那天夜裏,一位身材嬌小的中年東方女性,也擠在人群當中,獨自一人買票,坐上當晚開往紐約的最後一班火車,她的服裝行動舉止都沒有引起任何人的特別注意。
也許旅客們是應該注意到的,因為與他們同行的這位女士不僅是當時世界物理學界相當出名的一位實驗物理學家,而且她的這趟旅行,對於人類科學的曆史,也有著特別不同的意義。她這次帶回紐約的實驗結果,使得20世紀的物理學進展發生了革命性的大改變。這位女科學家就是吳健雄。
也許有人會知道,吳健雄很早便有“中國居裏夫人”的稱號。有些專家甚至認為,她對人類物理科學的貢獻比居裏夫人還大。
吳健雄是1936年到美國的。她在1940年獲得博士學位時,在科學研究上的見識和成就,已贏得美國最有盛名的大科學家奧本海默和勞倫斯等人的高度賞識,也正因如此,她居然以一個還未入美國籍的外國人身份,參加了美國最機密的造原子彈的“曼哈頓計劃”,而且對計劃作出極關鍵的貢獻。
事實上,吳健雄一生一直是潛心原子核物理的研究。在這一領域中,她有許多影響深遠的重大成就,她一生中得到了許多除諾貝爾獎之外的大獎,這些由世界一流學術組織和大學頒給的獎章和榮譽學位,可以寫成長長的一份記錄。此外她還打破美國普林斯頓大學百年傳統,在1958年成為頭一個獲得該校榮譽博士的女性,1975年她再一次打破美國物理學會一向由白種人男性擔任會長的傳統,成為該學會第一位女性會長。
由於在物理學上的傑出貢獻,加上對美國物理學界的深遠影響,吳健雄除了被譽為“中國居裏夫人”之外,在美國還享有“物理研究的第一女士”、“核子研究的女王”以及“世界最傑出的女性實驗物理學家”的稱譽。
吳健雄這次帶回紐約的實驗結果,使1957年成為中國人在人類近代科學進展曆史中,具有特殊意義的一年。就在這年,首次有兩位華裔科學家以革命性的深邃理論成就,得到了在世界科學上有至高地位的諾貝爾物理獎。這兩位物理學家就是目前在美國紐約州立大學石溪分校任教授的楊振寧博士和紐約哥倫比亞大學的教授李政道博士。他們對於長久以來科學家一直深信的一個科學觀念——宇稱守恒,提出了大膽而革命性的質疑。他們的質疑由於最先得到吳健雄實驗結果的明確證明,而成為物理學上的一個新觀點。他們兩人也因而得到諾貝爾獎的殊榮。
奇異的粒子
尋找物質的基本構成物,一直是西方科學的一個主流方向。西方科學由希臘時期起始,就有了物質是由原子構成的說法。最早“原子”這個詞,在希臘文中就是“不可分”的意思。這種原子是構成物質最小基本單元的觀念,到1911年英國科學家盧瑟福在曼徹斯特大學發現原子中還有原子核以前,一直是科學家深信不疑的。
接著科學家又發現,原子中還有帶正電的質子和帶負電的電子。起初人們以為,質子和電子都是在原子核裏麵,後來發現這個想法無法圓滿解釋一些問題。1932年,英國科學家查德威克發現了不帶電的中子,並且確定了在原子核裏麵隻有質子和中子,電子是環繞在原子核外做高速運動的。同一年,美國加州理工學院的科學家安德森,在探測來自太空的宇宙射線的儀器中,看到了一種新的粒子。這是人類從來沒有發現過的一種東西,一種“反物質”。
這個粒子是電子的反物質,叫做正電子或正子。前四種粒子即質子、中子、電子、正電子,加上愛因斯坦早在1905年提出以顆粒學說來解釋光的一些特性,而得出傳送光的粒子——光子,到1932年底,科學家已知的基本粒子,一共有了五種。
到了20世紀60年代,基本粒子的數目增加到幾十個之多,這種數目的多少,與科學家對“基本”的定義有關。現在粒子物理學家一般認為的基本粒子,有輕子、誇克和規範玻色子。輕子和誇克各由三個家族組成,規範玻色子則是傳送宇宙四種基本作用力的粒子。這種把輕子和誇克當做基本粒子,加上四種基本作用力來解釋物質現象的說法,物理學家稱之為標準模型。
太空中由於星球燃燒爆炸,會放出許多高能量的宇宙射線。自從1910年科學家首次在巴黎艾菲爾鐵塔上使用探測儀器得知這種宇宙射線存在的可能後,就開始在法國阿爾卑斯山、美國洛基山、南美安第斯山等高山以及高的建築物上來進行探測,甚至還利用氣球、飛機載著儀器升空,去探測這種射線。當時科學家用來在地上探測宇宙射線的儀器叫做“雲霧室”。“雲霧室”中的“雲霧狀物質”會在高能量宇宙射線經過的地方,變成帶電狀態而顯示出宇宙射線的軌跡來。安德森的正電子就是這樣發現的。有很長一段時間,宇宙射線是科學家獲得一些生命期限很短的新粒子的主要來源。但是,由於這些宇宙射線飛越遙遠距離,又受到地球大氣層和地球磁場的影響,數量和能量都不容易控製。因此利用宇宙射線來研究一些新粒子的特性,並不是十分方便和準確的辦法。