书城传记华人十大科学家:李政道
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第12章

谬误与真理只一步之遥,新理论的提出在物理学界反应不一。真金不怕烈火炼,在吴健雄女士的鼎力相助下,李政道和杨振宁提出的理论被证实。世界被震惊了。

美国物理学家杰里米?伯恩斯坦认为这是“战后整个物理学上最令人惊奇而激动的事”,“是科学史上的一个转折点”。

1.生产新生儿的阵痛:科学界反应不一

经过无数个日日夜夜的辛勤劳动,李政道和杨振宁关于弱相互作用宇称不守恒的分析工作于1956年5月底以前已大体完成,而整理后的文章则是在6月22日定稿的。按理说,文章已经定稿,李政道和杨振宁总该休息一下了,因为他们实在太累了,体重也下降了不少。

李政道和杨振宁的工作方式和身体状况,可真急坏了两位先生的夫人,她们只能给两位提供优良的工作环境和有营养的饭菜,无法使得沉浸在研究中的他们稍微放松工作。她们知道,李政道和杨振宁把工作视为生命,要他们在这项研究的关键时刻去休息几天,那是不可能的。为了消除谬误,使论文结论更正确,两位年轻人一点也不敢粗心大意。他们深深地明白,他们是在向传统挑战,是在冒被“反对”的汪洋大海淹没的巨大风险。为此,整整一个夏天,他们都没有休息,他们在不断地看资料和验算推理,为自己的论点寻找每一个证据。

1956年10月1日,在这一天出版的《物理评论》杂志上,李政道和杨振宁正式向世人提出了他们的研究结论,他们发表了题为《弱相互作用中宇称守恒的问题》的论文。这篇后来被物理界誉为“战后以来最激动人心的发现”的论文明确无误地指出:虽然在所有强相互作用中,宇称守恒的证据是强有力的,但在弱相互作用中,宇称守恒的证据却一个也找不到。因此,可以认为:在弱相互作用中宇称守恒定律也许根本就不成立。如果是这样,则“θ-τ之谜”就可以轻而易举地被解决。θ介子和τ介子原本就是一个粒子,即K介子。两位初出茅庐的年轻博士,勇敢地提出了他们的独到见解。但是,对他们的见解,物理学界的反应却极不一致。当时物理学界的大多数科学家认为,李政道和杨振宁的假设是非常大胆的,而弱相互作用下宇称不守恒这种可能性则是很小的。只有很少几位科学家支持这两位年轻人的研究结果。从总体上讲,大多数科学家对这两位年轻人的创新思维,是大不以为然的,认为这两位年轻人不是标新立异,就是哗众取宠。最典型的代表要数在20世纪最有名的理论物理学家之一瑞士苏黎世工学院的泡利教授了。

当泡利教授看到了李政道和杨振宁的文章后,他就给从前的助手、美国麻省理工学院的韦斯科夫写信说:我不相信上帝是一个无能的左撇子,我愿意出大价钱和人打赌,实验的电子角分布将是左右对称的。我看不出有任何逻辑上的理由说明镜像对称会和相互作用的强度有关系。加利福尼亚工学院的教授费曼倒是比较冷静和客观,他看到李政道和杨振宁的论文后,提出了自己对宇称守恒的看法:我认为这个概念不一定能兑现,但并不一定不可能,而且可能性还是很惊人的。普林斯顿高级研究所教授戴森看到李政道和杨振宁的论文后,也发表了自己的看法,他的表述是:李、杨论文的副本,我看了,而且看了两遍,是很仔细地看了两遍。我认为这是一个很有趣的问题,可是我太没有想象力了,我说不出诸如:天呀!如果这是真的话,那它就为物理学开辟了一个全新的分支。

李政道和杨振宁敢于向公认的金科玉律挑战,已做好了充分的思想准备。他们清楚地知道,要使真理大白于天下,必须要有可靠的实验证据。实际上,他们在论文中已慎重地补充说:因为目前我们关于奇异粒子的知识仍然很缺乏,所以上述论证是不能认真对待的,倒不如把它看做是考查宇称守恒问题的一个推动力。任何新生儿的诞生,都是伴随着剧烈的阵痛的。

2.理论需要实证:李政道和杨振宁的困扰

结论是提出来了,但“李一杨假设”究竟对不对呢?李政道和杨振宁清楚地知道,要揭示宇称守恒定律在弱相互作用下不能成立,仅仅依靠一篇论文是说服不了物理学界同仁的,如果没有无懈可击的实验来充分证明自己的假设成立,物理学界是不会承认的。正如蒋东明先生所说:李政道和杨振宁并没有打算就此罢休,他们决心不仅要呼唤人们离开将要倾倒的老屋,而且要招引人们走进新砌的殿堂;不仅要在坚冰上打个窟窿,而且要开足马力破冰快航;不仅要在荒滩上作星星点点的开垦,而且要在这原野里种植下桑竹千万棵。那么,怎样才能有令人信服、无懈可击的实验呢?李政道和杨振宁着实为这一难题困扰了一段时间。

