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吳健雄,「世界物理學女王」,生於中國,葬於中國(上)

旅美物理學者袁家騮和吳健雄夫婦1983年返台參加「原子與分子科學研討會」。(本報系資料照片)
旅美物理學者袁家騮和吳健雄夫婦1983年返台參加「原子與分子科學研討會」。(本報系資料照片)

中央研究院院士吳健雄1997年辭世,是世界物理學界的重大損失。請看她這一生所得到的稱譽,就知道她有多少成就:

東方居里夫人、中國居里夫人、世界物理學女王、核子物理女王、物理科學的第一夫人、最偉大的實驗物理學家,在β衰變研究領域具有世界性的貢獻。1975年獲美國最高科學榮譽「國家科學獎章」,1990年中國科學院紫金山天文台將國際編號為2752號的小行星命名為「吳健雄星」。2021年美國郵政總局發行「吳健雄永久紀念郵票」。

1912年(中華民國元年)5月31日,吳健雄生於江蘇省蘇州太倉瀏河鎮書香門第,父親吳仲裔提倡男女平等,創辦取意於「大學之道,在明明德」的明德學校。吳健雄屬「健」字輩,依次以「英雄豪傑」取名。吳健雄排行第二,得了「健雄」這個頗為陽剛的名字。父親吳仲裔希望她不讓鬚眉,「積健為雄」。得益於父親的開明思想,吳健雄自小就能與其他兄弟一樣讀書識字。

1923年,吳健雄明德學校畢業後考入蘇州市第二女子師範學校,1927年以優秀成績畢業,獲保送入南京的中央大學。本來師範生要先教書服務一年才能升學,但當時師範服務規範沒有那麼嚴格,吳健雄沒有去教書,那一年進了上海的中國公學,成為大學者胡適的學生,也建立起與胡適終生親近的師生情誼。

1930年,吳健雄進入中央大學,攻讀數學。她資質俊秀,學習遊刃有餘,在求知慾的驅動下,她翻閱了一些有關物理科學方面的書籍,很快便受到如居里夫婦等科學先驅實驗工作的吸引,第二學年便申請轉到物理學系。

吳健雄1934年由中央大學畢業,先在浙江做了一年助教,又在上海中央研究院物理研究所跟隨由密西根大學回來的顧靜薇做了一年實驗,1936年赴美繼續深造。

本來吳健雄是打算到密西根大學念書,但是到了舊金山,比她早到兩個禮拜的另一留學生袁家騮,引導她參觀柏克萊大學,那裡一批年輕頂尖水準的物理新秀,以及他們所開展實驗帶來的蓬勃新境,立即吸引了有強烈成就動機的吳健雄,立即決定捨棄密西根大學,留在加州柏克萊大學就讀。

袁家騮家世顯赫,祖父是當了八十三天洪憲皇帝的袁世凱。袁父是袁世凱的次子袁克文,文采出眾,且不值其父的行為,在上海地區甚受學術界人士的敬重。袁家騮的義務當嚮導,不但減輕了吳健雄初來乍到的陌生不安,並引見她因研究原子核的結構及衰變過程而獲諾貝爾獎的勞倫斯(E. O. Lawrence)博士。

一年後,袁家騮由於獎學金因素轉到加州理工學院,吳健雄繼續留在柏克萊,兩人仍然密切保持聯絡。吳健雄的聰慧文雅,袁家騮的斯文誠懇,使他倆互相吸引。在大學時代吳健雄就有很多追求者,從來不曾預料,竟會在美國遇到未來的夫婿與一生的摯友。吳健雄的父親曾參與「反袁」運動,她後來卻嫁給了袁世凱的孫子。「姻緣」真是難料。

另一個讓吳健雄沒有想到的,一名女子在異鄉想要揚名立萬,竟會遭受這麼多困難。早年的西方社會,不論歐美,對女性皆有不平等待遇。因研究原子核結構而獲諾貝爾獎的梅爾(Maria Mayer),曾因為與夫婿同在約翰霍普金斯大學任教,因當時的裙帶關係法規,夫妻在一起工作只付先生一人的薪水,只好做白工。法國居里夫人雖兩次獲諾貝爾獎,卻始終不曾當選地位崇高的法國科學院院士。

吳健雄在學界的升遷,也因她是女性又是東方人,而備極艱辛。1940年獲柏克萊博士學位,雖說她在核子物理方面的表現傑出,在校外也頗知名,但學校卻不願聘任她。當時美國排行前二十名的大學,沒有一家聘用女性物理學者,而她的亞裔中國人身分,更受歧視。連對吳健雄賞識有加、在柏克萊的風雲人物歐本海默和勞倫斯也莫可奈何,因此吳健雄只能到東部一個女子學院教了一年書,第二年才進入普林斯頓大學擔任講師。

