吳健雄是如何改變物理定律的

幸運草

1957年，物理界的風(fēng)云人物聚在普林斯頓大學(xué)的一個講堂里，聽著一位個子不高的華裔女性作報告。當她把最近的實驗及結(jié)果告訴臺下的聽眾時，羅伯特·奧本海默和喬治·雷諾茲等人屏息聆聽。一位觀察人士事后回憶稱，她在做完報告后，問聽眾有沒有什么問題時，臺下的聽眾在沉默了兩分鐘后，全體起立，為她鼓掌，雷鳴般的掌聲響徹了整個講堂。

這位女性就是吳健雄，她的實驗恰恰動搖了物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。這一理論基礎(chǔ)不僅一直以來支撐著她所研究的領(lǐng)域，還對科學(xué)家認知周遭世界起到了至關(guān)重要的作用。吳健雄的實驗結(jié)果讓她顯赫的職業(yè)生涯更上一層樓，讓她成為能夠載入史冊的物理學(xué)奠基人。即使到今天，無論歷史的進程是否因為她而發(fā)生改變，吳健雄仍是個響當當?shù)拇笕宋铩?h3>闊別故土

吳健雄于1912年出生在上海附近地區(qū)，她的父親是一名工程師，母親是一名教育工作者。吳健雄自幼深受父母的影響。與同時代的許多中國女性不同，她接受了正規(guī)的教育。年輕的吳健雄是一名師范生，成績優(yōu)異。她被數(shù)學(xué)和科學(xué)吸引，晚上就開始學(xué)習(xí)這兩門學(xué)科。居里夫人等女性科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)和事跡讓吳健雄十分著迷。1930年，吳健雄進入國立中央大學(xué)攻讀數(shù)學(xué)專業(yè)。不久，她又轉(zhuǎn)到物理系，從而開啟了不一樣的人生。

這是一個物理學(xué)與中國局勢都在發(fā)生巨大改變的時代。中日關(guān)系日趨惡化，國內(nèi)動蕩激烈，在叔父和導(dǎo)師的幫助下，吳健雄前往美國攻讀研究生學(xué)位。她與故土一別就是36年，再也沒能和父母團聚。

吳健雄原本計劃前往密歇根大學(xué)，但在參觀了加州大學(xué)伯克利分校，并聽說密歇根州一個學(xué)生中心禁止女學(xué)生從前門進入之后，她的想法改變了。這是她第一次體會到了性別歧視的滋味，而這還只是今后更多類似事件的一場預(yù)演。當時，物理學(xué)由男性主導(dǎo)，女性在很大程度上被排除在外，或者只被允許作為輔助角色進入這個領(lǐng)域。

在伯克利，吳健雄的性別和民族特征讓她格外顯眼。從一開始，她的男同事們就對她美麗的容貌和敏銳的頭腦給予了同等的關(guān)注。在歷史學(xué)家伯奇·麥克格雷恩筆下，吳健雄是“伯克利的?；ā?。吳健雄的導(dǎo)師、核物理學(xué)家與諾貝爾獎獲得者埃米利奧·塞格雷在他的回憶錄中寫道：“當她走在校園里時，總有一群崇拜者追隨在后面，就如女王出巡一樣。”

但在實驗室里吳健雄并不輸于任何人，她很快就成了一個響當當?shù)膶嶒灱遥瑫r也是新發(fā)現(xiàn)的核裂變現(xiàn)象的專家。盡管吳健雄撰寫了一篇廣受好評的論文，并繼續(xù)進行核裂變的博士后研究，但1940年吳健雄獲得博士學(xué)位后，伯克利分校并沒有聘用她。于是，吳健雄去了史密斯學(xué)院，給女性上物理課。第二次世界大戰(zhàn)導(dǎo)致反亞裔情緒日益高漲，受此影響，吳健雄和同為物理學(xué)家的丈夫袁家騮決定前往美國東部。

絕密計劃

二戰(zhàn)讓吳健雄和其他女性科學(xué)家有了前所未有的機會。男人們奔赴戰(zhàn)場，大學(xué)只好不情愿地開始雇用女性教授科學(xué)課程。吳健雄前往普林斯頓大學(xué)，成了普林斯頓大學(xué)物理系的第一位女教師。1944年，到普林斯頓大學(xué)不久后，吳健雄的職業(yè)軌跡發(fā)生了意想不到的變化。在物理學(xué)家恩里科·費米的堅持下，哥倫比亞大學(xué)的美國戰(zhàn)爭部官員向她咨詢了她那篇探討核裂變的畢業(yè)論文。吳健雄最終加入了哥倫比亞大學(xué)，并和那里的工作人員一同參與了一項絕密研究——曼哈頓計劃。

史蒂文斯理工學(xué)院的教授、核歷史學(xué)家亞歷克斯·韋勒斯坦表示：“當時，對高素質(zhì)的科學(xué)人員有很大的需求，緊迫感很強?！眳墙⌒哿ⅠR著手輻射探測器的開發(fā)，并對氣體擴散研究做出了貢獻。氣體擴散法是濃縮鈾時需要用到的一種工藝，至今仍在使用。

韋勒斯坦說：“氣體擴散法絕對是一門關(guān)鍵技術(shù)，沒有這個技術(shù)，也就不會有原子彈。氣體擴散也是冷戰(zhàn)期間美國主要的濃縮技術(shù)。時至今日，這項有用的技術(shù)仍是一項保密技術(shù)?！?/p>

