中國核事業(yè)的先驅(qū)趙忠堯

吳躍農(nóng)

不是比基尼島的旁觀者

1946年6月30日，美國繼在日本扔下了原子彈之后，又在太平洋的比基尼小島上試爆了一顆原子彈。此時，在距爆炸中心25公里遠的“潘敏娜”號驅(qū)逐艦上，英、法、蘇、中4個二戰(zhàn)勝利集團的盟友代表，應(yīng)美國政府之邀正在觀“戰(zhàn)”，物理學家趙忠堯即是中國代表。

趙忠堯雖只是戴著墨鏡作壁上觀，但心中卻很清楚，他十幾年前在美國做的正電子湮滅實驗中所觀測到的正反物質(zhì)的湮滅現(xiàn)象，為美國發(fā)展原子彈提供了堅實的科學基礎(chǔ)。他默默注視著冉冉升起的蘑菇云，將目測出的數(shù)據(jù)牢記在自己的腦海之中，當其他國家的代表情不自禁地為核爆炸的威力驚呼時，趙忠堯卻在沉思，中國什么時候才能釋放出這樣巨大的能量？這一天還太遙遠，因為中國連一臺加速器都沒有。沒有加速器就不可能揭開原子核的奧秘，不可能進行自己的核試驗。演習完畢，其他國家的觀摩代表回到美國本土游山玩水，趙忠堯卻不在隊列之中，不知什么時候已經(jīng)“失蹤”了。趙忠堯上哪兒去了呢？

趙忠堯認為，要在這個強權(quán)世界上生存和“不挨打”，中國必須發(fā)展自己的核科學。趙忠堯此行并不只是為了隔岸觀花，而是負有進一步了解核爆炸核心技術(shù)的使命。核爆炸的核心技術(shù)就是加速器，時任國民黨中央研究院總干事的物理學家薩本棟在趙忠堯臨行前，曾特意叮囑他要“滯留”美國，盡可能多地了解美國在核物理方面的新進展，并設(shè)法購買核物理研究設(shè)備，薩本棟本人則留在國內(nèi)籌款給他匯去。

趙忠堯的“失蹤”并不神秘，他是回到了自己的母校加州理工學院。

他本應(yīng)是第一個獲諾貝爾獎的中國人

1902年6月27日，趙忠堯出生在浙江山清水秀的諸暨，南京高等師范學校畢業(yè)后任東南大學助教，深得物理學界前輩葉企孫的器重。1925年夏，葉企孫奉命籌建清華學堂大學本科，偕趙忠堯前往，讓他在新籌建的物理實驗室任職。1927年，趙忠堯赴美國加州理工學院深造，師從諾貝爾獎獲得者密立根教授。

密立根教授最初給趙忠堯布置的博士論文題目是利用光學干涉儀的實驗研究。但趙忠堯感覺這個題目對于他來說太一般了，請求密立根給他換一個難一點的具有突破性意義的題目。密立根過了一些日子后讓趙忠堯改做“硬伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收系數(shù)”這個題目。當他發(fā)現(xiàn)站在面前的這個中國年輕人好像還是不太滿意時，密立根頗為不悅。趙忠堯發(fā)現(xiàn)自己不知天高地厚的沖勁已經(jīng)惹密立根生氣了，他馬上抱歉地表示：我接受這個題目，并且一定把它做好！無論是密立根，還是趙忠堯，他們都沒有意識到，這個題目會把趙忠堯推到一個物理科學的偉大發(fā)現(xiàn)的門口。

當時，人們認為硬伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收主要是由自由電子的康普頓散射所引起的，用于計算吸收系數(shù)的克萊因—仁科公式當時剛剛問世。密立根讓趙忠堯通過實驗來驗證這一公式的正確性。實驗開始了，趙忠堯常常是上午上課，下午準備儀器，晚上則通宵取數(shù)據(jù)。為保證每隔半小時左右獲取一次數(shù)據(jù)，趙忠堯不得不靠鬧鐘來不斷叫醒自己?？鄵瘟藷o數(shù)個不眠之夜后，當趙忠堯?qū)y量的結(jié)果與克萊因—仁科公式做比較時，卻發(fā)現(xiàn)硬伽馬射線只有在輕元素上的散射符合這個公式，而當硬伽馬射線通過重元素—比如鉛時，所測得的吸收系數(shù)比公式的結(jié)果大了約40%。

