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吳健雄

2008-11-16

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吳健雄

  美籍華人,核物理學家,1912 年 5 月 31 日(陰歷 4 月 29 日)出生。原籍江蘇蘇州太倉瀏河,生于上海市閔行區。

  她出身于書香門第。父親吳仲裔在家鄉創辦了明德女子職業補習學校。由于父母提倡男女平等,吳健雄從小就能與其兄弟一樣讀書識字。在家鄉讀完小學, 1923 年考入蘇州市第二女子師范學校, 1927 年以優秀成績從師范學校畢業,任這一所小學教師。兩年后考入南京國立中央大學數學系,一年后轉入物理系, 1934 年獲得學士學位后,受聘到浙江大學任物理系助教,后進入中央研究院從事研究工作, 1936 年入美國加利福尼亞大學, 1940 年獲博士學位, 1942 年在美國與袁家騮博士結婚, 1944 年參加了“曼哈頓計劃”(研制原子彈), 1952 年任哥侖比亞大學副教授, 1958 年升為教授,同年,普林斯頓大學授予她名譽科學博士稱號,并當選為美國科學院院士, 1972 年起提任普林斯頓大學物理學教授直到 1980 年退休, 1975 年曾任美國物理學會第一任女性會長,同年獲得美國總統福特在白宮授予她的國家科學勛章,這是美國最高科學榮譽, 1978 年在以色列獲得沃爾夫獎,1982年受聘為南京大學、北京大學、中國科學技術大學等校的名譽教授,是中國科學院高能物理研究所學術委員會委員 ,1994年當選為中國科學院首批外籍院士。吳健雄以其卓越的貢獻贏得了崇高的榮譽。1958年普林斯頓大學授予她名譽科學博士稱號,這是該大學首次把這個榮譽學位授予一位女性。她還獲得其它15所大學的名譽學位。美國總統授予她1975年國家科學勛章。1978年她獲得國際性的沃爾夫基金會首次頒發的獎金。她受聘為南京大學、北京大學、中國科學技術大學等校的名譽教授,中國科學院高能物理研究所學術委員會委員。

  1997 年2月16日在紐約病逝,終年 85 歲。遵照她本人生前的愿望,吳健雄的骨灰安放在她的故鄉中國江蘇太倉瀏河鎮。紀念館建于母校東南大學校園內。

  1 . 1957 年用β衰變實驗證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒。

  1956 年之前,吳健雄已因在β衰變方面所作過的細致精密又多種多樣的實驗工作而為核物理學界所熟知。 1956 年李政道、楊振寧提出在β衰變過程中宇稱可能不守恒之后,吳健雄立即領導她的小組進行了一個實驗,在極低溫( 0.01K )下用強磁場把鈷 -60 原子核自旋方向極化(即使自旋幾乎都在同一方向),而觀察鈷 -60 原子核β衰變放出的電子的出射方向。他們發現絕大多數電子的出射方向都和鈷 -60 原子核的自旋方向相反。就是說,鈷 -60 原子核的自旋方向和它的β衰變的電子出射方向形成左手螺旋,而不形成右手螺旋。但如果宇稱守恒,則必須左右對稱,左右手螺旋兩種機會相等。因此,這個實驗結果證實了弱相互作用中的宇稱不守恒。由此,在個物理學界產生了極為深遠的影響。

  2 . 1963 年用實驗證明了核β衰變在矢量流守恒定律

  吳健雄對β變的一系列實驗工作,特別是 1963 年證明的核β衰變中矢量流守恒定律,是物理學史上第一次由實驗定實電磁相互作用與弱相互作用有密切關系,對后來電弱統一理論的題出起一重要作用。

  3 .在β衰變研究在的其他貢獻

  關于β衰變的研究對原子核物理和粒子物理的發展具有極重要的意義。吳健雄從事這一專門領域的研究多年,被公認為是這方面的權威。她與 S.A. 茲科夫斯基 (Moczkowski) 合著有《β衰變》一書;在 K. 西格邦 (Siegbahn) 所編《α - ,β - 和γ - 射線譜學》一書中,吳健雄也是關于β衰變和β相互作用部分的撰稿人。前面所述兩項主要學術成就實際上也都與β衰變研究直接有關,下面再就吳健雄在β衰變研究方面的學術成就作些補充。

