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王丹红写作手记:永远的吴健雄

知识分子  · ZhiHu-Article  · 科学  · 2021-02-21 14:51

2021年2月11日,美国邮政局发布永久性吴健雄纪念邮票


目 录

上篇

1. “风从哪里来”

2. 1956年罗切斯特会议 “θ-τ之谜”

3. 从二维标量 到 三维赝量

4. 李政道和杨振宁合作

5. 吴健雄 1956年5月6日

6. “用Co-60是健雄提出来的”

7. 西格邦1955年出版 《β 和伽马射线光谱学》

8. “吴实验”


下篇

9. “宇称是不守恒的,这句难懂的话像新福音一样传遍了全世界”

10. 证词:奥本海默 斯坦伯格 加温 莱德曼

11. “风到哪里去了?”


写作手记:

永远的吴健雄


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撰文|王丹红(《知识分子》专栏作者)

责编 | 陈晓雪


在华人世界,人们会更关注吴健雄应不应该共享诺贝尔奖,其实,这是一个开放问题,不同的人有不同的答案。更为重要的事情并不是吴健雄得不得诺贝尔奖,而是我们应该对吴健雄在现代物理学中的不朽贡献,尤其是她在宇称不守恒发现中真正作用有准确的认识,并且给予她应有的荣誉。


缘起

2019年12月一天的清晨,在家里的餐桌上,我偶然读到我先生刚收到的《美国物理学会新闻》。这期的头版有两篇文章介绍2019年度诺贝尔物理学奖和化学奖的获得者及其贡献。突然,一张亚裔女性的照片吸引了我,我一下认出这是华人物理学家吴健雄。1998年,在美国费城,我读到作家江才健刚出版不久的台湾版《物理科学第一夫人——吴健雄》。吴健雄给我留下了深刻印象,尽管我从未见过她。


2019年11月号美国物理学会新闻 APS NEWS


“吴健雄已于1997年去世,为什么她的照片20多年后还出现在美国物理学会的新闻上呢?”


细读文章,发现这是一篇美国物理学会评估 “物理探求项目”(APS Physics Quest program)实施十年的文章,该项目2019年度的聚焦人物是华裔美籍实验物理学家吴健雄。


在吴健雄逝世22年后,美国物理学会以她为主题鼓励初中生热爱物理学,这是一项崇高荣誉。这篇文章也提到吴健雄在宇称不守恒发现中的贡献被诺贝尔物理学奖忽略,为她鸣不平。


作为曾经连续十年深度报道诺贝尔科学奖项的科学记者,我对诺贝尔奖报道有职业性敏感。我想知道美国物理学界在1957年诺贝尔奖颁奖之后62年、吴健雄辞世22年后,为什么坚持认为吴健雄的贡献被忽略?她在宇称不守恒研究中的贡献究竟是主要的还是辅助性的?


带着这个深深的疑问,我查阅了相关的原始论文和文献资料,并且进行了对照分析。我惊诧地发现:


吴健雄不仅在宇称不守恒发现中领导和做出了公认的第一个关键性实验,而且,从1956年5月初开始,在李政道提问的启发下,她就积极参与并影响了宇称不守恒的研究,提供了有关这项研究的实验概念和方法,并将之实现。这才是六十多年来,直接参与和了解宇称不守恒发现工作的诸多物理学同行,坚持不懈地为她的贡献被忽略和误读鸣不平的真正原因。


经过半年多的研究,2020年8月初,我写出《吴健雄在宇称不守恒发现中的不朽贡献》。文章约3万字。文章交付编辑后,依然还有诸多问题萦绕在我脑海,比如:


理论物理学家、美国原子弹之父罗伯特·奥本海默是吴健雄、李政道和杨振宁的师长辈和同事,也是这一研究过程的见证者之一,他在1957年诺贝尔奖颁发之时,立即公开表示:宇称不守恒的发现有三个人的功劳最大,不可忽略吴健雄的贡献。


