吴健雄：于纷繁复杂中发现简单图景

 
 
吴健雄：于纷繁复杂中发现简单图景  
 

■肖太桃

吴健雄敬佩居里夫人，但如同对任何先贤和前哲一样，并不盲目崇拜。她们都曾在科学的最前沿作重要的探索，也都取得了重大的成就。

自然科学有理论研究与实验研究两个方面。大多数科学家从理论研究入门，即便没有大学或者实验室支撑，也不妨碍有志者在这样的科学园地中耕耘（进入大科学时代以后，没有系统的科学训练、没有科学团队或实验设备的支持，已经很难再做这样的科学理论工作）。也有些科学家以“做实验”为乐，他们喜欢“眼见为实”。做实验是辛苦的，要出力，要流汗，要脏手，要排队等待使用实验设备，要熬夜值守观察实验进程，记录实验数据，等待实验结果。有些实验需在野外或者危险的环境中长时间工作，甚至要付出健康代价，冒生命危险。还有些实验，没有现成的设备和材料，制备实验的器具或材料，是研究工作中辛苦的“前菜”。

然而，实验成功的那一刻是极具诱惑力的。实验结果对理论的挑战、颠覆、确认、修正、定位，对新视野、新门径的开辟，都具有无可比拟的震撼力和权威性。因此，有些科学家终身为实验痴迷。吴健雄就是其中一位。

她把实验做到了同行中的极致

吴健雄是世界著名实验物理学家。她自述一生大约有15项重要的物理学贡献。其中有3项具有里程碑性质和划时代意义。最为人称道的是，1956年夏天至1957年1月，她最先以实验清楚地显示了宇称在核极化时的β衰变中的不守恒和荷共轭不变性的破缺。

吴健雄从小就喜欢动手做东西，几岁时就跟着父亲学装矿石收音机。在少年的照片和前人的传说中，“她沉静慢语，眼睛里闪动着聪慧，内心里充满了阳光，做事常常因专心而入迷”。在那个年代的中国，矿石收音机大概也是“高新科技”了。

1936年8月，24岁的吴健雄带着对实验的浓厚兴趣，赴美留学，进入加州大学伯克利分校攻读物理学。那个时候，正是物理学在原子核研究方面大放异彩的时代。接连不断的科学大发现，使得原子核物理成为当时最具吸引力也最具挑战性的科学领域。吴健雄原本打算到康奈尔大学读书，因看望先期到达的中国同学顺道访问伯克利。当她得知伯克利有劳伦斯（正在为粒子回旋加速器忙得不亦乐乎，1939年因此项贡献而获得诺贝尔物理学奖），有最先进的实验设备，她毅然作出了新的选择，并通过自己的一再努力，说服了不相信女生能在辛苦的实验室做下去的劳伦斯。劳伦斯接受了她的入学申请，帮助她办妥了已经延误了的入学手续。

吴健雄做实验的起点非常高，是当时最前沿、最困难的。她所做的第一个原子核物理实验是“探究放射性铅因产生β衰变放出子，而激发产生出两种型态X光的现象”。在劳伦斯的指导下，她在这个方面获得了相当清楚的实验数据和理论分析。在另一位老师塞格瑞（1959年诺贝尔奖得主）的指导下，吴健雄探究铀元素原子核分裂后的产生物，发现在这些产生物中，惰性气体氙（Xenon）对铀原子核分裂连锁反应有关键的影响。她测定了它的半衰期、放射数量和同位素数量。这两项成就使吴健雄于1940年获得加州大学伯克利分校博士学位，同时也使她作为一名优秀的实验物理学家受到物理学界的关注。1941年4月26日，伯克利所在地奥克兰郡的《奥克兰论坛报》刊出一篇报道，标题是“娇小中国女生在原子撞击研究上出类拔萃”。这篇报道说：“在一个进行原子撞击科学研究的实验室中，一位娇小的中国女孩，和美国一些最高水准的科学家并肩工作。”

1944年3月，已在普林斯顿大学任教的吴健雄，应邀进入哥伦比亚大学，并以一个外国人的身份参与了极其机密的“曼哈顿计划”。她在这项研制原子弹的庞大系统工程中的主要任务是发展十分灵敏的γ射线探测器。她几年前在伯克利的研究获得的一些关键且一直保密的数据，为解决核反应不能连续进行的困扰提供了思路和办法，从而对“曼哈顿计划”的顺利进行作出了重要的贡献。

吴健雄把实验做到了同行中的极致。原子核的β衰变是19世纪末以后物理科学中十分重要的领域。1949年，吴健雄和一位合作者艾伯特（A.Albert）做了一个实验，验证β衰变理论和实验间的歧异。吴健雄想到，这些慢速子由于对环境敏感，因此放射源本身的厚度和均匀性，一定也会造成影响。要提高实验的精确性，就得有既薄又分布均匀的放射源。她的“做法”可以简单地描述为：在一盆水中加入一滴清洁液之类的化学溶剂，由这滴溶液扩散形成一个薄膜，再用一个铜环由水中套出一圈薄膜，然后在这薄膜上滴上一小滴含放射性铜的溶液。简单的表面张力原理，使这些放射性铜均匀分布在薄膜上，等该溶液干了，便拿来作实验之用。

事情看起来就这么简单，吴健雄的实验结果和费米的理论完全吻合，她的结果一发表，便把多年来许多纷扰不休的争论完全澄清了。这和密立根用油滴法测量子荷从而结束了关于子离散性的争论一样美妙。她也因此有了举世闻名、一流精确的实验物理学家的声誉。这个实验结果之所以得到如此的好评，不只因为它对物理学发展具有重要意义，还因为费米本人既是大理论物理学家，也是大实验物理学家，他自己也做实验，也和大家一样受到理论与实验不能相谐的困扰。要做出这样的实验，不仅要对这种非常困难的前沿课题和前沿状况有全面且深入的掌握，而且要有缜密的思维和独到的设计，心有灵犀，思维的逻辑与材料的逻辑相合，物性与人思呼应。自然界是简单的，真正的科学家能够在纷繁复杂的现象和众说纷纭的理论中发现简单的图景。

三项重大物理学实验

1957年，对全世界华人来说是具有特殊意义的一年。两位华人科学家——李政道、杨振宁以他们革命性的理论成就得到了这一年的诺贝尔物理学奖。这是华人科学家首次获得这一奖励。

李政道、杨振宁针对当时物理学前沿的困难，经过查阅大量文献，反复的讨论和计算，发现弱相互作用中宇称守恒并没有得到确证，没有确切的理论证据或实验证据。他们认为，不应该把弱相互作用中的宇称守恒看作是天然合理的，而应该用实验来检测它。他们建议了几组可能的实验。所有身处前沿的物理学家，要么处于盲从状态，要么处于迷茫状态，没有人知道应该向什么方向去“找门”，李、杨提出了突破性的建议。不过，这个建议在得到实验支持之前，并没有被身居前沿的大科学家们所看好。