8天才女友已逝世界还欠她一个说法公开课教案教学设计课件资料.docx

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1、天才女友已逝，世界还欠她一个说法2023-02-2810:32“为何吴健雄没能获得诺贝尔物理学奖？”时至今日，我们已经很难寻觅到一个准确的因由，去回答这个问题。距中国人首次取得诺奖已过去六十多年的今天，人们熟知杨振宁与李政道在物理学领域的声名，却很少有人忆及她，一个本应该被共同铭记的女性的名字。1956年12月24日，那个风雪交加的夜晚，身形娇小的中国女人吴健雄，在结束一场持续了整个夏秋季节的物理实验后，从美国首都华盛顿搭乘末班火车前往纽约，为宇称不守恒理论的提出者一一李政道和杨振宁一一带去了她的实验结果。这一结果，验证了李杨二人的观点，即“宇称在衰变中不守恒”，因而直接推翻了此前统治整个物理

2、学世界的关于宇称守恒的基本假定。1957年，诺贝尔委员会顺理成章地将物理学奖颁发给了杨振宁与李政道，这也是中国科学家首次出现在诺奖的聚光灯下。不过，这段历史为我们留下的一桩悬案是，为验证李杨观点进行实验的吴健雄竟然与诺奖失之交臂。虽然按照常理，她本应与理论的发现者同享殊荣，就像杨振宁所说的那样：“我相信真正念物理的人会知道，吴健雄确实应该得到诺贝尔奖。”那是华人女性最早与诺奖迎面相逢的时刻，她实至名归，却失之交臂。但无论最终结论如何，吴健雄的光芒难以被掩盖。她至今仍因自己在核物理世界的卓越成就而被称为“东方居里夫人”“核子研究的女王”。自1997年2月16日吴健雄离世至今，已过去26年，而当她

3、的头像已然与爱因斯坦、费米、费曼等科学巨人共同被印制于美国永久纪念邮票之上时,人们知道，她的辉光再也不会散去，她的能量将持续辐射整个世界。她的存在本身，已经向我们印证了以下结论一一外在环境的不平衡有时也难以抑制女性的天分与激情。在这个世界上对人的才智与毅力提出最高要求的领域，女性也可以极尽智识之美，最大程度地实现她心之所想，以及生而为人所尽一切可能之事。身着旗袍的基基如果你在1936年到1942年间来到加州大学伯克利分校，你将很容易从人群中辨别出吴健雄的身影。她个子不高，总是穿着剪裁合身的高领旗袍，盘高发髻，有张典型的东方面孔。据后来因发现了超铀元素而获诺贝尔奖的西博格回忆，吴健雄是当时伯克利

4、仅有的几名女学生之一。在伯克利，朋友们喜欢叫吴健雄为“基基”，其中也包括“原子弹之父”奥本海默，之所以如此称呼，是因为这是中国话“姊姊”的外文口音，叫起来让人感到亲近。吴健雄同时，由于她才分出众，形象高雅，个性又大方活泼，因此成为当时公认的系花，有些男生还会把她的姓氏唱进情歌里。从表面上看，她和那些受人欢迎的年轻女孩或许没什么两样，同样有着天真烂漫的个性。她的好友玛桂特记得，吴健雄和她在伯克利时最喜欢的事情，就是坐在火车最前排的座位，从伯克利出发，跨过海湾，一路开进旧金山。她还记得，从物理馆走回国际学社的路上会经过一片草地，有次天色已晚，四下无人，她们就直接在草地上一路翻起了筋斗。但往深处追究

5、，我们又会惊觉，如果仅仅停留在她天真烂漫的形象表面，就将错失这位物理学家丰富人生的绝大部分风景。在1936年8月，吴健雄乘坐“胡佛总统号”轮船由中国抵达美国之初，她原本只计划在旧金山停留一个礼拜，然后就东行前往密西根大学念书。但阴差阳错地，她踏进了伯克利的校门，并很快地拥有了一场极其浪漫的邂逅。在伯克利，为她担任向导的，正是后来成为她丈夫的袁家躺先生，但“浪漫的邂逅”并不是指她与袁家骆的相遇，而是在袁家疆为她担任向导的过程中，她意识到，伯克利恰好拥有世界上第一台回旋加速器。1940年，吴健雄毕业于加州大学伯克利分校2023年底，吴健雄唯一的孙女JadaYUan在华盛顿邮报上写下回忆吴健雄的长文