在奥本海默和更多亲历并见证了宇称不守恒发现的物理学家看来,吴健雄在宇称不守恒发现中的贡献关键而突出。但因为被诺贝尔奖遗漏,在中国公众和学术界,吴健雄受到的重视和关注远不如她的两位年轻同事李政道和杨振宁。


对此了解越多,我就越觉得有责任把这个故事写出来,并反思作为科学记者在报道和介绍科学家和他们的成就时,究竟缺失了些什么。


1997年7月,王丹红在哥伦比亚大学物理系普平(Pupin)大楼,大厅布告栏是吴健雄纪念会通知。摄影:王鸿飞


01 语焉不详的诺贝尔奖颁奖词


宇称不守恒的发现是1957年诺贝尔奖委员会颁奖的工作,但在诺贝尔奖委员会的颁奖词中,却只字未提及这项发现。


1957年诺贝尔物理学奖颁奖词:表彰杨振宁和李政道前一年 “对所谓宇称守恒原理的深刻探索,导致基本粒子领域的重大发现”:


The Nobel Prize in Physics 1957 was awarded jointly to Chen Ning Yang and Tsung-Dao (T.D.) Lee "for their penetrating investigation of the so-called parity laws which has led to important discoveries regarding the elementary particles."


这份颁奖词既未提及引导李杨深度探索宇称问题的“θ-τ之谜”,也未提及他们的理论假设所导致的基本粒子领域重大发现:宇称不守恒。


更有意思的是,1957年12月10日,在瑞典首都斯德哥尔摩举行的诺贝尔奖颁奖典礼上,诺贝尔物理学奖委员会委员克莱因(O.B. Klein)在颁奖演讲中,却明确说明当年诺贝尔物理学奖表彰的就是宇称不守恒的发现。他说:


今年的诺贝尔物理学奖颁发给李政道教授和杨振宁教授,是基于一些基本物理学原理,即所谓的 “宇称守恒” ——一条十分确定的自然定律:左右对称——在基本粒子及其反应中的应用。

......事实上,我们多数人都倾向于认为基本粒子对于右和左的对称,是自然界左右对称普遍法则的必须结果,感谢李和杨以及受他们启发而做出的实验发现,我们现在知道这是一个错误。


克莱因演讲说明,宇称不守恒的发现的确是当年诺贝尔奖表彰的贡献。


获奖理由和颁奖演讲的不一致,说明诺贝尔奖委员会在决定颁发当年诺贝尔物理学奖时的矛盾心情。而且,克莱因的这段陈述半真半假,在肯定李杨贡献的同时,却忽略了宇称不守恒发现中吴健雄的关键贡献。这正是我的文章希望回答的问题。


物理学是一门建立在实验基础上的科学,理论学家们“天花乱坠”的理论假设,原则上是建立在已观测到的未知现象上,并且需要经过进一步的实验验证,才能成为物理学定律。


宇称不守恒的发现也不例外,并成为1957年物理学的一个基础性、革命性成就。在这个发现过程中,理论物理学家和实验物理学家之间的亲密合作,才是宇称不守恒发现的真正故事。


02 宇称不守恒的关键思想和方法是怎么获得的?

左:杨振宁和李政道在普林斯顿高等研究所 60年代初;右:1963年,吴健雄实验中。图源美国史密斯博物馆档案


李政道和杨振宁获得诺贝尔奖的论文是1956年6月22日完成的论文,是一篇文献评论(Literature Review )。这篇论文的重要性在于:两人在文献研究中发现,没有证据证明弱作用中宇称是守恒的,因此提出对弱作用中宇称守恒的质疑,并建议了在弱作用中检验宇称守恒的两个可能实验。


如果我们只是简单阅读分别完成于1956年6月22日的李杨理论论文、1957年1月10日的吴健雄等实验论文,似乎可以得出这样的结论:吴健雄是根据李-杨论文中建议的实验方法,领导完成了一项高难度的实验,诺贝尔奖忽略她的贡献,可以理解。


但事实上,仔细阅读和研究这些论文中的具体内容,需要进一步追问:作为理论物理学家,李-杨论文中的实验思想和方法是怎么获得的?


