三位中國科學(xué)家與諾貝爾物理獎(jiǎng)的擦肩而過

1、發(fā)表于中學(xué)物理教學(xué)參考2008年11期三位中國科學(xué)家與諾貝爾物理獎(jiǎng)的擦肩而過河北省內(nèi)丘中學(xué) 侯建敏 1895年11月27日,一位飽經(jīng)風(fēng)霜的老人在巴黎寫下了薄薄的一頁紙。他逝世以后,他的家人在整理遺物時(shí)才發(fā)現(xiàn)了這頁紙，也就是這頁紙上的短短幾十行字,成就了如今在全球享有盛名的獎(jiǎng)項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)從1901年頒發(fā)第一屆以來已有100多年的歷史。我們中華民族有五千年的文明,有占全世界1/5的人口,至今沒有一位大陸的科學(xué)家獲此殊榮。難道我們中國人真的不行？不是的。其實(shí)在中國科學(xué)史上，單在物理學(xué)方面就曾有過三位物理學(xué)家作出了達(dá)到“諾貝爾物理獎(jiǎng)”水平的重大科研成果。遺憾的是，因種種原因都與諾貝爾物理獎(jiǎng)擦肩

2、而過，最后卻失之交臂。這三位物理學(xué)家分別是吳有訓(xùn)、趙忠堯、王淦昌。1、吳有訓(xùn)的伯樂難求吳有訓(xùn)（字正之）(18971977)，江西高安人，中國近代物理學(xué)奠基人，教育家。 1920年畢業(yè)于南京高等師范學(xué)校（今南京大學(xué)的前身）。1922年1月進(jìn)入芝加哥大學(xué)深造。正好在這兩年，康普頓以訪問學(xué)者身份在芝加哥大學(xué)從事研究和教學(xué)，吳有訓(xùn)就隨康普頓從事物理學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。1923年，他正式成為芝加哥大學(xué)教授，吳有訓(xùn)也正式成為他的研究生。所以幾乎從一開始，吳有訓(xùn)就和康普頓一起進(jìn)行 X射線問題的研究。1922年康普頓在研究X射線量子散射時(shí)他發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用單色X射線作射線源，對一些較輕的元素(如碳)進(jìn)行散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)元

3、素散射后的X射線的波長發(fā)生了一些微小的變化，從經(jīng)典物理學(xué)的角度看，這完全是一種異常現(xiàn)象?？灯疹D把這種現(xiàn)象以他的名字命名為“康普頓效應(yīng)”?？灯疹D對異?，F(xiàn)象選擇了量子論式的解釋，這就是他著名的X射線量子散射理論。但這個(gè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)并沒有立即獲得物理學(xué)界的廣泛承認(rèn)，一方面是因?yàn)檫@種效應(yīng)與經(jīng)典理論有很大的沖突，另一方面是康普頓所獲得的實(shí)驗(yàn)證據(jù)還不充分，使相當(dāng)多的物理學(xué)家不敢貿(mào)然相信，大家基本上采取了一種感興趣的觀望態(tài)度，都在等待著進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)事實(shí)?？茖W(xué)界對康普頓量子散射理論的懷疑，首先在于他所依據(jù)的基本實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上只有一種實(shí)驗(yàn)樣品，即石墨樣品。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)本身完全無懈可擊，但畢竟只使用了一種材料，這很難說

4、明效應(yīng)的普遍意義。作為康普頓學(xué)生的吳有訓(xùn)就把自己主攻方向定在了證實(shí)康普頓效應(yīng)的普遍適用性方面。他設(shè)計(jì)出了最佳的實(shí)驗(yàn)方案，陸續(xù)使用了15種不同的樣品材料進(jìn)行X射線的散射實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都與康普頓的理論相符合，從而形成了對此理論廣泛適用性的強(qiáng)有力證明。由于吳有訓(xùn)高超的實(shí)驗(yàn)技巧，使這些驗(yàn)證工作不管是在精密度還是可靠性方面，都無可挑剔。這些工作當(dāng)然得到了康普頓本人的極端重視和高度評價(jià)，他把吳有訓(xùn)所獲得的15種物質(zhì)X射線散射光譜與他自己的那張石墨散射譜，一并收入了他于1926年寫成的專著X射線與電子（這部著作于1935年再版時(shí)更名為X射線之理論與實(shí)驗(yàn)）中去，作為其量子散射理論的主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)?？灯疹D在書中這樣寫