6、，在文中她就提到这场对物理学家而言极其重要的相遇：“这是一个仓库大小的设备，可以将带电粒子沿着螺旋的路径加速并将它们射向更小的粒子。我的祖母一看到它，就知道自己必须留在这里。”我们可以从这件事中清晰地感受到吴健雄在进行个人选择时的敏锐与果决，那时候，和她约定了共同前往密西根大学就读的好友董若芬不得不独自前往，并断绝了和她的友谊，但她也并未因此动摇自己的决定。而当我们回望这段历史，就不得不叹服于吴健雄的远见卓识。从某种程度上说，回旋加速器可以被视作彼时伯克利学术盛况的缩影一一当年,这里正聚集着一批年轻而顶尖的物理学家，聚集着世界上最聪明的一部分头脑。发明和建造回旋加速器的劳伦斯时年35岁，当时正

7、在物理系任教的传奇科学家奥本海默只有32岁。吴健雄的师友们，诸如塞格瑞、兰姆、西博格等人，也在此后的工作中各自取得了诺贝尔奖。她像海绵一样狂热地吸收着新世界的知识，并且为之付出了巨大的努力。初来乍到时，吴健雄的英文表达和听力都还不太好，因此上课时难免有些听不完整的地方，因此想要详尽地记下笔记便不太可能。于是她总是会向同学借笔记来抄。在她的传记中记载着，她交好的女性朋友们想约她出去玩时，她常常表示自己时间紧张，因为，“早上要念书”。就像她曾经在南京就读于国立中央大学（南京大学的前身）时那样，同窗好友们对于吴健雄也总是有着这样的印象：她虽然头脑聪明，却从不恃才傲物。好友程崇道就曾回忆她：“吴健雄在

8、面积不过方丈、仅容一桌一椅一榻的小屋中，经常是闭门在内读书，有时宿舍总电源开关关闭之后，还可以看到她在摇曳烛光里坐着看书的身影。”当天分有了勤勉加持，吴健雄自然迅速在学习上取得了进步，当第一学年结束，她的成绩相当好，已经达到可以申请奖学金的标准。而老师们也喜欢这个聪明而勤奋的学生，在劳伦斯和塞格瑞的指导下，吴健雄真正投入了世界最前沿的物理学研究。1938年，吴健雄正式开启她在原子核物理世界中的实验研究，此时此刻，原子核物理的学科发展，正呈现出一片蓬勃而璀璨的景象，而吴健雄也正成长为一颗逐步升上夜空中央的、闪亮的新星。关于和的谜语时间推进到1956年，对于吴健雄的命运而言，一个至关重要的变化即将

9、发生。在杨振宁与李政道二人对宇称守恒理论提出质疑之前，在物理学的世界中，人们始终相信，自然界的定律存在一种恒定的对称性，就像左手与右手对称，或者镜中世界与镜外世界对称。绝大多数时候，这种在对称性基础上揭示世界规律的做法，都畅行无阻。但随着科学研究的不断深入，悖论出现了。上世纪中叶，在普通物质被高能量质子撞击之后产生的众多“奇异粒子”中，最引起科学家们兴趣的是。和T。这两种生命期很短的粒子，会在诞生后逐渐衰变成为其他生命期较长的非奇异粒子。当时的测量结果显示，O和T的质量和寿命都相同，由此可以推断，它们可能是同一个粒子。吴健雄、袁加骆参观对撞机磁铁奇怪的是，O的衰变会产生两个介子，而的衰变却会产

10、生三个介子,如果使用宇称守恒的理论进行推算，那么科学家们就会得到一正一负两个不同的宇称结果，它指向的结论是，和并不是同一个粒子。这两种物理基本原理在O和身上相互打架，于是争议随之产生。在当时的物理学界，这一现象被称作“-t之谜”。而“一之谜”之所以重要，是因为它直接关联着物理学的基础理论，要么是用质量与生命周期衡量粒子属性的理论出错，要么是宇称守恒的计算方式出错。反正，总有什么关键节点出了差错。而无论哪里出了问题，都将是个大问题。物理学家们对于这个话题的热烈讨论，在1956年的罗切斯特大会上达到了顶峰。在这场于美国纽约州举行的重要国际性会议上，粒子物理学家云集，时年34岁的杨振宁正是在这场大会

11、的最后一天，提出了一个大胆而开放的思路，他的发言在当时的罗切斯特会议记录中有如下记载：“杨振宁认为，由于我们到目前为止，对于和T衰变的了解是这么的少，因此也许最好是对这个问题，保持一个开放的想法。遵循这种开放的思考方式，费曼替布洛克提出了一个问题：会不会O和T是同一种粒子的不同宇称状态？而它们没有特定的宇称，也就是说宇称是不守恒的。这就是说，自然界是不是有一种单一确定右手和左手的方式呢？杨振宁说他和李政道曾经研究过这个问题，但是并没有得到确定的结论。”1957年1月15日，吴健雄和她的同事,包括后来的诺贝尔奖获得者李政道（右），在哥伦比亚大学举行新闻发布会，宣布他们的突破性发现杨振宁和李政道的