這項研究做了一年多時間，1929年年底，趙忠堯把論文交給了密立根。但兩三個月過去了，密立根也沒有發(fā)表任何意見。原因在于，這項實驗結(jié)果讓他感到很吃驚，也與他的預(yù)期不相符，他不太敢相信這一結(jié)果的正確性。趙忠堯有點急了，因為在科學發(fā)現(xiàn)的競技場上，是只有第一沒有第二的，科研成果披露的先后往往決定著一項研究的命運。這時，替密立根管理研究生工作的教授鮑文向密立根證實了實驗結(jié)果的可靠性。他對密立根說：“我對趙忠堯?qū)嶒灥娜^程很了解，從儀器操作、實驗設(shè)計、測量記錄到計算的全過程，都進行得非常嚴謹，實驗結(jié)果是完全可靠的。”密立根終于同意趙忠堯?qū)⒄撐乃统霭l(fā)表，該論文于1930年5月發(fā)表在美國的《國家科學院院報》上。當時，當趙忠堯在加州做著實驗時，英、德兩國有幾位物理學家也在進行著同一實驗。三處同時發(fā)現(xiàn)了硬伽馬射線在重元素上的這種反常吸收，并都認為可能是原子核的作用引起的。

這項結(jié)果對趙忠堯而言，是一個嶄新的開始，吸收系數(shù)的測量結(jié)束后，趙忠堯想進一步研究硬伽馬射線與物質(zhì)的相互作用機制，觀測重元素對硬伽馬射線的散射現(xiàn)象。鮑文聽了趙忠堯的想法后說：“測量吸收系數(shù)，作為你的學位論文已經(jīng)夠了，結(jié)果也已經(jīng)有了。不過，如果你要進一步研究，當然很好?！碑敃r雖然離畢業(yè)只有大半年時間了，但由于有了第一個實驗的經(jīng)驗，趙忠堯還是決心一試。

趙忠堯的這個實驗結(jié)果首次發(fā)現(xiàn)，伴隨著硬伽馬射線在重元素中的反常吸收，還存在一種特殊輻射。趙忠堯不僅測得了這種特殊輻射的能量大約等于一個電子的質(zhì)量，而且還測出它的角分布大致為各向同性。原來，當硬伽馬射線通過重金屬鉛時，會產(chǎn)生成對的正反物質(zhì)—反物質(zhì)碰到正物質(zhì)，兩者迅速消失，并演變成光子。湮滅后產(chǎn)生的光子是一種沒有方向性的、被“軟化了”的伽馬射結(jié)，能量相當于電子的靜止質(zhì)量。這些記錄表明人類歷史上第一次觀察到了正反物質(zhì)的湮滅現(xiàn)象。趙忠堯把這個結(jié)果撰寫成第二篇論文《硬伽馬射線的散射》，于1930年10月發(fā)表在美國的《物理評論》雜志上。密立根看到學生取得如此重要的研究成果，心中好不得意。在進行博士論文答辯時，他當著其他教授的面“譏笑”起趙忠堯來：“這個小伙子不知天高地厚，當初我讓他做這個題目，他還嫌太簡單，說要‘考慮考慮吶！”

趙忠堯的這些研究成果是正電子發(fā)現(xiàn)的前導(dǎo)，國際物理學界對此給予了高度評價，可以說，趙忠堯是第一個觀測到正反物質(zhì)湮滅的人，也是物理學史上第一個發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)的物理學家。這個發(fā)現(xiàn)足以使趙忠堯獲得諾貝爾獎，當時瑞典皇家學會也曾鄭重考慮過授予他諾貝爾獎。不幸的是，有一位在德國工作的物理學家對趙忠堯的成果提出了疑問，雖然后來事實證明趙忠堯的結(jié)果是完全準確的，錯誤的是提出疑問的科學家，但這卻影響了趙忠堯的成果被進一步確認。1936年，為了表彰正電子的發(fā)現(xiàn)這一重要成就，瑞典皇家科學院把諾貝爾物理學獎授予了1932年在云霧室中觀測到正電子徑跡的安德遜，而不是1930年首先發(fā)現(xiàn)了正負電子湮滅的趙忠堯。