  (1) 證實了β譜形狀的源效應,澄清了早期β衰變理論中的一些錯誤,支持了費米理論。

  (2) 對β衰變的各種躍遷,特別是禁戒躍遷的全部級次進行了系統的研究,豐富和完善了β衰變的理論。

  (3) 對雙β衰變的研究。 1970 年,吳健雄等報道了一次在美國克里夫蘭附近的一個 600 余米深的鹽礦井內進行的 48 Ca 雙β衰變則實驗。實驗選在深礦井內是為了盡量減少宇宙線的背景輻射。

  4 .關于量子力學的基本哲學方面的實驗

  1935 年愛因斯坦、波多爾斯基、羅森發表了一篇論文,對哥本哈根學派創立的量子力學描述的完備性提出了疑問,他們的看法可歸結為一個佯謬。由于對量子力學關于物理量可測度性及幾率概念的認識有不同看法,愛因斯坦始終認為應當有一種理想的、確定的、對物理實質有完備敘述的理論出現以代替目前的量子力學數學結構,因而導了后來有“隱變量理論”的出現,即認為量子力學中的“概率”乃是對某些目前未知的“隱變量”作某種平均的結果。因此,幾十年來有一些物理學家企圖尋覓這些“隱變量”以建立新的、完備的量子力學,但均未成功。而另一些物理學家則否認有這些“隱變量”存在,事實上已有人證明在希爾伯特的某些條件下,目前的量子力學的數學結構是不容隱變量存在的。

  吳健雄等早在 1950 年就發表了一篇關于“散射湮沒輻射的角關聯”的文章,實驗表明具有零角動量的正、負電子對湮沒后發出的兩個光量子,如狄拉克理論所預料,將互成直角而被極化,也證明正電子與負電子的宇稱相反,說明與目前的量子力學并無矛盾。 1975 年吳健雄等又發表了一篇題為“普頓散射的湮沒光子的角關聯以及隱變量”的文章,報道他們測得的在一很寬的散射角范圍內到達符合的康普頓散射光子的角分布,其結果與假設電子與正電子有相反的宇稱為前提而得到的標準的量子力學計算相符。 J.S. 貝爾 (Bell) 在 1964 年曾對任何局部隱變量理論所能預言的角分布取值圍作了限定,而吳健雄等所觀察到的角分布在假設通常的量子力學康普頓散射公式是正確的前提下并不符合貝爾的限定,這樣也就再次對局部隱變量理論作了否定,從而在更高程度上支持了量子力學的正統法則。

  5 .μ子、介子和反質子物理方面的實驗研究

  從 60 年代中期開始的 10 年間,吳健雄集中力量從事這一中、高能物理領域的實驗工作。發表了大量論文,有不少工作富有首創性和很高的學術價值。

  μ子物理方面的工作包括: Sn , Nd , W 等元素的μ子 X 射線的同位素移的測定; 209 Bi μ子 X 射線的磁偶極和電四極矩超精細相互作用的研究;近 10 種μ子原子中核γ射線的測定等。

  介子和反質子物理方面的工作主要是利用布魯克海文國家實驗室內的交變梯度同步加速器產生的強大的 K - ,Σ - 和 粒子流,以高分辨率 Ge(Li) 探測器為工具,用奇異原子方法準確地測定了這些粒子的質量和磁矩。

