三位中國科學家與諾貝爾物理獎的擦肩而過

1、發(fā)表于中學物理教學參考2008年11期三位中國科學家與諾貝爾物理獎的擦肩而過河北省內丘中學 侯建敏 1895年11月27日,一位飽經(jīng)風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項諾貝爾獎。諾貝爾獎從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家獲此殊榮。難道我們中國人真的不行？不是的。其實在中國科學史上，單在物理學方面就曾有過三位物理學家作出了達到“諾貝爾物理獎”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擦肩

2、而過，最后卻失之交臂。這三位物理學家分別是吳有訓、趙忠堯、王淦昌。1、吳有訓的伯樂難求吳有訓（字正之）(18971977)，江西高安人，中國近代物理學奠基人，教育家。 1920年畢業(yè)于南京高等師范學校（今南京大學的前身）。1922年1月進入芝加哥大學深造。正好在這兩年，康普頓以訪問學者身份在芝加哥大學從事研究和教學，吳有訓就隨康普頓從事物理學的學習和研究。1923年，他正式成為芝加哥大學教授，吳有訓也正式成為他的研究生。所以幾乎從一開始，吳有訓就和康普頓一起進行 X射線問題的研究。1922年康普頓在研究X射線量子散射時他發(fā)現(xiàn)：當用單色X射線作射線源，對一些較輕的元素(如碳)進行散射實驗時，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)典物理學的角度看，這完全是一種異常現(xiàn)象。康普頓把這種現(xiàn)象以他的名字命名為“康普頓效應”。康普頓對異?，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。但這個發(fā)現(xiàn)當時并沒有立即獲得物理學界的廣泛承認，一方面是因為這種效應與經(jīng)典理論有很大的沖突，另一方面是康普頓所獲得的實驗證據(jù)還不充分，使相當多的物理學家不敢貿然相信，大家基本上采取了一種感興趣的觀望態(tài)度，都在等待著進一步的實驗事實。科學界對康普頓量子散射理論的懷疑，首先在于他所依據(jù)的基本實驗，實際上只有一種實驗樣品，即石墨樣品。雖然這個實驗本身完全無懈可擊，但畢竟只使用了一種材料，這很難說

4、明效應的普遍意義。作為康普頓學生的吳有訓就把自己主攻方向定在了證實康普頓效應的普遍適用性方面。他設計出了最佳的實驗方案，陸續(xù)使用了15種不同的樣品材料進行X射線的散射實驗，結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有力證明。由于吳有訓高超的實驗技巧，使這些驗證工作不管是在精密度還是可靠性方面，都無可挑剔。這些工作當然得到了康普頓本人的極端重視和高度評價，他把吳有訓所獲得的15種物質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年再版時更名為X射線之理論與實驗）中去，作為其量子散射理論的主要實驗證據(jù)。康普頓在書中這樣寫

5、道：“實驗與理論的這種吻合并非出于偶然，圖-48(指吳有訓的那張15種物質X線散射光譜)的光譜就是證明；這是一張由吳有訓博士所獲得的根據(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。”后來在許多論及康普頓效應的著作中都引用了吳有訓的光譜。吳有訓對康普頓效應的重大貢獻就是用公認的精確無誤的實驗，消除了來自美國哈佛大學的著名X射線專家W.杜安尼及其助手G. L.克拉克對康普頓效應的兩項質疑。此外，吳有訓在發(fā)展康普頓散射理論方面也有很重要的貢獻，這就是他用精確的實驗，解決了康普頓散射光譜中變線與不變線之間的能量或強度的比率問題。這項工作當即就得到了美國物理學界的關注和重視。

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

7、康普頓效應”作出主要貢獻的吳有訓卻因為沒有被人提名成為候選人，所以與諾貝爾物理獎擦肩而過卻失之交臂。因為諾貝爾獎候選人的提名權僅限于特別指定的人。這些人可分成兩類：有永久提名權的和每年特別甄選的。有永久提名權的，包括瑞典皇家科學院的瑞典籍院士和外籍院士、諾貝爾物理學委員會和化學委員會的成員以及從前的諾貝爾物理學獎或化學獎的獲獎人，及瑞典和其他北歐國家(丹麥、芬蘭和挪威)1900年以前成立的大學中的物理教授和化學教授們。當時只有30歲的吳有訓名氣又不是太大，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。假如當時有一個慧眼的“伯樂”將吳有訓“提名”，他一定會與他的老師分享1927年諾

