吴健雄在哥伦比亚大学的同事、诺贝尔奖得主斯坦伯格认为,吴健雄没有和杨振宁、李政道一同得奖,是瑞典诺贝尔委员会的最大败笔。吴健雄虽然没有获得诺贝尔奖,但她的成就获得了广泛的认可,在1972年被哥伦比亚大学聘为普宾讲座教授,并被誉为“物理科学的第一夫人”。
吴健雄对宇称不守恒的关键性贡献
1912年,吴健雄出生于江苏省苏州市的太仓县浏河镇。她的父母给她取名“健雄”,意在激励她取得不亚于男性的成就。而她也确实做到了这一点。
1923年,11岁的吴健雄凭借优秀的成绩考入了苏州第二女子师范。她后来从南京中央大学的数学系转入了物理系,展现出了卓越的才华。在跟随施士元教授学习时,她便表现出过人的才能,最终在大学期间成功发表了《证明布喇格定律》的论文。1936年,吴健雄前往美国加州大学伯克利分校深造。
1944年,吴健雄加入了美国的“曼哈顿计划”,成为美国原子弹研制项目中的重要一员,成为世界顶尖的女性实验物理学家。然而,尽管她做出了巨大贡献,她仍然面临性别歧视。在她的努力下,1945年她证实了杨振宁和李政道的“弱相互作用不守恒”理论,尽管她是这一研究的核心人物,但诺贝尔物理学奖的荣誉最终却落到了杨振宁和李政道的头上。
1956年,吴健雄获得了普林斯顿大学的荣誉博士学位,并成为该校首位女荣誉博士。1963年,她成为美国国家科学院的首位华裔院士。她的成就不仅是对物理学的贡献,也是对女性在科学领域地位的推动。

20世纪50年代,宇称守恒成为一个热门问题。这与粒子物理的一些实验发现有密切关系。
1911年,英国物理学家卢瑟福发现“原子”并非构成物质的最小单元。截至1932年,科学家发现,比原子小的有质子(带正电)、电子(带负电)、中子(不带电)、正电子(和电子质量相同,但带正电)。这四种粒子,加上爱因斯坦1905年提出并由康普顿1923年实验证实的光子,构成了物理学家在1932年所知的“基本粒子”。
到1950年代,人们又发现了许多新的粒子。例如日本物理学家汤川秀树1935年预言的介子,在1947年被发现,汤川秀树也因此获得1949年的诺贝尔奖。从实验上发现新粒子,主要有两种途径:探测宇宙射线和粒子加速器。1953年和1955年,美国先后建成两座加速器,打开了粒子物理实验的新局面。
到1956年,粒子物理的一个未解之谜成为热门,这就是“θ -τ之谜”。跟π(读作派,在数学中通常用来表示圆周率)一样,θ(读作西塔)和τ(读作套),都是希腊字母,它们分别表示三种粒子。
π就是汤川秀树1935年从理论上预言的介子。至于θ粒子和τ粒子,物理学家是先发现了它们,但缺乏理论解释。
物理学家发现一个难以解释的特性:θ和τ质量和寿命相同,看起来是相同的粒子;可是它们的衰变模式却完全不同,θ的衰变产生两个π(θ→π+π),而τ的衰变产生三个π(τ→π+π+π)。
问题在于:如果θ=π真的是同一种粒子,那么它的两种衰变模式从物理上将很难说得通。如果衰变过程中,粒子的宇称数保持不变(即宇称守恒),那么这两种不同的衰变模式将导致θ的宇称数=1,τ的宇称数=-1,这就意味着1=-1!太疯狂了!这就是“θ-τ之谜”:它们究竟是不是同一种粒子?如果是,如何解释1=-1?