5、道：“實(shí)驗(yàn)與理論的這種吻合并非出于偶然，圖-48(指吳有訓(xùn)的那張15種物質(zhì)X線散射光譜)的光譜就是證明；這是一張由吳有訓(xùn)博士所獲得的根據(jù)各種元素的散射得到的、與前述(指他本人的那張石墨散射光譜)相類似的光譜?！焙髞碓谠S多論及康普頓效應(yīng)的著作中都引用了吳有訓(xùn)的光譜。吳有訓(xùn)對康普頓效應(yīng)的重大貢獻(xiàn)就是用公認(rèn)的精確無誤的實(shí)驗(yàn)，消除了來自美國哈佛大學(xué)的著名X射線專家W.杜安尼及其助手G. L.克拉克對康普頓效應(yīng)的兩項(xiàng)質(zhì)疑。此外，吳有訓(xùn)在發(fā)展康普頓散射理論方面也有很重要的貢獻(xiàn)，這就是他用精確的實(shí)驗(yàn)，解決了康普頓散射光譜中變線與不變線之間的能量或強(qiáng)度的比率問題。這項(xiàng)工作當(dāng)即就得到了美國物理學(xué)界的關(guān)注和重視。

6、1925年11月，美國物理學(xué)會(huì)第135屆會(huì)議就定在吳有訓(xùn)所在的實(shí)驗(yàn)室召開。會(huì)上宣讀或交流的論文共有60篇，吳有訓(xùn)的論文排在第一位，他報(bào)告的題目是康普頓效應(yīng)中的變線與不變線之間能量的分布。這項(xiàng)工作被列為會(huì)議的重要議題， 文章后來發(fā)表于美國物理學(xué)評論上，是該雜志1926年2 月號的首篇論文。吳有訓(xùn)親身參與了發(fā)現(xiàn)和確立康普頓效應(yīng)中期以后的大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，1926年最終以“康普頓效應(yīng)”為題完成了自己的博士論文，并獲博士學(xué)位。在獲得博士學(xué)位后不久，吳有訓(xùn)打點(diǎn)行裝，婉言謝絕了康普頓的極力挽留，踏上了歸途。1927年康普頓因?yàn)椤翱灯疹D效應(yīng)”這項(xiàng)工作而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而對證明“康普頓效應(yīng)”正確性和發(fā)展“

7、康普頓效應(yīng)”作出主要貢獻(xiàn)的吳有訓(xùn)卻因?yàn)闆]有被人提名成為候選人，所以與諾貝爾物理獎(jiǎng)擦肩而過卻失之交臂。因?yàn)橹Z貝爾獎(jiǎng)候選人的提名權(quán)僅限于特別指定的人。這些人可分成兩類：有永久提名權(quán)的和每年特別甄選的。有永久提名權(quán)的，包括瑞典皇家科學(xué)院的瑞典籍院士和外籍院士、諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)和化學(xué)委員會(huì)的成員以及從前的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)或化學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人，及瑞典和其他北歐國家(丹麥、芬蘭和挪威)1900年以前成立的大學(xué)中的物理教授和化學(xué)教授們。當(dāng)時(shí)只有30歲的吳有訓(xùn)名氣又不是太大，并且已經(jīng)回到了祖國，所以根本沒有被“提名”，所以不可能評上。假如當(dāng)時(shí)有一個(gè)慧眼的“伯樂”將吳有訓(xùn)“提名”，他一定會(huì)與他的老師分享1927年諾

8、貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 康普頓作為一代物理學(xué)大師，他從來沒有忘記吳有訓(xùn)在這項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)中的重要貢獻(xiàn)，在自己的多種著作和多種場合都不斷地提到吳有訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)。他在自己的晚年，還很有感慨地特意說道：“吳有訓(xùn)是他平生最得意的兩個(gè)學(xué)生之一，（另一位學(xué)生是L. W.阿爾瓦萊茲，在吳有訓(xùn)之后十年獲得博士，于1968年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。）他本也該獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！?926年回國之后，在清華大學(xué)講授近代物理和普通物理學(xué)，他注重實(shí)驗(yàn)課，并指導(dǎo)許多屆學(xué)生的畢業(yè)論文工作。他不辭辛勞，誨人不倦，親自指導(dǎo)查閱文獻(xiàn)，制備實(shí)驗(yàn)裝置；以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)培養(yǎng)了許多優(yōu)秀學(xué)生。1958年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成立，他已多年擔(dān)任中國科學(xué)院副院長