安德遜也承認，當他的同學趙忠堯的實驗結(jié)果出來的時候，他正在趙忠堯的隔壁辦公室，當時他就意識到趙忠堯的實驗結(jié)果已經(jīng)表明存在著一種人們尚未知道的新物質(zhì)，他的研究是受趙忠堯的啟發(fā)才做的。

前諾貝爾物理學獎委員會主任愛克斯朋在1997年撰寫的一篇文章中坦誠地寫道：“趙忠堯在世界物理學家心中是實實在在的諾貝爾獎得主！”

1931年，趙忠堯?qū)W成回國后到清華大學擔任物理系教授。趙忠堯開設(shè)了我國首個核物理課程，主持建立了我國第一個核物理實驗室。當時中國的核物理研究還是一片空白，但他卻在極為簡陋的條件下進行了一系列研究工作。他們研究結(jié)果有的發(fā)表在《中國物理學報》上，也有一些發(fā)表在英國的《自然》雜志上。趙忠堯與他的老師葉企孫一起，還培養(yǎng)了一批后來為我國的原子能事業(yè)做出重要貢獻的人才：王淦昌、彭桓武、錢三強、鄧稼先、朱光亞、周光召、程開甲、唐孝威……諾貝爾物理獎得主楊振寧和李政道也都曾經(jīng)受業(yè)于趙忠堯。

回到加州大學，心中想的是發(fā)展自己民族的核事業(yè)

趙忠堯此次趁旁觀原子彈爆炸的機會回到了母校，他利用一切條件，對加速器的操作臺和零部件進行了深入研究，迅速掌握了加速器的設(shè)計和制造細節(jié)。

回旋加速器的發(fā)明者，他的老師、諾貝爾物理學獎得主密立根顯然知道趙忠堯目的何在，他十分贊賞趙忠堯的才智，也敬佩趙忠堯的愛國心。更何況，美國的核事業(yè)是在趙忠堯研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。為了便于趙忠堯熟悉情況，在實驗室多工作一段時間，密立根聘他為自己的工作助手，特意安排他多接觸實驗設(shè)備和相關(guān)核心圖紙。

這時，薩本棟秘密匯來了5萬美元，作為趙忠堯購買實驗設(shè)備的費用。錢匯來了，趙忠堯卻感覺有點犯難，買一臺加速器起碼要40萬美元，這點錢根本就不夠。何況，即便買到了，也拿不到出口許可證，無法運回中國，美國政府嚴禁此類尖端技術(shù)出口。唯一的辦法是將技術(shù)參數(shù)默背下來，爛熟于心，然后回國自己制造，而一些國內(nèi)一時無法制造的精密部件，則在美國秘密定制，然后再想方設(shè)法托運回去。

趙忠堯成了實驗室里最勤奮的人，在完成科研項目的同時，他拼命掌握著有關(guān)加速器制造的技術(shù)資料和零件參數(shù)。每天，他的工作時間都在16小時以上。

之后，趙忠堯又在美國麻省理工學院、卡內(nèi)基地磁研究所等處進行了核物理和宇宙線方面的研究。在麻省理工學院電機系靜電加速器實驗室學習靜電加速器發(fā)電部分和加速管的制造時，該實驗室的主任屈潤普非常支持趙忠堯的工作。他讓趙忠堯利用他們的資料，還給他介紹了另一位專家，又將實驗室里準備拆去的一臺舊的大氣型靜電加速器給趙忠堯做實驗用。在華盛頓的卡內(nèi)基地磁研究所，那里有兩臺質(zhì)子靜電加速器和一臺回旋加速器在工作，學習的環(huán)境也很好。當時，畢德顯正準備回國，趙忠堯挽留他多待半年，一起繼續(xù)靜電加速器的設(shè)計，并采購一些零星器材。畢德顯為人忠厚，工作踏實，又有電子技術(shù)方面的實踐經(jīng)驗，對加速器的設(shè)計工作起了很大作用。加速器的運轉(zhuǎn)部分、絕緣柱以及電極的制造總算有了著落。與此同時，他還替中央大學訂制了一個多板云霧室，并且買好了與此配套的照相設(shè)備以及一些核物理實驗所需的器材。這些都是用手頭那點錢購置的。

不久后，美國原子能委員會下令，“一切外籍人士必須離開核物理實驗室”。趙忠堯只好到紐約等地的科研機構(gòu)做“臨時工”。為了進一步掌握相關(guān)技術(shù)，趙忠堯主要在美國的幾個加速器及宇宙線實驗室做義務(wù)工作，他的義務(wù)勞動也換得了一批器材，節(jié)約了購置設(shè)備的開支。