  6 .穆斯堡爾效應的測量及其應用方面的工作

  在 1958 年發現穆斯堡爾效應之后,吳健雄就開始對它進行深入研究。他們專門研制了一種閉環氦致冷器用于低溫穆斯堡爾效應研究,其溫度控范圍為 20 — 300K ,對于放射源或庫侖激發源均可使用。他們用庫侖激發后產生的穆斯堡爾效應,分別測量了鎢同位素 ( 182,184,186 W) 和鉿同位素 ( 176,178,180 Hf) 的第一激發 2 + 態中的電四極矩的比率,并與轉動模型所預期的結果作了比較。在 1978 年,他們進一步用一個 3 He/ 4 He 稀釋致冷器使穆斯堡爾測量得以在低至 0.03K 的溫度下進行,以研究氧高鐵血紅素的磁性質與弛豫特性,結果表明在約 0.13K 時該血紅素進行磁躍遷;利用這一裝量還在諸如收體溫術、弛豫效應、與溫度有關的超精細場的研究等方面進行了一些實驗,得出了許多有意義的結果。

  7 .其他實驗工作

  吳健雄在實驗核物理方面的研究工作涉及面廣。她尤其注意實驗技術的不斷改進,曾對多種核輻射測器的開發、改進做出了貢獻,例如薄窗蓋革計數器、某些塑料閃爍探測器、 Ge(Li) 半導體探測器等。至于所涉足的實驗工作,較早斯完成的有某些方射性同位索的分析,慢中子速度譜儀研究(多種材料),中子在正氫和仲氫中的散射以及核力范圍的探討,在氣體中形成電子偶素時電場影響的研究,延遲符合技術用于測 42 Ca 和 47 Sc 的激發態的壽命,中子與 3 He 的相互作用的研究,高能級發出的內轉換譜線的觀察、對正電子譜及正電子湮沒的研究等等。

  在浩渺的星空,有一顆小行星,它的名字叫“吳健雄星”,是1990年中國科學院紫金山天文臺以世界著名物理學家吳健雄的名字命名的。吳健雄女士以其對物理學的杰出貢獻,贏得了全世界的贊譽,也為自己贏得了“中國的居里夫人”的桂冠,并最終將自己的名字留在了永恒的星空。

  吳健雄出生于江蘇太倉,1929年她以最佳成績由蘇州女師畢業,并獲準保送進入東南大學前身中央大學。但按當時的規定,師范學生保送上大學需要先教書,服務一年。于是她進入私立中國公學任教并繼續學習。當時胡適在該校兼任校長并講授“清朝三百年思想史”課程。一次考試之后,胡適改完卷子興奮地對同在公學執教的楊鴻烈、馬君武說:“我從來沒有看到一個學生,對清朝三百年思想史闡述得這么透徹,我打了一個100分。”楊、馬二人聞言,也說班上有個學生總得一百分。三人分別把這個學生的名字寫了下來,拿出來一看,居然都是“吳健雄”。三位老師開懷大笑:“怪不得她能保送進中大呢!”

  1930年吳健雄進入中央大學,攻讀數學專業。吳健雄資質俊秀,學習游刃有余,在求知欲的驅動下,她翻閱了一些有關X光、電子、放射性、相對論等方面的書籍,沒想到一下子便被倫琴、貝克勒爾、居里夫婦、愛因斯坦等科學巨匠給深深地吸引住了。于是,她第二學年便申請轉到了物理學系。

  中大物理系有許多名師,有研究光學的系主任方光圻,有天文學家張鈺哲,有教電磁學的專家倪尚達,后來又來了一位教授近代物理的施士元。施士元在法國巴黎大學鐳研究所跟隨居里夫人做研究多年,是居里夫人為中國培養的惟一的博士。教學之余,他向同學們講述了居里夫人的種種逸事,這些都使得對居里夫人崇拜有加的吳健雄備感親切。那個時候,不管是在教室,還是宿舍和飯堂,吳健雄經常都會說到居里夫人如何如何,仿佛居里夫人是一位她所熟悉、景仰的長輩似的。“那時,居里夫人是吳健雄的典范”,數十年以后吳健雄的許多同學還都是眾口一詞地這么說。

