三位中国科学家与诺贝尔物理奖的擦肩而过模板

发表于《中学物理教学参考》2008年11期 三位中国科学家与诺贝尔物理奖的擦肩而过 河北省内丘中学    侯建敏    1895年11月27日,一位饱经风霜的老人在巴黎写下了薄薄的一页纸。他逝世以后,他的家人在整理遗物时才发现了这页纸，也就是这页纸上的短短几十行字,成就了如今在全球享有盛名的奖项——诺贝尔奖。诺贝尔奖从1901年颁发第一届以来已有100多年的历史。我们中华民族有五千年的文明,有占全世界1/5的人口,至今没有一位大陆的科学家获此殊荣。难道我们中国人真的不行？不是的。其实在中国科学史上，单在物理学方面就曾有过三位物理学家作出了达到“诺贝尔物理奖”水平的重大科研成果。遗憾的是，因种种原因都与诺贝尔物理奖擦肩而过，最后却失之交臂。这三位物理学家分别是吴有训、赵忠尧、王淦昌。 1、吴有训的伯乐难求 吴有训（字正之）(1897～1977)，江西高安人，中国近代物理学奠基人，教育家。 1920年毕业于南京高等师范学校（今南京大学的前身）。1922年1月进入芝加哥大学深造。正好在这两年，康普顿以访问学者身份在芝加哥大学从事研究和教学，吴有训就随康普顿从事物理学的学习和研究。1923年，他正式成为芝加哥大学教授，吴有训也正式成为他的研究生。所以几乎从一开始，吴有训就和康普顿一起进行 X射线问题的研究。1922年康普顿在研究X射线量子散射时他发现：当用单色X射线作射线源，对一些较轻的元素(如碳)进行散射实验时，经元素散射后的X射线的波长发生了一些微小的变化，从经典物理学的角度看，这完全是一种异常现象。康普顿把这种现象以他的名字命名为“康普顿效应”。康普顿对异常现象选择了量子论式的解释，这就是他著名的X射线量子散射理论。 但这个发现当时并没有立即获得物理学界的广泛承认，一方面是因为这种效应与经典理论有很大的冲突，另一方面是康普顿所获得的实验证据还不充分，使相当多的物理学家不敢贸然相信，大家基本上采取了一种感兴趣的观望态度，都在等待着进一步的实验事实。　科学界对康普顿量子散射理论的怀疑，首先在于他所依据的基本实验，实际上只有一种实验样品，即石墨样品。虽然这个实验本身完全无懈可击，但毕竟只使用了一种，这很难说明效应的普遍意义。 作为康普顿学生的吴有训就把自己主攻方向定在了证实康普顿效应的普遍适用性方面。他设计出了最佳的实验，陆续使用了15种不同的样品材料进行X射线的散射实验，结果都与康普顿的理论相符合，从而形成了对此理论广泛适用性的强有力证明。由于吴有训高超的实验技巧，使这些验证工作不管是在精密度还是可靠性方面，都无可挑剔。这些工作当然得到了康普顿本人的极端重视和高度评价，他把吴有训所获得的15种物质X射线散射光谱与他自己的那张石墨散射谱，一并收入了他于1926年写成的专著《X射线与电子》（这部著作于1935年再版时更名为《X射线之理论与实验》）中去，作为其量子散射理论的主要实验证据。康普顿在书中这样写道：“实验与理论的这种吻合并非出于偶然，图Ⅲ-48(指吴有训的那张15种物质X线散射光谱)的光谱就是证明；这是一张由吴有训博士所获得的根据各种元素的散射得到的、与前述(指他本人的那张石墨散射光谱)相类似的光谱。”后来在许多论及康普顿效应的著作中都引用了吴有训的光谱。 吴有训对康普顿效应的重大贡献就是用公认的精确无误的实验，消除了来自美国哈佛大学的著名X射线专家W.杜安尼及其助手G. L.克拉克对康普顿效应的两项质疑。此外，吴有训在发展康普顿散射理论方面也有很重要的贡献，这就是他用精确的实验，解决了康普顿散射光谱中变线与不变线之间的能量或强度的比率问题。这项工作当即就得到了美国物理学界的关注和重视。1925年11月，美国物理学会第135届会议就定在吴有训所在的实验室召开。会上宣读或交流的共有60篇，吴有训的论文排在第一位，他报告的题目是《康普顿效应中的变线与不变线之间能量的分布》。