性科學家的榜樣明星。
吳健雄於1997年在紐約病逝,終年85歲。遵照本人遺願,她被安葬於故鄉瀏河鎮。其墓碑前放置着兩個一模一樣的小球,象徵着她在宇稱不守恆實驗中設置的兩個鈷原子,兩個小球各沿正逆兩個方向轉動,並奔湧着水流,象徵宇稱的不守恆。
吳健雄墓址
耐人尋味的是,這位因驗證宇稱不守恆而聞名於世的物理學家,最終在世人面前擊碎了性別與族裔的不平等。世界可以不守恆,人與人卻一定平等。