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

9、，且年事已高，但仍親自講授大學的物理學課程，為培養(yǎng)人才盡心竭力。吳有訓在科學事業(yè)領導工作中始終認真負責，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，有遠見，他畢生致力于中國的科學事業(yè)和教育事業(yè)。為中國科學事業(yè)和教育事業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻。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和啟蒙者，量子電動力學的重要奠基人。年，他從國立東南大學（今南京大學的前身）畢業(yè)后，在清華大學任教。年，趙忠堯去美國加州理工學院深造， 師從著名物理學家密立根讀博士。年，趙忠堯在導師指導下，從事一項名為“硬伽馬射線通過物質

10、時的吸收系數(shù)”的研究。他在做相關實驗時發(fā)現(xiàn)，硬伽馬射線通過鋁一類輕元素時發(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，卻出現(xiàn)了反常吸收。這一結果引起了他的注意，他把它寫成論文，發(fā)表在年月出版的美國國家科學院院報上。年月，他利用自己親手制造的儀器，從實驗中進一步發(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，證實這種輻射是由質量與電子相當、卻帶有正電荷的粒子形成的。這種粒子就是英國物理學家狄拉克早在1928年從理論上就預言的正電子,而且科學家一直在尋找它。年月，趙忠堯在美國物理學評論上發(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發(fā)現(xiàn)正電子的人，同時也是第一個證實世界上有反物質存在的人。并且他所做的實驗，是人類歷史上第一次直接觀察到由正反物質湮滅所發(fā)生的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)是空前的，具有劃時代的重大意義，所以趙忠堯的發(fā)現(xiàn)引起了科學界的轟動。當時很多人就預言他將會獲得諾貝爾獎。但是，年瑞典皇家學會決定對發(fā)現(xiàn)正電子這項物理學史上的偉大成就頒發(fā)諾貝爾獎時，卻沒有授予趙忠堯，而是授予了在趙忠堯的實驗啟發(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，曾擔任諾貝爾物理學獎

12、委員會主任的瑞典科學院院士愛克斯朋（.），才向李政道博士揭開了這個謎的謎底。原來當年瑞典皇家學會曾經(jīng)鄭重考慮過授予趙忠堯諾貝爾獎，沒想到當時有一位在德國工作的女物理學家，在一篇文獻中報告她的實驗結果卻和趙忠堯的觀察不同，并對趙的實驗結果的正確性提出了質疑。這件事在瑞典皇家學會內引起了爭論，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，而把它授予了趙忠堯的同學，同樣發(fā)現(xiàn)正電子的安德遜。幾年后，當人們證實趙忠堯的實驗和觀察是完全準確的，而那位提出疑問的科學家由于設備靈敏度不夠而造成了錯誤的觀察，但為時已晚矣。就這樣，趙忠堯蒙受了巨大的冤屈，導致已經(jīng)來到他身邊的諾貝爾獎又擦肩而過，成為

13、諾貝爾獎歷史上的一大遺憾。 安德遜在1983年出版的一本著作中也承認：當他的同學趙忠堯的實驗結果出來的時候，他正在趙忠堯的隔壁辦公室，當時他就意識到趙忠堯的實驗結果已經(jīng)表明存在著一種人們尚未知道的新物質，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、無法彌補的疏漏?！彼硎菊f：“世界欠中國一個諾貝爾獎?！蹦贲w忠堯回國任清華大學物理系教授，在我國首次開設了核物理課，并主持籌建我國第一個核物理實驗室?？谷諔?zhàn)爭爆發(fā)后，學校內遷，趙忠堯在西南聯(lián)大和中央大學任教，其間培養(yǎng)一批日后為我國原子能事業(yè)作