  當時,中大的女學生宿舍在北極閣山下的石婆婆巷,是一片屬于教會的樓房,有東、西、南、北4座樓,房間有大有小,大的住6人,小的住3人,最小的只容1人。吳健雄住南樓,起初與人同住,后來為專心念書,便搬到南樓后面平房中的小屋中閉門讀書,很少參與娛樂活動,節假日也難得出去。她有位叔父在南京任職,星期天總是開車來校,想接侄女到郊外“換換腦筋”,可每次載走的總是她的同學。越是這樣,她叔父越是擔心她的身體,越是要拉她出去“透透空氣”,但總是很難說得動她。

  對于這一切,施士元都是看在眼里,喜在心上。

  就在吳健雄進入中大的第二個年頭,日寇在我國東北發動了“九·一八”事變;第三年,日寇又在上海挑起了“一·二八”事變。吳健雄是位很溫和的學生,但是在民族存亡的生死關頭,她在教室里再也坐不住了。1931年“九·一八”事變之后的12月,她冒雪參加了總統府門前的靜坐示威活動,逼得蔣介石不得不出來向學生作個交代。不久以后,吳健雄還成了大家公推的學生示威游行的領頭人。

  1934年,在施士元的精心指導下,吳健雄撰寫了一篇題為《證明布喇格定律》的優秀畢業論文。帶著師友的殷切厚望,她于1934年離開了母校,不久即赴美繼續深造。

  此后歷經數十年的艱苦奮斗,吳健雄為世界現代物理學發展作出了杰出的貢獻,她在博士在讀期間就參加了制造原子彈的“曼哈頓計劃”,解決了連鎖反應無法延續的重大難題,被人們稱為“原子彈之母”。她還驗證了著名的“弱相互作用下的宇稱不守恒”和“β衰變中矢量流守恒定律”,并先后獲得了各國政府及世界著名大學頒發的榮譽、學位和獎勵等,成為名副其實的“世界物理女王”。

  吳健雄先生逝世2年后,1999年,中共中央、國務院批準在其母校――東南大學校園內建造吳健雄紀念館。

  吳建雄紀念館建筑面積2129平方米,整體4層,地下一層。紀念館造型莊重樸實、簡潔對稱。紀念館不僅對吳建雄的生平業績進行了充分展示,而且陳列了由吳健雄家屬和美國哥倫比亞大學捐贈的大批遺物,包括她生前所獲得的獎章、獎狀、證書、聘書,有關文件、書籍,朋友及要人贈送的書畫、物品、日常生活用品等。

  主要榮譽

  1958年,當選中華民國中央研究院院士;當選為第一位華裔美國國家科學院院士。

  1975年,當選為第一位美國物理學會女會長。

  1975年,獲美國國家科學獎章。

  1978年,獲沃爾夫基金會首次頒發的沃爾夫獎。

  1986年,美國自由女神像建立一百周年慶典時,獲艾麗斯島榮譽獎。

  1986年,楊振寧、李政道、丁肇中和李遠哲四位諾貝爾獎得主發起在臺北創立吳健雄學術基金會。

  1990年,南京紫金山天文臺將國際編號為2752號的小行星被命名為“吳健雄星”。

  1991年,獲代表理工界最高榮譽的普平紀念獎章。

  1994年,當選為中國科學院外籍院士。

  中國設立“吳健雄物理獎”、“吳健雄袁家騮自然科學基金會”。南京大學、東南大學、明德中學先后設立“吳健雄獎學金”。1992年南京大學物理系建立“吳健雄圖書館”,東南大學建立“吳健雄實驗室”。1997年吳健雄逝世后,1998年“吳健雄墓園”在明德中學校內建成。明德學校建立“吳健雄科技樓”、“明德樓紀念館”。2002年,東南大學建立“吳健雄紀念館”。

  曾獲美國普林斯頓大學、耶魯大學、哈佛大學,中國南京大學、北京大學,中國科技大學,臺灣中央大學等16所大學榮譽博士學位。

  一生獲得眾多獎項,獎譽等身。被稱為:世界物理女王、原子彈之母、原子核物理的女王、中國居里夫人、物理科學的第一夫人、最偉大的實驗物理學家。

標簽: 吳健雄     

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