科學家們大都相信,在自然界中,大自肉眼看得見的一般現象,小至原子內的微小世界,都具有左右對稱的對稱性,稱為「宇稱守恆」定律。

但其實,人體是左右對稱,花朵也是左右對稱,這些人人肉眼可見的現象,的確都符合左右對稱;但是人眼見不到的原子核內部,是不是也是左右對稱的呢?從來沒有人做實驗來檢驗它,大家卻不加懷疑地相信那是真的。如果有人想挑戰它,就會被認為是智識不清,或是睜眼說瞎話,會面臨其他人的質疑和訕笑。

不過,有兩位年輕的理論物理學家李政道和楊振寧,卻發現了一些端倪,決定對「宇稱守恆」發動革命。他們精於理論計算,卻苦於沒有實驗證據來支持「宇稱不守恆」的論點。於是,他們找了其他科學家討論,其中也包括吳健雄。不過這些人當中,有些人輕忽了這件事的重要性,有些則認為實驗難度太高,根本不可能辦到。只有吳健雄,經過仔細思索,看出這場實驗的重要價值與革命性影響,她邀集其他幾位各精所長的物理學家,一同進行密集的實驗。

吳健雄素以實驗設計精巧、仔細又準確聞名,做起實驗來,充滿狂熱又有鍥而不捨的拚勁。當時的物理學界流傳著一句話:「如果這個實驗是吳健雄做的,那麼,就一定是對的。」儘管障礙重重,而且不一定會開花結果,吳健雄仍然決定進行這場實驗。在美國華府國家標準局,密集進行了好幾個月。吳健雄除了做實驗,還得兼顧哥倫比亞大學講課的教職,所以經常往返於兩地之間。慢慢的,實驗的相關消息傳了開來,大家議論紛紛,多數人仍舊一面倒地認為,實驗根本不可能成功。

「如果實驗結果證明,宇稱真的不守恆的話,我就吃掉我的帽子!」1952年諾貝爾物理獎得主布洛克,當時曾經這樣尖刻地質疑。

「那是一個瘋狂的實驗,不需要浪費時間。」才氣橫溢的費曼博士也曾這麼批評。

「誰都知道,宇稱一定是守恆的。」當時人稱「偉大鮑利」的物理學大家鮑利也不客氣地說:「像吳健雄這麼好的一位實驗物理學家,應該去找些重要的事做,不應該在這種顯而易見的事情上浪費時間。」不但如此,他還在信上和其他物理學家打賭:不管賭注多大,宇稱一定是守恆的。

就在大家極度不看好,而且充滿質疑與調侃的氣氛中,吳健雄與合作的夥伴們還是夜以繼日的進行預定的實驗計畫。

聖誕節就在忙碌中悄然走遠了。1957年1月9日,半夜兩點,吳健雄和其他四位合作夥伴,在燈火通明的實驗室緊盯實驗數據,小心謹慎地對所有實驗過程與結果做最後的查證。直到確定無誤之後,才打開一瓶上好的法國紅酒,熱烈慶功。

「為這個科學歷史上的偉大時刻乾杯!」

「宇稱守恆定律,已經死了!」

雖然,「宇稱不守恆」對一般人來說難以理解,但在科學界就像浪潮撲岸一樣,席捲了全世界,它確實顛覆了當時物理科學的基本思想,但是到現在也還沒有什麼實際的應用價值。

這項實驗跌破大家眼鏡,就連吳健雄自己,心中也震撼不已。她在實驗中,親眼目睹電子傾向於左手旋的「不對稱」現象,內心澎湃洶湧,有半個月的時間幾乎無法入睡。

「這帶給我們什麼啟示呢?」

「為什麼老天爺要我來揭開這個奧祕呢?」

「這件事情給我們一個教訓,就是永遠不要把『不驗自明』的定律視為必然。」

隔年,楊振寧、李政道獲頒諾貝爾獎,成為史上首度得到諾貝爾獎的中國物理學家。吳健雄雖然沒有獲得諾貝爾獎,卻因此名揚四海,受邀到世界各地演說,所到之處盡是英雄式的熱烈歡迎。(上)

美國郵局發行的吳健雄紀念郵票。(張作錦.提供)
美國郵局發行的吳健雄紀念郵票。(張作錦.提供)

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