原始论文和文献资料显示:论文中关键的实验思想和方法与吴健雄有关。


根据李政道和吴健雄的回忆,1956年5月初,在纽约哥伦比亚大学物理系大楼,李政道至少两次到吴健雄办公室。


第一次是5月6日之前,他问吴健雄:β衰变实验中有无宇称守恒的证明?吴健雄明确回答:没有,因为检测量用的是二维标量;李政道问:是否可以用三维赝标量测量?吴健雄说:可以。


从5月6日开始,吴健雄开始考虑在β衰变中测量宇称问题,因为她认为这是一个重要的物理学问题,她说:“虽然我感到宇称守恒定律是错误的可能性不大,但是我迫切要作一个明确的测试。”


这说明两个问题:第一、在李政道和吴健雄的第一次讨论中,吴健雄提出了用β 衰变检验宇称守恒的方法,而这是正是李-杨6月22日论文中建议的第一个实验思想;第二、吴健雄从5月6日开始考虑和积极准备做这个实验,因此,既不是李政道和杨振宁请吴健雄做的,也不是在李-杨6月22日完成论文后她才决定做的。这一点,诺贝尔物理学奖委员克莱因的颁奖演说与事实不符合。


5月中下旬,李政道第二次到吴健雄办公室请教β衰变的实验问题。吴健雄问:是否有人对这个实验提出建议?李政道说有人提出低温下极化原子核技术,吴健雄立即指出:最好用钴60作为β衰变放射源来检验宇称守恒问题,而不是用核反应器产生的极化核或极化中子束,并将西格邦1955年编辑出版的《β射线和γ射线谱学》借给李政道。


“用钴60作为β衰变放射源” 是李-杨论文中所建议的第一个实验方法的来源;《β射线和γ射线谱学》点亮了李-杨研究中的思路。


1982年,杨振宁在《获得诺贝尔奖的论文产生经过》中写道:(1956年)5月底写好了论文后,6月5日,他驱车带家人到麻省剑桥,在麻省理工学院作了一个报告:


我们的稿子讨论了β衰变的不对称性及



衰变的上-下不对称性作为弱作用中宇称守恒的可行检验手段这件事。在Shirley和 Al Wattenberg 为我们举行的聚会上,同AI简单地交换意见以后,我明白了,



衰变序列也可以作为一种检测手段。回到布鲁克海文,我把这一点写进了尚在打印的稿子中去。在校对清样时,我们又加上了



衰变序列。


这里杨振宁叙述的过程,发生在吴健雄和李政道讨论、李政道借《β射线和γ射线谱学》之后。


1957年12月11日,杨振宁在瑞典科学院诺贝尔奖演讲中说:


一旦明白了这一点,就容易懂得,哪种实验才能明确检验从未检验过的在弱相互作用下宇称守恒的假设。李政道博士和我在1956年夏提出了涉及β衰变,





及奇异粒子衰变的一系列实验。所有这些实验的基本原理全都一样:安排两套实验装置,它们互为镜像并且包含弱相互作用,然后检查这两套实验装置仪表上的读数是否总是相同。如果读数不同,就毫不含糊地证明左右对称性不成立。


这说明了李政道和吴健雄关于β衰变的讨论在设计相关实验中的关键作用。


1957年1月15日,基于吴健雄实验组的β衰变实验结果和加温实验组关于



实验结果,前哥伦亚大学物理系主任拉比在新闻发布会上宣布:宇称守恒被实验推翻。


1997年5月30日,李政道在北京大学举行的纪念吴健雄大会上发表演讲,谈到宇称不守恒的实验和发现,他说:“用钴60是健雄提出来的”。


诺贝尔委员会在 “宇称不守恒” 发现不过到一年的时间里,在缺乏对具体研究过程充分了解的情况下,匆忙颁奖,遗漏了吴健雄的贡献,令人遗憾。当获奖者消息一公布,立即引发了解这项研究具体过程的美国物理学同行的怀疑和异议,从1957年10月至今,有一些科学家不断地在为吴健雄鸣不平。


1957年诺贝尔奖遗漏吴健雄,或许不是诺贝尔奖委员会的过错,但诺贝尔奖委员会没有等待稍微长一点的时间才为此发现颁奖,应该才是主要问题。仓促地对学术和学术贡献进行评价,却缺少足够的鉴别,不正是科学界应该正视的问题吗?