12、灵感，产生于罗切斯特大会后一场漫长的午后讨论。当时，他们已经意识到，虽然宇称守恒理论在电磁相互作用和强相互作用中始终成立，但却未曾在弱相互作用中通过实验得到证明。因此，他们探讨出的关键突破点在于，要将宇称守恒是否成立，单独地放在弱相互作用中去进行验证。1956年6月，杨振宁与李政道在美国物理评论期刊上共同发表了弱相互作用中的宇称守恒质疑一文，正式向宇称守恒这一基本理论提出挑战。不过，作为理论物理学家的李杨二人，难以亲自通过实验去验证他们的问题。此时此刻，他们亟需找到一些愿意共同进行挑战的实验物理学家。但由于宇称守恒作为基本理论的观念是如此深入人心，因此几乎没有人愿意耗费经费与时间在这上面。对于

13、那些试图进行实验的人们，原本以惊人的物理直觉闻名的天才费曼先生曾给出评论，“那是一个疯狂的实验，不需要浪费时间在那上面”，他还以一万比一的赔率打赌这个实验绝对无法取得成功。另外一位诺贝尔物理学奖得主布洛克还曾放出豪言，称若是宇称不守恒得到实验证明，他愿意吃掉他的帽子。但最后，布洛克始终没有兑现他的诺言。在质疑的声浪中，最终只有吴健雄愿意进行实验。1956年，吴健雄已年过不惑，自她1936年前往美国留学开始，已过去二十载。在物理学的世界中浮沉多年，她此时已经是享誉国际的实验物理学家，以实验风格的高度精确著称。当时的物理学界流传着一句话：“如果这个实验是吴健雄做的，那么就一定是对的。”在李政道找到

14、吴健雄请她进行实验时，她很快意识到了这个问题的重要性和紧迫性，因此果断放弃了和丈夫袁家骆前往东亚地区进行演讲旅行的计划，迅速投入到验证弱相互作用中宇称不守恒的实验。后来，杨振宁曾重提当时的情况，客观地说明了吴健雄当时进行实验的动机：“在那个时候，我并没有押宝在宇称不守恒上，李政道也没有，我也不知道有任何人押宝在宇称不守恒之上但是吴健雄的想法是，纵然结果宇称并不是不守恒的，这依然是一个好的实验，应该要做，原因是在过去，衰变中从来没有任何关于左右对称的资料。”也正因此，他评价吴健雄是一位杰出的科学家，因为“科学家必须具有好的洞察力”。将基本概念推翻如果说想要验证宇称不守恒的前提条件是进行弱相互作用

15、，那么，杨振宁和李政道势必要找到一位在B衰变领域极富权威的实验物理学家，因为弱相互作用正是在P衰变中表现得最为明显。而李政道再清楚不过，吴健雄正好就是这样一位不断在P衰变领域做出成就的人。1948年，李政道通过吴大猷认识了吴健雄。1997年，吴健雄逝世后，李政道在北大所作的演讲里曾回忆起与她初识的场景。那是一场发生在实验室里的会面。那时候的吴健雄已经在逐步推进工作，以纠正从前B衰变实验中的种种错误。当时，吴健雄正在磨着什么东西，李政道便问她，你在干嘛？她回答道，要正确地做衰变实验有两个秘诀：第一，使用的晶体表面一定要光滑,不能有脏东西；第二，电子要训练得特别好,使之不stragg1ing（离散

16、）”。那是李政道第一次认识到，原来在这位实验物理学家的世界里，竟可以将电子的状态和行为像小动物一样进行“训练”，他后来总结道：“电子训练得好，晶体里面没杂质，从它们的行为中得到的数据才能告诉你实在的世界是怎么回事。”1956年初，那是个耀眼的春天。当李政道来到吴健雄的办公室，告诉她“。-T之谜”的答案可能是宇称不守恒，她很快意识到，这场“至关重要的”实验将成为她生命中一个“宝贵的机会”。她在回忆录中写道：“我怎么能放弃这个机会呢？我必须立刻去做这个实验,在物理学界的其他人意识到这个实验的重要性之前首先去做。虽然我感到宇称守恒定律是错误的可能性不大，但是我迫切要作一个明确的测试。”因此，她制定了实验计划，选定钻-60作为衰变放射源，并尝试通过彼时新发展起