趙忠堯制造和購買器材的工作前后花了整整兩年時間。這期間，他每年的生活費只有2000美元，而當時的“公派”人員卻是1萬美元。趙忠堯只能盡可能地節(jié)衣縮食，一日三餐多是開水、面包加咸菜。節(jié)省下來的每一分錢，他都用來購置設(shè)備。

1948年，身在美國的趙忠堯當選為中央研究院院士。1948年底，趙忠堯完成了靜電加速器的器材訂購任務(wù)，欲回國研制。是時，舊政權(quán)眼看就要土崩瓦解，趙忠堯決定待塵埃落定，共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的新中國成立后再回國，回國后直接參加和平建設(shè)。

沖破阻撓，矢志不移回到新中國

1949年10月1日，新中國宣告成立。趙忠堯興奮異常，但形勢卻發(fā)生了變化，中美已不通航，大陸學者借道香港回國也受到重重阻撓。歷經(jīng)五個多月的磨難，趙忠堯才得到香港的過境許可證，踏上了返回祖國的航程。

然而，他并不知道，臺灣當局和美國把他作為爭奪目標，已經(jīng)緊緊盯上了他，千方百計阻止他回到祖國大陸去。

1949年年底，趙忠堯開始做回國的準備工作。對趙忠堯來說，最重要的自然是那批花了幾年心血訂制的加速器部件與核物理實驗器材。趙忠堯1948年準備回國時聯(lián)系的是一個國民黨官僚資本經(jīng)營的輪船公司，貨也已經(jīng)存到了那家公司聯(lián)系的倉庫里。為了將器材運回新中國，而不是運到臺灣去，必須設(shè)法將這批器材轉(zhuǎn)到別的運輸公司。趙忠堯利用1949—1950年初中美之間短暫的通航時期，設(shè)法將貨取了出來，重新聯(lián)系了一個輪船公司，辦理了托運回新中國的手續(xù)。沒想到，趙忠堯的這一舉動立即被聯(lián)邦調(diào)查局盯上了，他們不僅到運輸公司開箱檢查，還到加州理工學院去調(diào)查趙忠堯的一舉一動。雖然加州理工學院回答調(diào)查的杜曼教授告訴他們這些器材與原子武器毫無關(guān)系，但聯(lián)邦調(diào)查局仍然扣去了趙忠堯的部分器材。特別是扣下的四套完整的供核物理實驗用的電子學線路，使趙忠堯倍感痛心和悲憤。不僅因為這些線路正是國內(nèi)急需的，更重要的是這些線路是麻省理工學院宇宙線實驗室主任羅西專門派人為趙忠堯制造的。

1950年8月29日，趙忠堯和錢學森夫婦等一起，登上了美國的“威爾遜總統(tǒng)號”。正要起航時，美國聯(lián)邦調(diào)查局的特工突然上船搜查。錢學森八百多公斤重的書籍和筆記本被扣留，錢學森本人被指為“間諜”，被押送到特米那島上關(guān)了起來。趙忠堯的幾十箱東西也再次遭到野蠻翻查，但對方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)什么，因為早在一個月前，他就已經(jīng)將重要資料和器材托人帶回了祖國，而把其余的零部件拆散了任意擺放，成功地迷惑了美國的搜查官員，趙忠堯被放行了。同船的還有鄧稼先、涂光熾、羅時鈞、沈善炯、鮑立奎等一百多位留美學者。 然而，美國情報局還是回過了神兒，這位差一點獲得諾貝爾物理學獎的中國學者可能掌握著核心機密！美軍最高司令部連發(fā)三道攔截趙忠堯的命令，當輪船途經(jīng)日本橫濱時，美軍武裝人員氣勢洶洶地沖上船，將趙忠堯押進了美軍在日本的巢鴨軍事監(jiān)獄。與趙忠堯一起被關(guān)押的還有羅時鈞和沈善炯。趙忠堯向美方提出了強烈抗議，但得到的回答卻是：“我們只是執(zhí)行華盛頓的決定，沒有權(quán)力處理你們的事?！迸_灣駐日代表團派了3個人，軟硬兼施，要把趙忠堯等人帶到臺灣去，有一次甚至讓他們3個人面對一堵墻站好，美國憲兵在他們背后拉槍栓進行威脅，告訴他們?nèi)绮怀姓J“罪行”，堅持不到臺灣去“洗心革面”，就槍斃他們。但趙忠堯他們寧死不屈，堅決不同意到臺灣去。硬的不行，再來軟的，臺灣大學校長傅斯年發(fā)來急電：“望兄來臺共事，以防不測?！壁w忠堯卻回電說：“我回大陸之意已決！”如此糾纏了兩個月之久。