当时绝大多数物理学家(包括杨振宁本人)一开始都认为,在衰变过程中,宇称守恒是天经地义的,从而θ和τ是两种不同的粒子。

1956年4月初,在罗切斯特大学召开了一个重要的粒子物理国际会议,“θ-τ”之谜成为最后一天讨论会的中心议题。奥本海默开场说:“关于这个问题嘛,我们需要听到某种更大胆一点儿的新想法。”费曼就站起来说:“我替马丁·布洛克问这么个问题:要是宇称不守恒,那会有什么后果?”杨振宁回应说,他和李政道研究过这个问题,但没有得到定论。
1956年5月初,杨振宁和李政道继续讨论“θ-τ”之谜。到5月中旬的一天傍晚,杨振宁终于从数学原理上搞明白,原来过去的衰变实验,从未涉及宇称守恒。换言之,宇称守恒,在衰变过程中,从头到尾都是未经证实的,是先入之见。他回到寓所跟李政道一起吃饭,分享了这个发现。1956年10月1日他们合作的论文正式发表。
在论文中,杨振宁和李政道并没有断言,在弱作用中宇称不守恒,只是指出衰变过程中的宇称守恒尚未经实验证实,并呼吁实验物理学家去研究这个问题。他们在文中还建议了一系列的实验。
然而杨振宁与李政道所建议的几个实验,没有一个是容易做的。杨振宁有一次极力劝说一位实验物理学家尝试其中一个实验,结果对方开玩笑说,如果能找到一个极聪明的研究生做“奴隶”的话,他就会试一试。
李政道跟他在哥伦比亚的同事、实验物理学家吴健雄也谈起该实验。吴健雄独具慧眼,认为这实验很值得尝试,并且很快就率领团队做出实验。实验表明,在弱相互作用中,宇称不守恒。稍晚些时候,其他实验团队也宣布了同样的结果。
这一结果,轰动了物理学界,因为它动摇了之前人们根深蒂固的宇称守恒的信念。1957年1月16日《纽约时报》的头版新闻报道了宇称不守恒的发现。新闻标题是《物理学基本概念被实验推翻》,副标题为《哥伦比亚大学和普林斯顿高等研究院的科学家挑战核物理理论中的宇称守恒定律》。
杨振宁和李政道也因为这一工作,获得了1957年的诺贝尔物理学奖。这也许是诺贝尔物理学奖有史以来颁发最快的一次。杨振宁和李政道的论文于1956年10月1日正式发表,而宣布他们获得诺贝尔奖则是1957年10月。不知何故,吴健雄未一同获奖。多年以后,杨振宁还一直为她打抱不平。
吴健雄1912年生于上海浏河。父亲吴仲裔,思想进步,兴趣广泛,无线电、狩猎、弹风琴、唱歌、吟诵古典诗词,都有相当造诣。父亲看出吴健雄自幼沉静好学,禀赋不凡,也就特别着力给她一些引导。
1923年,11岁的吴健雄来到苏州第二女子师范读中学。她在数学、物理、化学各个科目都有不寻常的表现。吴健雄不仅天分高,而且很努力。
1929年,吴健雄以最优成绩从苏州第二女子师范毕业,保送到南京的中央大学。吴健雄念的是师范,按规定要先教书服务一年才能升学。不过规定也没有这么严格,因此这一年,吴健雄并没有去教书,而是进了上海的中国公学。中国公学是中国第一所私立大学,是留日学生愤恨日本人歧视,集体退学回国在1906年自主创办的。
胡适当时既在北大任教,也在中国公学任校长,开了一门课“有清三百年思想史”。这门课考完后,胡适就知道了有吴健雄这一号人。因为那一次考试,三个小时的题目,吴健雄两个小时挥挥洒洒就写完了。胡适阅完卷,跟同事说,我从未见过一个学生,对清朝三百年历史懂得那么透,我给了她一百分。
胡适曾多次在公开场合说,教到吴健雄,是他生平最得意、最自豪的事。
1930年,吴健雄到中央大学就读,一开始读的是数学,但慢慢发现自己最感兴趣的还是物理,所以次年转到物理系。1934年吴健雄以优异成绩毕业,然后到浙江大学当了一年助教。到1935年快放暑假时,物理系主任张绍忠推荐吴健雄去中央研究院物理所工作。
在物理所,吴健雄在顾静徽指导下做研究,顾静徽是从美国密歇根大学回来的博士。顾静徽很欣赏吴健雄的才能,鼓励她出国留学深造。1936年夏,在叔叔的资助下,吴健雄赴美留学。
吴健雄登船的那一天,母亲哭得很伤心,最疼爱她的父亲也十分不舍。本以为只是出国几年就可以学成归来团聚,未承想,这一去就是37年的离别,24岁的她此后再也没能见到双亲。