9、，且年事已高，但仍親自講授大學(xué)的物理學(xué)課程，為培養(yǎng)人才盡心竭力。吳有訓(xùn)在科學(xué)事業(yè)領(lǐng)導(dǎo)工作中始終認(rèn)真負(fù)責(zé)，虛心聽取各方意見，擇善而從，贏得了同事們的敬愛。他有魄力，有遠(yuǎn)見，他畢生致力于中國的科學(xué)事業(yè)和教育事業(yè)。為中國科學(xué)事業(yè)和教育事業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。2、趙忠堯的蒙受冤屈趙忠堯（19021998），浙江諸暨縣人（今為諸暨市）。中國核物理、中子物理、加速器和宇宙線研究的先驅(qū)和啟蒙者，量子電動(dòng)力學(xué)的重要奠基人。年，他從國立東南大學(xué)（今南京大學(xué)的前身）畢業(yè)后，在清華大學(xué)任教。年，趙忠堯去美國加州理工學(xué)院深造， 師從著名物理學(xué)家密立根讀博士。年，趙忠堯在導(dǎo)師指導(dǎo)下，從事一項(xiàng)名為“硬伽馬射線通過物質(zhì)

10、時(shí)的吸收系數(shù)”的研究。他在做相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，硬伽馬射線通過鋁一類輕元素時(shí)發(fā)生的散射，完全符合已知的規(guī)律；可是通過鉛一類重元素時(shí)，卻出現(xiàn)了反常吸收。這一結(jié)果引起了他的注意，他把它寫成論文，發(fā)表在年月出版的美國國家科學(xué)院院報(bào)上。年月，他利用自己親手制造的儀器，從實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，伴隨著硬伽馬射線在重元素中的反常吸收，還存在著一種從未見過的特殊輻射。他通過精確測量這種特殊輻射的能量和輻射角分布，證實(shí)這種輻射是由質(zhì)量與電子相當(dāng)、卻帶有正電荷的粒子形成的。這種粒子就是英國物理學(xué)家狄拉克早在1928年從理論上就預(yù)言的正電子,而且科學(xué)家一直在尋找它。年月，趙忠堯在美國物理學(xué)評論上發(fā)表了他的這一重要發(fā)現(xiàn)。趙忠

11、堯無疑是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)正電子的人，同時(shí)也是第一個(gè)證實(shí)世界上有反物質(zhì)存在的人。并且他所做的實(shí)驗(yàn)，是人類歷史上第一次直接觀察到由正反物質(zhì)湮滅所發(fā)生的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)是空前的，具有劃時(shí)代的重大意義，所以趙忠堯的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界的轟動(dòng)。當(dāng)時(shí)很多人就預(yù)言他將會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但是，年瑞典皇家學(xué)會(huì)決定對發(fā)現(xiàn)正電子這項(xiàng)物理學(xué)史上的偉大成就頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，卻沒有授予趙忠堯，而是授予了在趙忠堯的實(shí)驗(yàn)啟發(fā)下，比趙忠堯晚兩年從宇宙線中觀測到正電子徑跡的美國物理學(xué)家安德遜。這到底是怎么回事呢？多少年來人們有著種種的議論和猜測，但始終沒有人能說清其中真正的原因。因此，它成了科技史上的一件公案。直到年，曾擔(dān)任諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