美國政府為了扣留趙忠堯，不惜編造出各種謠言，說他竊取美國原子彈的機密，說他和錢學森是同案嫌犯等等。他們仔細檢查了趙忠堯的每一件行李、每一張紙上的每一個字，甚至想從他兒子趙維志寫給父親的信中尋找到他們希望得到的“罪證”。但那是一封充滿了親情的信，沒有他們想要的東西。

趙忠堯被以“莫須有”的罪名關(guān)進美軍監(jiān)獄的消息披露后，在國際上引起了軒然大波，世界輿論高度關(guān)注，美國科學界也對此表示強烈抗議，中國掀起了譴責美國政府暴行、營救趙忠堯的巨大浪潮，中華人民共和國總理兼外交部長周恩來為此發(fā)表了聲明，錢三強也聯(lián)合一批著名科學家發(fā)起了聲援趙忠堯的活動。錢三強還請他的老師、世界保衛(wèi)和平委員會主席約里奧·居里出面，呼吁全世界愛好和平的正義人士譴責美國政府的無理行徑。在國內(nèi)外的強大壓力之下，美國政府在沒有證據(jù)的情況下，只得將趙忠堯放行。

1950年11月底，趙忠堯終于途經(jīng)香港，回到了新中國。

赤子情深，融匯進新中國壯麗的核事業(yè)之中

1950年，中國科學院近代物理研究所（后改名為原子能研究所）成立，錢三強出任所長，王淦昌、彭桓武為副所長。一大批有造詣、有理想、有實干精神的原子能科學家，從美、英、法、德等國回國，來到原子能所。

1950年11月28日，沖破阻撓的趙忠堯終于回到闊別多年的祖國，他將帶回來的器材和零部件全部交給了中科院物理研究所。

趙忠堯用帶回的器材和零件，主持建成了我國第一臺70萬電子伏的質(zhì)子靜電加速器。1958年又主持研制成功250萬電子伏的質(zhì)子靜電加速器。這兩項研究的成功，對我國的核事業(yè)具有舉足輕重的作用。

進入上世紀70年代，面對嚴峻的國際形勢，黨中央決定狠抓高科技，加強國防建設(shè)。1973年，高能物理研究所成立，趙忠堯恢復(fù)工作，擔任副所長并主管實驗物理部的工作。幾代人為之奮斗的目標—在中國建造高能加速器，終于被提上了議事日程。盡管趙忠堯年事已高，但他仍然積極參加了高能實驗基地的建設(shè)以及有關(guān)的學術(shù)會議，并帶出了一批青年才俊。

1984年，北京正負電子對撞機工程破土動工。1989年以來，一批新的科研成果陸續(xù)問世，這一切蘊含了包括趙忠堯在內(nèi)的老一輩科學家的心血，而此時，奮戰(zhàn)在科研一線的則是他們培養(yǎng)出來的新一代中青年科學家。

為了表彰他對我國核物理研究的開拓性貢獻，香港的何梁何利基金會于1995年向趙忠堯頒發(fā)了“何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎”。

獲獎后，趙忠堯當即決定將“何梁何利獎”的獎金全部捐贈出來，設(shè)立“趙忠堯獎學金”，以獎勵清華大學、中國科技大學、東南大學、北京大學和云南大學物理系的優(yōu)秀學生，激勵他們?yōu)樽鎳姆睒s富強勤奮學習。

趙忠堯為人正直、忠厚，一生只知兢兢業(yè)業(yè)地為國家工作，所得到的榮譽和地位與他的成就極不相稱。作為中國核物理研究的開拓者之一，國人對他所知甚少。1998年5月28日，當趙忠堯以96歲高齡辭別人世時，遺體告別儀式極其簡單，媒體也無太多報道，這不能不說是中國的遺憾。