这项工作被列为会议的重要议题， 文章后来发表于美国《物理学评论》上，是该杂志1926年2 月号的首篇论文。 吴有训亲身参与了发现和确立康普顿效应中期以后的大量实验验证工作，1926年最终以“康普顿效应”为题完成了自己的博士论文，并获博士学位。在获得博士学位后不久，吴有训打点行装，婉言谢绝了康普顿的极力挽留，踏上了归途。 1927年康普顿因为“康普顿效应”这项工作而获得诺贝尔物理学奖。而对证明“康普顿效应”正确性和发展“康普顿效应”作出主要贡献的吴有训却因为没有被人提名成为候选人，所以与诺贝尔物理奖擦肩而过却失之交臂。因为诺贝尔奖候选人的提名权仅限于特别指定的人。这些人可分成两类：有永久提名权的和每年特别甄选的。有永久提名权的，包括瑞典皇家科学院的瑞典籍院士和外籍院士、诺贝尔物理学委员会和化学委员会的成员以及从前的诺贝尔物理学奖或化学奖的获奖人，及瑞典和其他北欧国家(丹麦、芬兰和挪威)1900年以前成立的大学中的物理教授和化学教授们。当时只有30岁的吴有训名气又不是太大，并且已经回到了祖国，所以根本没有被“提名”，所以不可能评上。假如当时有一个慧眼的“伯乐”将吴有训“提名”，　他一定会与他的老师分享1927年诺贝尔物理学奖。 康普顿作为一代物理学大师，他从来没有忘记吴有训在这项伟大发现中的重要贡献，在自己的多种著作和多种场合都不断地提到吴有训的实验。他在自己的晚年，还很有感慨地特意说道：“吴有训是他平生最得意的两个学生之一，（另一位学生是L. W.阿尔瓦莱兹，在吴有训之后十年获得博士，于1968年获得诺贝尔物理学奖。）他本也该获得诺贝尔物理学奖。” 1926年回国之后，在清华大学讲授近代物理和普通物理学，他注重实验课，并指导许多届学生的毕业论文工作。他不辞辛劳，诲人不倦，亲自指导查阅文献，制备实验装置；以严谨求实的科学作风培养了许多优秀学生。 1958年中国科学技术大学成立，他已多年担任中国科学院副院长，且年事已高，但仍亲自讲授大学的物理学课程，为培养人才尽心竭力。吴有训在科学事业领导工作中始终认真负责，虚心听取各方意见，择善而从，赢得了同事们的敬爱。他有魄力，有远见，他毕生致力于中国的科学事业和教育事业。为中国科学事业和教育事业的发展作出了巨大的贡献。 2、赵忠尧的蒙受冤屈 赵忠尧（1902～1998），浙江诸暨县人（今为诸暨市）。中国核物理、中子物理、加速器和宇宙线研究的先驱和启蒙者，量子电动力学的重要奠基人。１９２５年，他从国立东南大学（今南京大学的前身）毕业后，在清华大学任教。１９２７年，赵忠尧去美国加州理工学院深造， 师从著名物理学家密立根读博士。１９２９年，赵忠尧在导师指导下，从事一项名为“硬伽马射线通过物质时的吸收系数”的研究。他在做相关实验时发现，硬伽马射线通过铝一类轻元素时发生的散射，完全符合已知的规律；可是通过铅一类重元素时，却出现了反常吸收。这一结果引起了他的注意，他把它写成论文，发表在１９３０年５月出版的美国《国家科学院院报》上。１９３０年９月，他利用自己亲手制造的仪器，从实验中进一步发现，伴随着硬伽马射线在重元素中的反常吸收，还存在着一种从未见过的特殊辐射。他通过精确测量这种特殊辐射的能量和辐射角分布，证实这种辐射是由质量与电子相当、却带有正电荷的粒子形成的。这种粒子就是英国物理学家狄拉克早在1928年从理论上就预言的正电子,而且科学家一直在寻找它。１９３０年１０月，赵忠尧在美国《物理学评论》上发表了他的这一重要发现。赵忠尧无疑是世界上第一个发现正电子的人，同时也是第一个证实世界上有反物质存在的人。并且他所做的实验，是人类历史上第一次直接观察到由正反物质湮灭所发生的现象。 这一发现是空前的，具有划时代的重大意义，所以赵忠尧的发现引起了科学界的轰动。当时很多人就预言他将会获得诺贝尔奖。