1936年,机缘巧合之下,吴健雄进入美国加州大学伯克利分校念研究生。她名义上的导师是劳伦斯,他以发明回旋加速器著称,劳伦斯也因此获得1939年的诺贝尔物理学奖。伯克利大学最吸引吴健雄的地方,就是劳伦斯建造的放射性实验室,后来发展壮大为劳伦斯伯克利国家实验室。在当时的实验室,就有一个回旋加速器。
1936年,胡适赴美参加哈佛大学300周年校庆并发表演讲,10月底到加州大学伯克利分校,和吴健雄等人一起吃晚饭并长谈。次日胡适登船回国时,还给吴健雄写了一封长信,对她多有勉励。
真正指导吴健雄做实验工作的,是赛格雷。
赛格雷是意大利人,1920年代曾追随费米在罗马做出一些有名的原子核实验工作。1938年,赛格雷到美国游学访问,原本打算10月回去,但得知意大利墨索里尼可能也要跟德国希特勒一样排斥犹太人,便在伯克利留了下来。赛格雷和张伯伦在1959年因为发现反质子而获得诺贝尔奖。
1959年5月1日,吴健雄赴美23年,在科学上已经做出世界一流工作后,曾经给胡适写了一封信,其中一段是:
几星期以前在整理旧物时,翻到我在西部做学生时您给我的信件,有一封是我刚从中国来到西岸不久时您给我的信。信中对我诱掖奖导,竭尽鼓励,使人铭感。所以我把它翻印出来特地寄奉,不知老师还记得否?我一生受我父亲和您的影响最大,可惜我父亲在今年正月三日在上海故世,家兄健英亦在去年六月去世,从此生死永别,言念及此,肝肠寸断,泪不自禁矣……
吴健雄对宇称不守恒革命,有关键性的贡献。
借用足球的比方,吴健雄可以说是给杨振宁和李政道传球的助攻手。宇称不守恒革命,不仅在科学上影响深远,对中国人更是意义非凡,对中国在科学文化史上也有特殊的意义,原因是对这个科学成就做出最大贡献的,正是三位中国科学家:杨振宁、李政道、吴健雄。
赛格雷在1980年出版的《从X射线到夸克》一书中专辟一章讲宇称不守恒,其中有一段写道:
这三位中国物理学家的成就显现出,如果中国这个伟大的国家,复兴其作为一个世界文明领导者的历史角色之后,可能对物理做出的贡献,将会像早期欧洲旅行者见证当时中国的光辉文明那样,令人惊讶不已。
吴健雄在哥伦比亚大学的同事、诺贝尔奖得主斯坦伯格认为,吴健雄没有和杨振宁、李政道一同得奖,是瑞典诺贝尔委员会的最大败笔。
吴健雄虽然没有获得诺贝尔奖,但她的成就获得了广泛的认可。例如,她在1958年被普林斯顿大学授予荣誉博士学位,在1972年被哥伦比亚大学聘为普宾讲座教授,并被誉为“物理科学的第一夫人”,1978年获得首届沃尔夫物理奖。
吴健雄致信杨振宁
1997年,吴健雄过世,杨振宁致悼词,其中有一段:
吴健雄女士的研究工作,以其精度和准确性闻名于世。但她巨大的成功是由于另一个更基本的原因:在1956年人们并不想做实验去检验宇称是否守恒。为什么她愿意去做一个如此复杂的实验呢? 原因是她敏锐地洞察到,即使宇称守恒不被推翻,我们也必须检验这个基本的自然规律。正是这份洞察力造就了她的伟大。
杨振宁对吴健雄有极高的评价,每每谈到宇称不守恒,他都会特别强调吴健雄的重要贡献和她的“独具慧眼”。在2008年出版的《曙光集》中,收录了一篇短文——《吴健雄致杨振宁的一封信》,信很短,杨振宁补充了一段长得多的后记,其中有一段:
我曾经说过做科学研究要成功,有三个必要的条件:
perception(眼光)persistence(坚持)power(动力)
吴健雄确是三者具备。她的关于宇称不守恒的实验进行起来困难非常之多,江才健《吴健雄》的第九章生动地描述了她如何坚持,与如何以动力克服了种种困难。
而最重要的是她的眼光:当时许多别的一流物理学家都认为这么困难的实验,做出来只不过是再证明宇称确实是守恒,不值得去做。可是她“独具慧眼”,认为在弱相互作用中宇称守恒不守恒过去既未被人研究过,那么不论结果如何,这就是值得做的实验。这是她眼光过人的地方。
1956年,当吴健雄完成宇称不守恒实验后,有两个星期完全无法入睡。她一再地问自己,为什么老天爷要她来揭示这个奥秘?她说:
这件事给我们一个教训,就是永远不要把所谓“不证自明”的定律视为是必然的。
本版文字由燕婵整理

(本文摘自《归来仍是少年:杨振宁传》,林开亮/著,张婷婷/绘,湖南教育出版社、中信出版集团2025年10月第一版,定价:66.60元)