03 风华正茂 黄金岁月

1957年,纽约,三位哥伦比亚大学学者:胡适、吴健雄、李政道


我见到李政道和杨振宁两位先生,是在他们的髦耋之年。2000年-2009年在北京做科学时报记者时,我参加过清华大学为庆祝杨振宁先生80岁生日举行的学术研究会,也参加过中国科学院在人民大会堂为庆祝李政道先生80岁生日举行的学术研讨会。我1998年读江才健著吴健雄传记时,她已经去世了。


他们三人都是德高望重的长者,但在当时的我看来,李杨显然更令人敬重,因为他们为中国人获得了第一个诺贝尔奖。


但是,我从未意识到,在开展宇称不守恒研究时,他们正处于风华正茂的黄金岁月。而且,吴健雄也是李政道和杨振宁的师长辈,在学术界受到的尊重从来并不亚于他们二人。


宇称不守恒的研究是在1956-1957年间进行的,当时,吴健雄44岁,李政道29岁,杨振宁34岁。我在给文章寻找配图时,努力找到他们当年的照片,回到当时的岁月。


04 渊源


2020年,我在对吴健雄的经历产生浓厚的兴趣后并寻找她在1957年宇称不守恒发现中的贡献,也得益于我在科学时报社十多年的工作经历和资料积累。2009年6月,当我准备随家人到美国时,我到报社社长刘洪海办公室辞行,在他的书柜里看见台湾版的江才健著《杨振宁传——规范与对称之美》,以及《宇称不守恒发现之争论解谜——李政道答《科学时报》记者杨虚杰问及有关资料》合订本,刘总看见我对这两本书有兴趣,就对我说:“丹红,如果你有兴趣,这两本书就送给你吧!它们在你手里更有用。”


我在科学时报社连续十年做了诺贝尔科学奖的深度报道,每年10月都会写三篇以上的报道:物理学奖、化学奖、生理或医学奖。出于对诺贝尔奖报道的职业性敏感,当我读到2019年11月美国物理学会月刊有关吴健雄的文章后,非常好奇为什么在1957年诺贝尔物理学奖领奖62年后,物理学同行还在为吴健雄鸣不平。


信息的电子化和网络化,让我更容易地搜索到1956-1957年间发表的原始论文,以及相关的文献资料。


在这些工作过程中,除了字面上的意思之外,我一开始并不懂得三维 “赝标量” 是宇称不守恒发现中的关键概念及其在物理学中的重要性。幸运的是,我的先生王鸿飞1991-1996年是哥伦比亚大学化学系的博士生,他长期研究非线性光谱学和手性问题。他告诉我,他在研究中最常用的概念和经常推导及处理实验数据所用到的就是三维 “赝标量”。他的讲解总算让我对宇称不守恒和自然界中普遍存在的手性及不对称现象之间的联系有了一定的认识。他还告诉我,他的博士导师的博士后导师跟杨振宁先生同时在 Edward Teller 的研究组做理论研究工作。他1996年还跟吴健雄夫妇合过影。


1996年8月6日,中国驻纽约总领事馆为吴健雄荣获中国科学院外籍院士举行院士证书颁发仪式暨招待会,图为吴健雄(左二)、袁家骝(左三)和哥伦比亚大学物理系和化学系的博士生们合影 (照片提供:王鸿飞)


05 铭记


美国东部时间2021年2月11日,正值中国农历新年正月初一,美国邮政局举行永久性吴健雄纪念邮票发布仪式,吴健雄的孙女婕达(Jada Yuan)在视频中说,祖母喜欢写信,她会喜欢看见这枚邮票。旅美作家姚蜀平提供了吴健雄分别于1982年1983年给她的两封信,愿与读者分享。