12、委員會(huì)主任的瑞典科學(xué)院院士愛克斯朋（.），才向李政道博士揭開了這個(gè)謎的謎底。原來當(dāng)年瑞典皇家學(xué)會(huì)曾經(jīng)鄭重考慮過授予趙忠堯諾貝爾獎(jiǎng)，沒想到當(dāng)時(shí)有一位在德國工作的女物理學(xué)家，在一篇文獻(xiàn)中報(bào)告她的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻和趙忠堯的觀察不同，并對趙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性提出了質(zhì)疑。這件事在瑞典皇家學(xué)會(huì)內(nèi)引起了爭論，為慎重起見，他們決定放棄原來的意見，不再授予趙忠堯諾貝爾獎(jiǎng)，而把它授予了趙忠堯的同學(xué)，同樣發(fā)現(xiàn)正電子的安德遜。幾年后，當(dāng)人們證實(shí)趙忠堯的實(shí)驗(yàn)和觀察是完全準(zhǔn)確的，而那位提出疑問的科學(xué)家由于設(shè)備靈敏度不夠而造成了錯(cuò)誤的觀察，但為時(shí)已晚矣。就這樣，趙忠堯蒙受了巨大的冤屈，導(dǎo)致已經(jīng)來到他身邊的諾貝爾獎(jiǎng)又擦肩而過，成為

13、諾貝爾獎(jiǎng)歷史上的一大遺憾。 安德遜在1983年出版的一本著作中也承認(rèn)：當(dāng)他的同學(xué)趙忠堯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來的時(shí)候，他正在趙忠堯的隔壁辦公室，當(dāng)時(shí)他就意識到趙忠堯的實(shí)驗(yàn)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。后來，愛克斯朋（.）院士在他的一篇文章中專門談到此事，肯定了趙忠堯的這一歷史功績,曾不無惋惜地說，這是一樁“很令人不安的、無法彌補(bǔ)的疏漏?！彼硎菊f：“世界欠中國一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)?！蹦贲w忠堯回國任清華大學(xué)物理系教授，在我國首次開設(shè)了核物理課，并主持籌建我國第一個(gè)核物理實(shí)驗(yàn)室?？谷諔?zhàn)爭爆發(fā)后，學(xué)校內(nèi)遷，趙忠堯在西南聯(lián)大和中央大學(xué)任教，其間培養(yǎng)一批日后為我國原子能事業(yè)作

14、出重大貢獻(xiàn)的科研人才。 抗戰(zhàn)勝利后，趙忠堯任中央大學(xué)物理系主任。他深感有必要在國內(nèi)建立一座較好的核物理實(shí)驗(yàn)室。年，他接受委托去美國采購儀器。由于國民黨發(fā)動(dòng)內(nèi)戰(zhàn)，趙忠堯被迫滯留在美國，先后在麻省理工學(xué)院和加州理工學(xué)院進(jìn)行核物理和宇宙線方面的研究。新中國成立以后，趙忠堯一心報(bào)效祖國，年沖破重重阻力毅然回國，參加中國科學(xué)院近代物理研究所（即中國科學(xué)院原子能研究所的前身）的創(chuàng)建工作。用回國時(shí)帶回來的加速器部件、儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，他先后于年和年建成了我國最早的七十萬伏和二百萬伏質(zhì)子靜電加速器，為我國核物理、加速器技術(shù)、真空技術(shù)和離子技術(shù)提供了研究的基礎(chǔ)。研究所又在趙忠堯的領(lǐng)導(dǎo)下，建立了核物理實(shí)驗(yàn)室，并領(lǐng)導(dǎo)

15、核物理研究。他為新中國核物理研究方面作出巨大的貢獻(xiàn)。3、王淦昌的生不逢時(shí)王淦昌（1907-1998），江蘇省常熟縣人，我國著名核物理學(xué)家，中國科學(xué)院院士。被譽(yù)為我國“兩彈之父”。1929年畢業(yè)于清華大學(xué)物理系。1930年赴德國柏林大學(xué)留學(xué)，師從著名的女物理學(xué)家邁特納（Lise Meitner）攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)德國是國際物理學(xué)的研究中心，許多世界知名的科學(xué)家，都聚集在這里開展核物理的各種研究。1930年，兩位德國人玻特和貝爾用一種放射性物質(zhì)放出的帶電粒子去轟擊輕金屬鈹時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種穿透力很強(qiáng)的射線發(fā)射出來。因?yàn)檫@種射線不帶電，許多科學(xué)家包括邁特納在內(nèi)，都認(rèn)為它是能量很大的（伽馬）光子。當(dāng)時(shí)作為

