趙忠堯的諾貝爾獎(jiǎng)遺憾

方黑虎

1992年5月，適逢我國著名物理學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱中國科大）原子核物理與原子核工程系首任系主任趙忠堯院士90壽辰，中國科學(xué)院院士、中國科大教授錢臨照寫下一份賀貼，遙祝趙忠堯先生福壽綿長。這份賀貼現(xiàn)存于中國科大檔案館中，其載體是一份A4紙見方的大紅稿紙，紙面樸實(shí)無華，頗似中國人過春節(jié)時(shí)書寫對(duì)聯(lián)的紅紙，由于圖像處理的緣故，呈現(xiàn)在讀者眼前的賀貼僅僅保留了文字內(nèi)容。

錢臨照也是我國著名的物理學(xué)家，1955年當(dāng)選中國科學(xué)院學(xué)部委員，1958年后長期任職于中國科大。趙、錢二位先生同時(shí)執(zhí)教于中國科大，又先后受教于著名物理學(xué)家胡剛復(fù)。二人有同門同校之誼，在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)自成一家又相互欣賞，長期以來保持著非常好的私交及工作情誼。

錢臨照的賀貼內(nèi)容僅寥寥十字：“壽過普朗克、學(xué)啟安德森”。對(duì)于“壽過普朗克”，錢臨照在括號(hào)中加以注釋：“M.Planck得壽八十九”，這是說德國著名物理學(xué)家、量子力學(xué)的奠基人之一，馬克斯·普朗克（Max.Planck）享年89歲。錢臨照以壽過普朗克為賀，是對(duì)趙忠堯的敬重。下一句“學(xué)啟安德森”并注“C.D.Anderson之發(fā)現(xiàn)正電子實(shí)由趙先生之硬r射線吸收所啟發(fā)”則是對(duì)趙忠堯?qū)W術(shù)造詣的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，既表達(dá)了他對(duì)趙忠堯科學(xué)成就的推重之情，同時(shí)也隱含著對(duì)于歷史偶然性的深深遺憾。

說起科學(xué)史上的這樁公案，讓我們把目光拉回到20世紀(jì)30年代。趙忠堯1927年遠(yuǎn)渡重洋來到美國加州理工學(xué)院，師從諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主密立根教授。密立根交給趙忠堯的第一個(gè)題目是利用干涉儀做一個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)，但趙忠堯提出換一個(gè)難一些的題目。經(jīng)過一段時(shí)間的思考，密立根決定讓這位中國學(xué)生做“硬r射線通過物質(zhì)時(shí)的吸收系數(shù)”測(cè)量題目，并說：“這個(gè)題目你考慮一下”。不料趙忠堯仍嫌這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡單，于是老實(shí)回答：“好，我考慮一下”。密立根一聽這話當(dāng)場就火了，“這個(gè)題目很有意思，相當(dāng)重要。我看了你的成績，覺得你做還比較合適，你要是不做，告訴我就是了，不必再考慮?！壁w忠堯這才表示愿意接受這個(gè)題目。或許師生二人誰都沒有料到，正是這個(gè)勉強(qiáng)接受的題目，把趙忠堯推到了一個(gè)偉大發(fā)現(xiàn)的門口，并無限接近諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

經(jīng)過一年多的實(shí)驗(yàn)研究，趙忠堯發(fā)現(xiàn)了很奇特的物理現(xiàn)象：硬r射線通過輕、重元素時(shí)的吸收系數(shù)不一致。雖然暫時(shí)沒有找到原因，但趙忠堯意識(shí)到這是一種新的物理現(xiàn)象，于是把實(shí)驗(yàn)成果寫成論文，并發(fā)表在1930年5月的《美國國家科學(xué)院院報(bào)》上。這些發(fā)現(xiàn)就像一扇機(jī)遇之門在趙忠堯面前打開，他孜孜以求，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的道路上繼續(xù)前進(jìn)。時(shí)隔不久，趙忠堯在新的實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)，伴隨著硬r射線在重元素物質(zhì)中的反常吸收，還存在著一種特殊輻射，并且測(cè)出這種特殊輻射的能量為0.5兆伏，大約等于一個(gè)電子的質(zhì)量，輻射角的分布大致為各相同性。這時(shí)，趙忠堯其實(shí)已經(jīng)打開了正電子探索的大門，他測(cè)量到的特殊輻射來自于正電子。如果把已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的負(fù)電子稱為物質(zhì)的話，趙忠堯則是在世界物理學(xué)史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的物理學(xué)家。

趙忠堯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果震動(dòng)了當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)界，很多科學(xué)家因此走上了尋找正電子的科學(xué)征程，其中也包括與趙忠堯同為密立根教授研究生的C.D.安德森。1932年9月，安德森采用與趙忠堯不同的儀器，在有磁場的云霧室中觀測(cè)到正電子的徑跡，并以此成果于1936年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。安德森的發(fā)現(xiàn)是建立在趙忠堯工作的基礎(chǔ)上的，這一點(diǎn)連安德森自己也不否認(rèn)，他在1983年出版的一本著作中公開承認(rèn)，他的實(shí)驗(yàn)受到了趙忠堯?qū)嶒?yàn)結(jié)果的直接啟發(fā)。幾個(gè)月后，P.M.S.布萊克特與G.P.S.奧恰里尼又發(fā)現(xiàn)了更多的正電子，并對(duì)正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生與湮滅的機(jī)制做出了合理的解釋，布萊克特也因此獲得1948年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，這兩位著名科學(xué)家在自己的論文中引述趙忠堯的工作時(shí)發(fā)生了不應(yīng)有的錯(cuò)誤，他們竟然把趙忠堯于1930年發(fā)表的重要成果注釋成另外兩名科學(xué)家的論文，以致混淆了當(dāng)時(shí)物理學(xué)界的視聽。另據(jù)時(shí)任諾貝爾物理委員會(huì)主席愛克斯朋教授回憶，1936年那次評(píng)審也曾議論到趙忠堯博士在這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)中所做的工作，但是，當(dāng)時(shí)德國著名科學(xué)家L.邁特納等兩組學(xué)者進(jìn)行類似實(shí)驗(yàn)時(shí)未獲得趙忠堯所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，因而評(píng)審會(huì)對(duì)趙忠堯?qū)嶒?yàn)研究結(jié)果的科學(xué)可靠性產(chǎn)生疑問。由于上述諸多歷史偶然因素，使諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)戲劇性地跳過了趙忠堯，成為他終身的遺憾，也成為包括錢臨照在內(nèi)的中國物理學(xué)界的遺憾。

無緣諾貝爾獎(jiǎng)的遺憾是無法彌補(bǔ)的，但是物理學(xué)界并沒有忘記趙忠堯的歷史貢獻(xiàn)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德森、楊振寧、李政道等都十分推崇趙忠堯在正電子發(fā)現(xiàn)過程中起到的重要作用。1999年，中國科大修建了趙忠堯教授紀(jì)念館，楊振寧感于趙忠堯的科學(xué)成就，欣然為之題詞：“趙忠堯先生一九三〇年所發(fā)表的兩個(gè)工作是最早關(guān)于正電子的工作。是十分了不起的實(shí)驗(yàn)。”

作者單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)檔案館