吴健雄1982年和1983年到姚蜀平的两封信。姚蜀平提供。


写完吴健雄的文章,我意识到我研究吴健雄参加宇称不守恒发现的过程,类似于当年李政道、杨振宁质疑弱作用中宇称守恒问题时的思路。杨振宁1957年12月11日在诺贝尔奖颁奖礼的演讲中说:


“在并没有实验支持的情况下,长期以来,人们并竟错误地相信弱相互作用中宇称守恒,这个事实本身就是令人吃惊的。然而,更令人吃惊的是,物理学家如此充分了解的一个空间时间对称定律可能面临破产。我们并不喜欢这种可能。我们是由于试图理解θ-τ之谜的各种努力都遭到挫折,而被迫考虑这种可能。”


如果没有对具体研究过程进行分析,只是根据李政道和杨振宁1956年10月1日发表的论文,以及吴健雄等1957年2月15日发表的论文,从表面上很容易得出结论认为,吴健雄是根据李-杨论文中提出的实验思想和设计,通过合作研究第一个做出的宇称不守恒实验。然而,这个看似自然而然的结论并不成立。事实上,吴健雄不仅在李杨的研究过程中提供了必要的实验思想和方法,并且独立设计和领导了推翻宇称守恒的第一个实验,而这些都有据可查。


1957年诺贝尔物理学奖忽略吴健雄的贡献,是一大遗憾,但在长达近70多年时间里,吴健雄在美国的物理学同行、同事,一直公开肯定、表彰她在宇称不守恒发现中的不朽贡献,她在同行中获得的尊重和热爱,也是她的幸运。正如她1989年1月1日致信斯坦伯格中所表达的:


“像你这样一位近代物理的伟大批评者,所给予我这样一个罕见的称赞,是比任何我所期望或重视的科学奖,还要更有价值。”


(第十八稿 2021年2月16日星期一 11:35AM)


参考文献

[1]李政道: 吴健雄和宇称不守恒实验 2015.12.09. 赛先生

[2]江才健 著 《物理科学的第一夫人》 复旦大学出版社 1997.3

[3]季承 柳怀祖 滕丽 编 《宇称不守恒发现之争论解谜 – 李政道答《科学时报》记者杨虚杰问及有关资料》 2003.4

[4]江才健 著 《规范与对称之美——杨振宁 传》 台湾天下远见出版股分有限公司 2002.10

[5]《杨振宁文集 传记 演讲 随笔》 华东师范大学出版社 1998.4

[6]National Medal of Scienct Chien-Shiung Wu (1912-1997) nsf.gov/news/special_re

[7]Massive Science: Meet Chien-Shiung Wu, the nuclear physicist who developed revolutionary experiments

massivesci.com/articles

results.

[8]National Woment's Hall of Fame Chien-Shiung Wu:

womenofthehall.org/indu

[9]科学春秋:李政道杨振宁遭遇冷处理:60年前中国人第一次获诺奖

mp.weixin.qq.com/s/E4kK 1/35

[10]Oral History Program Ernest Amber interview Karma Beal July 7, 1988

[11]Thirty Years Since Parity Nonconservation ---- A Symposium for T.D.Lee Edited by Robert Novick Boston: Basel: Birkhauser 1988

[12]Magdolna Hargittai: Credit where credit’s due? 13 Sep 2012 Physics World

[13]Chen-Ning Yang: Weighing in on Wu’s legacy Dec 2012 Physics World

[14]CNN:Postal service honors Japanese American vets and a Chinese American scientist with new stamps cnn.com/2020/12/08/us/p

[15]1. National news Nov. 17, 2020 Hello, 2021

[16]U.S. Postal Service Announces Upcoming

Stampsabout.usps.com/newsroom

[17]Physics: CHIEN-SHIUNG WU FEATURED ON USPS FOREVER STAMP

[18]USPS: National News: Nuclear Physicist Chien-Shiung Wu to be Honored on a U.S. Postal Service Commemorative Forever Stampabout.usps.com/newsroom

[19]USPS: Chien-Shiung Wu Commemorative Forever® Stamp about.usps.com/newsroom


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