盡管幾乎可以肯定吳健雄清楚自己參與的曼哈頓計劃的終極目標，但她一生中卻罕見探討核彈及其造成的破壞性影響。相反，在之后的幾年里，吳健雄轉(zhuǎn)向了物理學(xué)的其他研究領(lǐng)域，并最終為推翻物理學(xué)中關(guān)系最密切的幾大定律做出了自己的貢獻。

女性影響力

二戰(zhàn)期間，勞動力短缺讓女性也有機會參與曼哈頓計劃。一些技術(shù)人員正在田納西州橡樹嶺的Y- 12工廠工作。

曼哈頓計劃是制造第一顆原子彈的絕密計劃。吳健雄也不是因曼哈頓計劃而開創(chuàng)職業(yè)生涯的唯一一名女性。韋勒斯坦說，當時，戰(zhàn)爭是頭等要事，戰(zhàn)爭“不允許政府官員像以前一樣擺出性別歧視和種族主義的架子”。政府官員急于讓更多德高望重的科學(xué)家開發(fā)原子彈。而吳健雄則是二戰(zhàn)期間為數(shù)不多受人尊敬的女性物理學(xué)家之一。露絲·豪斯和卡羅琳·赫爾岑貝格寫道：“除了作戰(zhàn)行動之外，女性參與了曼哈頓計劃各個方面的工作?！北M管參與曼哈頓計劃的女性總數(shù)尚不清楚，但她們的人數(shù)已經(jīng)確認超過了20世紀60年代參與阿波羅計劃的女性。

物理定律被撼動了嗎？

二戰(zhàn)后，吳健雄作為哥倫比亞大學(xué)的研究員（直到1952年，她才成為哥倫比亞大學(xué)物理系的第一位終身女教授），詳細深入地研究了放射性衰變，并開始研究亞原子粒子的特性。吳健雄與哥倫比亞大學(xué)的李政道和普林斯頓大學(xué)的楊振寧展開合作。這兩位物理學(xué)家認為，新發(fā)現(xiàn)的K介子違反了長期存在的宇稱性理論和對稱性理論。

大多數(shù)粒子的衰變是對稱的，會從兩端發(fā)射出電子。但是K介子的表現(xiàn)讓人出乎意料，李政道和楊振寧認為，進一步實驗或許能驗證宇稱守恒定律是否真的合理。按照宇稱守恒定律，物理系統(tǒng)的行為是對稱的，即使在鏡像中，它們的行為也是一樣的。

打破物理定律

1956年，吳健雄的一項實驗推翻了“宇稱守恒”的假設(shè)，創(chuàng)造了歷史。這一實驗如今被稱為吳氏實驗，它證實了物理反應(yīng)并不總是表現(xiàn)出鏡像對稱。當時，科學(xué)界爭相證明，一種放射性同位素在衰變時，可以發(fā)射出不對稱的電子。吳氏實驗就是在這樣的背景下進行的。吳健雄和她的同事在華盛頓特區(qū)的美國國家標準局的低溫設(shè)施中進行了這個實驗。吳健雄后來回憶說，這是一個“絕佳機會”。她當時自己制作鈷晶體，用牙醫(yī)的鉆頭給晶體鉆孔，然后冷凍晶體，并在磁場中將它們校準成直線。吳健雄只有15分鐘的窗口期來做這個實驗，但對她來說時間足矣，這15分鐘將開辟對粒子物理學(xué)更加現(xiàn)代的理解。

正是吳健雄建議使用放射性同位素鈷-60，并親身上陣完成了這項實驗。吳健雄與美國國家標準局的實驗人員合作，她每晚只睡四個小時，并計劃了一個雄心勃勃的實驗，她計劃將放射性鈷晶體冷卻到絕對零度（零下273.15攝氏度）左右，然后用一個強大的磁鐵對準它們的原子核，研究它們是否會同時從左右兩側(cè)釋放出電子。

經(jīng)過了幾個月的實驗，吳健雄最終確認，鈷原子核會從一側(cè)釋放出電子，而另一側(cè)則沒有釋放的痕跡。這一發(fā)現(xiàn)成功地推翻了宇稱定律。這是一個具有突破性、值得慶祝的發(fā)現(xiàn)。吳健雄后來說：“這些都是令人振奮和狂喜的時刻，能窺見這個奇跡，是對我一生的回報?！?/p>

盡管吳健雄和她的同事受到了各方的敬賀，吳健雄也成為研究領(lǐng)域以外的科學(xué)名人，但她的貢獻被諾貝爾獎委員會忽視了。為表彰這一發(fā)現(xiàn)的1957年諾貝爾物理學(xué)獎被授予了理論物理學(xué)家李政道和楊振寧。吳健雄設(shè)計并進行了這一實驗，從根本上改變了物理學(xué)家思考宇宙的方式，并為進一步發(fā)展粒子物理學(xué)的標準模型創(chuàng)造了條件。至于性別歧視等其他因素是否影響了吳健雄的諾獎名額，目前還沒有定論。韋勒斯坦表示：“在歷史學(xué)家研究清楚諾獎委員會的決議前，這個問題的答案還不得而知。”

不過，對于回顧吳健雄的貢獻并把她奉為當代物理學(xué)奠基者的人們而言，她的影響力是無可否認的。直到1981年退休之前，吳健雄一直是世界上最受尊敬的實驗學(xué)家之一，幫助設(shè)計了從磁學(xué)到核熒光透視等各個領(lǐng)域的其他有影響力的實驗。1975年，吳健雄獲得了美國國家科學(xué)獎?wù)隆?978年，她以全票通過的成績，成為該領(lǐng)域中另一個最負盛名的獎項——沃爾夫獎的首位得主。吳健雄于1997年去世，她完全憑借自己的能力成為自己研究領(lǐng)域中的一位巨人。