但是，１９３６年瑞典皇家学会决定对发现正电子这项物理学史上的伟大成就颁发诺贝尔奖时，却没有授予赵忠尧，而是授予了在赵忠尧的实验启发下，比赵忠尧晚两年从宇宙线中观测到正电子径迹的美国物理学家安德逊。这到底是怎么回事呢？多少年来人们有着种种的议论和猜测，但始终没有人能说清其中真正的原因。因此，它成了科技史上的一件公案。 直到２０００年，曾担任诺贝尔物理学奖委员会主任的瑞典科学院院士爱克斯朋（Ｇ.Ｅｋｓｐｏｎｇ），才向李政道博士揭开了这个谜的谜底。原来当年瑞典皇家学会曾经郑重考虑过授予赵忠尧诺贝尔奖，没想到当时有一位在德国工作的女物理学家，在一篇文献中报告她的实验结果却和赵忠尧的观察不同，并对赵的实验结果的正确性提出了质疑。这件事在瑞典皇家学会内引起了争论，为慎重起见，他们决定放弃原来的意见，不再授予赵忠尧诺贝尔奖，而把它授予了赵忠尧的同学，同样发现正电子的安德逊。几年后，当人们证实赵忠尧的实验和观察是完全准确的，而那位提出疑问的科学家由于设备灵敏度不够而造成了错误的观察，但为时已晚矣。就这样，赵忠尧蒙受了巨大的冤屈，导致已经来到他身边的诺贝尔奖又擦肩而过，成为诺贝尔奖历史上的一大遗憾。          安德逊在1983年出版的一本著作中也承认：当他的同学赵忠尧的实验结果出来的时候，他正在赵忠尧的隔壁办公室，当时他就意识到赵忠尧的实验结果已经表明存在着一种人们尚未知道的新物质，他的研究是受赵忠尧的启发才做的。后来，爱克斯朋（Ｇ.Ｅｋｓｐｏｎｇ）院士在他的一篇文章中专门谈到此事，肯定了赵忠尧的这一历史功绩,曾不无惋惜地说，这是一桩“很令人不安的、无法弥补的疏漏。”他表示说：“世界欠中国一个诺贝尔奖。” １９３７年赵忠尧回国任清华大学物理系教授，在我国首次开设了核物理课，并主持筹建我国第一个核物理实验室。抗日战争爆发后，学校内迁，赵忠尧在西南联大和中央大学任教，其间培养一批日后为我国原子能事业作出重大贡献的科研人才。 抗战胜利后，赵忠尧任中央大学物理系主任。他深感有必要在国内建立一座较好的核物理实验室。１９４６年，他接受委托去美国采购仪器。由于国民党发动内战，赵忠尧被迫滞留在美国，先后在麻省理工学院和加州理工学院进行核物理和宇宙线方面的研究。 新中国成立以后，赵忠尧一心报效祖国，１９５０年冲破重重阻力毅然回国，参加中国科学院近代物理研究所（即中国科学院原子能研究所的前身）的创建工作。用回国时带回来的加速器部件、仪器和实验设备，他先后于１９５５年和１９５８年建成了我国最早的七十万伏和二百万伏质子静电加速器，为我国核物理、加速器技术、真空技术和离子技术提供了研究的基础。研究所又在赵忠尧的领导下，建立了核物理实验室，并领导核物理研究。他为新中国核物理研究方面作出巨大的贡献。 3、王淦昌的生不逢时 王淦昌（1907-1998），江苏省常熟县人，我国著名核物理学家，中国科学院院士。被誉为我国“两弹之父”。1929年毕业于清华大学物理系。1930年赴德国柏林大学留学，师从著名的女物理学家迈特纳（Lise Meitner）攻读博士学位。当时德国是国际物理学的研究中心，许多世界知名的科学家，都聚集在这里开展核物理的各种研究。1930年，两位德国人玻特和贝尔用一种放射性物质放出的带电粒子去轰击轻金属铍时，发现有一种穿透力很强的射线发射出来。因为这种射线不带电，许多科学家包括迈特纳在内，都认为它是能量很大的γ（伽马）光子。当时作为迈特纳实验助手的王淦昌，对此却有怀疑。因为他通过计算知道，γ光子无论如何也不会有如此大的穿透力的。他建议用一种叫做“云雾室”的仪器，来研究和确定这种未知射线的性质，但两次都遭到迈特纳的反对。后来，在1932年2月，一位青年学者查德威克在英国就是用“云雾室”重新作了上述实验，结果证实未知射线不是γ光子，而是一种中性粒子流，他给这种中性粒子起名叫中子。1935年查德威克因发现中子而获得诺贝尔奖，而王淦昌却因导师的阻拦，痛失一次获奖的机会。