16、邁特納實(shí)驗(yàn)助手的王淦昌，對此卻有懷疑。因?yàn)樗ㄟ^計(jì)算知道，光子無論如何也不會(huì)有如此大的穿透力的。他建議用一種叫做“云霧室”的儀器，來研究和確定這種未知射線的性質(zhì)，但兩次都遭到邁特納的反對。后來，在1932年2月，一位青年學(xué)者查德威克在英國就是用“云霧室”重新作了上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)未知射線不是光子，而是一種中性粒子流，他給這種中性粒子起名叫中子。1935年查德威克因發(fā)現(xiàn)中子而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，而王淦昌卻因?qū)煹淖钄r，痛失一次獲獎(jiǎng)的機(jī)會(huì)?？谷諔?zhàn)爭期間，王淦昌正在浙江大學(xué)任教。因戰(zhàn)亂學(xué)校一再西遷，王淦昌過上了顛沛流離的生活，當(dāng)時(shí)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件都十分困難。然而即使在這樣的情況下，他卻一刻也沒有放棄對物理學(xué)

17、的研究。通過閱讀西方的學(xué)術(shù)刊物，他發(fā)現(xiàn)國外物理學(xué)家正在探索一種轉(zhuǎn)瞬即逝的基本粒子中微子。因方法失當(dāng)，所有俘獲中微子的實(shí)驗(yàn)都沒有成功。王淦昌是一個(gè)善于動(dòng)腦筋的人，他憑著自己豐富的知識和非凡的智慧，經(jīng)過反復(fù)思索，獨(dú)辟蹊徑地提出了一個(gè)用K電子俘獲中微子的實(shí)驗(yàn)方案。但是在當(dāng)時(shí)戰(zhàn)亂的中國，根本沒有條件去完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。無奈之下，他只好把它寫成論文關(guān)于探索中微子的一個(gè)建議，在1942年1月發(fā)表在美國權(quán)威雜志物理評論上。1947年王淦昌又在物理評論發(fā)表了建議探測中微子的幾種方法。不久，美國的物理學(xué)家阿倫看到后。就按照王淦昌提出的實(shí)驗(yàn)方法，做實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中微子的存在，并一舉獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。王淦昌又一次與諾貝爾獎(jiǎng)擦

18、肩而過。1960年王淦昌在前蘇聯(lián)杜布拉國家原子能研究所工作的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的帶負(fù)電超子 “反西格馬負(fù)超子”。當(dāng)時(shí)這是世界上第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的帶負(fù)電的超子，這一發(fā)現(xiàn)至今仍被列為杜布拉國家原子能研究所建所以來最重要的發(fā)現(xiàn)之一，這又是一項(xiàng)“諾貝爾獎(jiǎng)”級水平的重大科研成果?？上в捎诋?dāng)時(shí)正值中蘇兩國關(guān)系的惡化的特殊時(shí)期，王淦昌再次失去了一次沖擊諾貝爾獎(jiǎng)的機(jī)會(huì)。就這樣，王淦昌三次與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過。60年代初，二機(jī)部領(lǐng)導(dǎo)和他談話，調(diào)他參加原子彈的研制工作，他立即表示接受，要“以身許國”。 王淦昌院士懷著一顆強(qiáng)烈的愛國心，對國家任務(wù)始終懷著高度的歷史使命感和責(zé)任感。從此他隱姓埋名20年，放棄了多年從事

19、的基礎(chǔ)研究和大城市研究單位比較好的工作和生活條件，轉(zhuǎn)戰(zhàn)高原、戈壁，全心全意撲在國防尖端事業(yè)上，為突破兩彈建立了卓越的功勛。1964年他與蘇聯(lián)著名科學(xué)家巴索夫同時(shí)獨(dú)立地提出激光慣性約束核聚變的新概念。他是中國慣性約束核聚變研究的奠基者。積極促成建立了高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室并一直指導(dǎo)慣性約束核聚變的研究。積極指導(dǎo)原子能研究所開展電子束泵浦氟化氫激光器等的研究。1982年獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，1985年獲兩項(xiàng)國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。以上這幾個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)雖然由于種種原因不曾花落我國，但這三位大師的偉大成績和研究成果被永遠(yuǎn)的載入史冊。因?yàn)樗麄優(yōu)槿祟愇锢韺W(xué)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。美好的展望關(guān)于中國何時(shí)能夠獲諾貝爾獎(jiǎng)的問題，楊振寧先生做過估計(jì)。他說：“我覺得20年之內(nèi)，一定會(huì)有中國本土出來的諾貝爾獎(jiǎng)級的工作