14、出重大貢獻的科研人才。 抗戰(zhàn)勝利后，趙忠堯任中央大學物理系主任。他深感有必要在國內建立一座較好的核物理實驗室。年，他接受委托去美國采購儀器。由于國民黨發(fā)動內戰(zhàn)，趙忠堯被迫滯留在美國，先后在麻省理工學院和加州理工學院進行核物理和宇宙線方面的研究。新中國成立以后，趙忠堯一心報效祖國，年沖破重重阻力毅然回國，參加中國科學院近代物理研究所（即中國科學院原子能研究所的前身）的創(chuàng)建工作。用回國時帶回來的加速器部件、儀器和實驗設備，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子靜電加速器，為我國核物理、加速器技術、真空技術和離子技術提供了研究的基礎。研究所又在趙忠堯的領導下，建立了核物理實驗室，并領導

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。3、王淦昌的生不逢時王淦昌（1907-1998），江蘇省常熟縣人，我國著名核物理學家，中國科學院院士。被譽為我國“兩彈之父”。1929年畢業(yè)于清華大學物理系。1930年赴德國柏林大學留學，師從著名的女物理學家邁特納（Lise Meitner）攻讀博士學位。當時德國是國際物理學的研究中心，許多世界知名的科學家，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放出的帶電粒子去轟擊輕金屬鈹時，發(fā)現(xiàn)有一種穿透力很強的射線發(fā)射出來。因為這種射線不帶電，許多科學家包括邁特納在內，都認為它是能量很大的（伽馬）光子。當時作為

16、邁特納實驗助手的王淦昌，對此卻有懷疑。因為他通過計算知道，光子無論如何也不會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，但兩次都遭到邁特納的反對。后來，在1932年2月，一位青年學者查德威克在英國就是用“云霧室”重新作了上述實驗，結果證實未知射線不是光子，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，而王淦昌卻因導師的阻攔，痛失一次獲獎的機會。抗日戰(zhàn)爭期間，王淦昌正在浙江大學任教。因戰(zhàn)亂學校一再西遷，王淦昌過上了顛沛流離的生活，當時教學和實驗條件都十分困難。然而即使在這樣的情況下，他卻一刻也沒有放棄對物理學

17、的研究。通過閱讀西方的學術刊物，他發(fā)現(xiàn)國外物理學家正在探索一種轉瞬即逝的基本粒子中微子。因方法失當，所有俘獲中微子的實驗都沒有成功。王淦昌是一個善于動腦筋的人，他憑著自己豐富的知識和非凡的智慧，經(jīng)過反復思索，獨辟蹊徑地提出了一個用K電子俘獲中微子的實驗方案。但是在當時戰(zhàn)亂的中國，根本沒有條件去完成這個實驗。無奈之下，他只好把它寫成論文關于探索中微子的一個建議，在1942年1月發(fā)表在美國權威雜志物理評論上。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，美國的物理學家阿倫看到后。就按照王淦昌提出的實驗方法，做實驗證實了中微子的存在，并一舉獲得了諾貝爾獎。王淦昌又一次與諾貝爾獎擦

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候，發(fā)現(xiàn)了一個新的帶負電超子 “反西格馬負超子”。當時這是世界上第一個在實驗室發(fā)現(xiàn)的帶負電的超子，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“諾貝爾獎”級水平的重大科研成果。可惜由于當時正值中蘇兩國關系的惡化的特殊時期，王淦昌再次失去了一次沖擊諾貝爾獎的機會。就這樣，王淦昌三次與諾貝爾獎擦肩而過。60年代初，二機部領導和他談話，調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烈的愛國心，對國家任務始終懷著高度的歷史使命感和責任感。從此他隱姓埋名20年，放棄了多年從事

19、的基礎研究和大城市研究單位比較好的工作和生活條件，轉戰(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)著名科學家巴索夫同時獨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)合實驗室并一直指導慣性約束核聚變的研究。積極指導原子能研究所開展電子束泵浦氟化氫激光器等的研究。1982年獲國家自然科學獎一等獎，1985年獲兩項國家科技進步獎特等獎。以上這幾個諾貝爾獎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的載入史冊。因為他們?yōu)槿祟愇锢韺W的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻。美好的展望關于中國何時能夠獲諾貝爾獎的問題，楊振寧先生做過估計。他說：“我覺得20年之內，一定會有中國本土出來的諾貝爾獎級的工作