李政道和杨振宁首先开始设想实验的基本方法及合理步骤。他们认为,这个实验最主要的是形成在弱相互作用条件下,记录下元素衰变粒子的出射方向分布是否真正成为镜对称。如果是镜对称,那么出射的电子沿母核的转动轴和逆转动轴两边飞出的粒子几乎应是相同的;如果不是镜对称,则对衰变母核观察时,对顺时针看和对逆时针看是两种情形。这个实验技术性要求很高,设备要好,特别是对主持实验者要求更为严格。那么,谁最合适做这个实验呢?论文已经公之于世,实验的方法、要求和具体步骤也已经设计好,但要找一个理想的实验者却是一件很不容易的事。

李政道和杨振宁为此又陷入了困扰之中。

李政道和杨振宁开始排查著名的实验物理学家,仔细地了解每位实验物理学家的个人情况,希望从中找到一位理想的实验主持者。功夫不负有心人,经过认真的排查和细致的了解,他们终于想到了一个理想的实验物理学家。这个理想的人物就是美籍华人、著名的实验物理学家吴健雄。

3.鼎力相助:实验物理学家吴健雄的魄力

吴健雄在50年代,已经以巧妙、娴熟和高度精确的物理实验本领闻名美国。她于1934年毕业于南京中文大学,1936年进入美国加利福尼亚大学学习,1940年获得博士学位,1942年与美籍华人袁家骝在美国结婚,1952年任职哥伦比亚大学副教授,1958年晋升为教授,同年当选为美国科学院院士,1972年起担任普宾讲座教授直到1980年退休,1975年曾任美国物理学会第一任女性会长。吴健雄对β衰变的一系列实验工作,特别是1963年证明的核β衰变中矢量流守恒定律,是物理学史上第一次由实验证实电磁相互作用与弱相互作用有密切关系,这对后来电弱统一理论的提出起了重要作用。吴健雄对粒子或辐射探测器的研制也有不少贡献。在1959年穆斯堡尔效应被发现之后.吴健雄就对它有深入的研究,其最重要的贡献为利用穆斯堡尔光谱法于生物学中大分子的结构的研究。在1950年以前,吴健雄已经做了一个关于量子力学的基本哲学的实验,被称为爱因斯坦一波多尔斯基一罗森实验或矛盾,结果证明了正电子与负电子的宇称相反,说明了与目前的量子力学并无矛盾。

1970年,她的实验小组对此作了进一步实验,在更高程度上支持量子力学的正统法则,再次否定隐变量理论。吴健雄以其为数众多的贡献而赢得了崇高的荣誉。

1958年,普林斯顿大学授予她名誉科学博士称号,这是普林斯顿大学第一次把这个荣誉学位授予一位女性。她还获得其他15所大学的名誉学位。美国总统授予她1975年国家科学勋章。

1978年,她获得国际性的沃尔夫基金会首次颁发的奖金。吴健雄还受聘为南京大学、北京大学、中国科学技术大学等校的名誉教授,中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

李政道和杨振宁的论文发表后,也引起了吴健雄教授的极大关注。尽管当时物理学界不少人对李政道和杨振宁的设想反应不一,或者说极不热情,但吴健雄认为,即使实验出现预料结果的可能性很小,也还是应该进行验证这一基本原理的实验。“丁零零,丁零零……”一天上午,吴健雄家的电话铃急促地响个不停。这个电话打来的真不是时候。吴健雄正在收拾行李,准备同她的丈夫、美国布鲁克海文国家实验室著名高能实验物理学家袁家骝教授一道赴日内瓦和远东等地进行巡回讲学。由于工作繁忙,多少个外出的机会都失去了,特别是两个人结婚以来几乎没有外出度过假。这次他们下定决心结伴远行,一来讲学了解外面信息,二来拜会老朋友,参观游览消遣散心。当她听到电话铃声,就有一种预感:这次结伴远行的计划临行可能又要告吹。吴健雄无奈地看着丈夫:“你说,接不接电话?”

袁家骝摊了一下手,说:“接吧,或许不是工作方面的事!”

吴健雄听到丈夫的话,就顺手拿起了电话听筒。“喂,是哪一位呀?”

“是吴大姐吗?我是李政道!”

“是政道呀,你有什么事?”

一听是李政道打来的电话,袁家骝立刻明白了,这一次恐怕真的难以结伴远行了,他无奈地坐在沙发上。

李政道一听是吴健雄大姐的声音,马上急促地说:“吴大姐,我知道你们要远行,可是我有件大事要请你帮忙,我马上就到你那里去!”

电话断了,吴健雄不自然地放下电话听筒,看着有点失望的丈夫,说:“看来我们的计划要取消了,真是对不起你。可是李政道和杨振宁需要帮忙呀!我们不帮助他们,谁来帮助他们呀?”

袁家骝多么想让劳累的妻子放松一下呀,但他还是理解地说:“健雄,没关系,机会还多。只是,我担心你的身体会吃不消。你一投入工作就没有白天和黑夜。”

吴健雄理解丈夫的苦心,也动感情地关照丈夫道:“这次远行,我又不能在你身边,你也要保重身体呀!实际上,你和我一样,一工作起来,什么都会忘记的!”