吳健雄為何錯(cuò)失諾貝爾獎(jiǎng)

朱安遠(yuǎn)

袁家騮和吳健雄夫婦婚禮照

美籍華裔女核物理學(xué)家、粒子和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家吳健雄（Chien-Shiung Wu，1912—1997）出生于蘇州市太倉瀏河鎮(zhèn)一個(gè)書香世家，1934年獲國立中央大學(xué)物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1935—1936年在首位華人物理學(xué)女博士、中央研究院物理研究所（上海）顧靜徽研究員的指導(dǎo)下從事光譜學(xué)研究。吳健雄于1936年7月乘船離滬赴美留學(xué)，同年8月抵達(dá)舊金山伯克利，幾天后便結(jié)識比她早兩周來到伯克利的袁家騮（后轉(zhuǎn)學(xué)于加州理工學(xué)院），1940年獲加州大學(xué)伯克利分校（UCB）物理學(xué)博士學(xué)位，其名義博導(dǎo)是勞倫斯教授，實(shí)際導(dǎo)師則是塞格雷。

美籍華裔物理學(xué)家袁家騮（Luke Chia-Liu Yuan，1912—2003）是袁世凱之孫，1940年獲加州理工學(xué)院物理學(xué)博士學(xué)位，其博導(dǎo)是密立根教授。 1942年5月30日，袁家騮和吳健雄在時(shí)任加州理工學(xué)院院長密立根教授寓所的花園里舉行婚禮，當(dāng)時(shí)在該學(xué)院工作的錢學(xué)森出任婚禮攝像師。袁家騮和吳健雄夫婦于1947年育獨(dú)子袁緯承（物理學(xué)家），夫婦倆1954年一同入籍美國。知名女科學(xué)家因傾心于科研事業(yè)，很多人選擇終生獨(dú)身，也有人結(jié)婚后不得不離異，因揭示人體大腦GPS定位機(jī)制而雙雙榮獲2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的莫澤夫婦于2016年以離婚收場。袁家騮和吳健雄夫婦是事業(yè)和家庭雙豐收的“神仙眷侶”，其婚姻生活堪稱完美。

吳健雄的主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)

吳健雄因在獲得博士學(xué)位前后發(fā)現(xiàn)并解決了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無法持續(xù)的重大技術(shù)難題（鈾核裂變產(chǎn)生的一種氙會(huì)阻止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可持續(xù)性）而被譽(yù)為“原子彈之母”，邁特納因首先正確給出重核裂變現(xiàn)象的理論解釋亦享此譽(yù)。吳健雄深得“原子彈之父”奧本海默和博導(dǎo)塞格雷的賞識和信任，獲得特殊的保密許可，1944年3月至1946年3月作為哥大戰(zhàn)時(shí)研究部科學(xué)組成員從事鈾元素氣體擴(kuò)散制程、核裂變放射探測的實(shí)驗(yàn)研究和γ射線探測器的改進(jìn)，從而成為唯一參與過曼哈頓計(jì)劃的中國人。

吳健雄在工作

吳健雄的實(shí)驗(yàn)以精準(zhǔn)著稱于世，在40余年的科學(xué)生涯中，她在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)領(lǐng)域主要做出過三大突出貢獻(xiàn)：一是，1946—1952年，在β衰變方面所進(jìn)行的一系列精確實(shí)驗(yàn)，尤其是對β衰變電子能譜學(xué)的精確實(shí)驗(yàn)研究，為β衰變理論打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。她采用自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對1934—1948年間物理學(xué)界在β衰變理論方面的研究工作做了一個(gè)總結(jié)和分析，澄清了以前的謬誤，否定了科諾平斯基-烏倫貝克理論，確立了費(fèi)米理論，對β衰變機(jī)制的確立發(fā)揮了關(guān)鍵作用，把β衰變研究推向一個(gè)新階段，從而使她自己成為β衰變（即弱相互作用）研究領(lǐng)域的世界級權(quán)威。二是，1957年通過精密實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了β衰變中宇稱不守恒定律。該實(shí)驗(yàn)由吳健雄發(fā)起并主導(dǎo)，稱之為“吳實(shí)驗(yàn)”應(yīng)屬實(shí)至名歸。三是，1963年以精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)β衰變中矢量流守恒定律，這是1958年由費(fèi)曼和蓋爾曼首先預(yù)言的。宇稱不守恒定律被證實(shí)以后，科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出弱流是由矢量流和軸矢量流耦合而成的，即V-A弱相互作用理論，其中矢量流是守恒的，稱為CVC理論；軸矢量流則是部分守恒，它只在高能現(xiàn)象中才守恒，稱為PCAC理論。

青年才俊李政道和楊振寧

θ-τ之謎和李-楊假說

始于1953年的θ-τ之謎（后證實(shí)θ和τ實(shí)為同一種粒子，即電中性K介子）令粒子物理學(xué)界困擾不已而成為當(dāng)時(shí)物理學(xué)界所關(guān)注的焦點(diǎn)問題。1956年4月上旬召開的羅切斯特會(huì)議廣泛而深入地討論了這個(gè)疑難問題，會(huì)后幾天，中國旅美理論物理學(xué)家李政道和楊振寧便聯(lián)袂合作，重新梳理思路，大膽沖破宇稱守恒普適性的羈絆，以將檢測量從二維標(biāo)量改為三維贗標(biāo)量為突破口，完成論文《在弱相互作用中宇稱是否守恒？》（1956年10月1日正式發(fā)表時(shí)，期刊編輯將文題改為“弱相互作用中的宇稱守恒質(zhì)疑”），率先系統(tǒng)性地提出了李-楊假說（經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后便成為物理學(xué)定律，即弱相互作用中宇稱不守恒定律）：通過演算明確指出已有的弱相互作用實(shí)驗(yàn)并未驗(yàn)證過宇稱守恒，同時(shí)還提出可用4類5種實(shí)驗(yàn)方案來檢驗(yàn)他們的預(yù)言。這些實(shí)驗(yàn)方案的提出也凝結(jié)著吳健雄的心血和功勞，吳健雄正是作者文末致謝的五人之一。

因受傳統(tǒng)觀念束縛和囿于成見，當(dāng)時(shí)包括朗道、泡利、布洛赫和費(fèi)曼等在內(nèi)的大師級物理學(xué)家都想當(dāng)然地將宇稱守恒定律奉為不可動(dòng)搖的金科玉律。特別是朗道，其手下的約瑟夫·沙皮羅也在積極地破解θ-τ之謎，1956年他本來比李楊早幾個(gè)月就已得出在介子衰變和β衰變時(shí)宇稱不守恒的結(jié)論，并將論文提交給朗道審定，但朗道自恃智力超群，喜歡獨(dú)斷專行，固執(zhí)傲慢地將論文束之高閣而置之不理。

李楊從正式發(fā)表著名的經(jīng)典論文《弱相互作用中的宇稱守恒質(zhì)疑》到以這一重大理論成果榮獲1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，歷時(shí)僅13個(gè)月整，創(chuàng)下諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)史上獲獎(jiǎng)最快的紀(jì)錄，這一紀(jì)錄至今仍未被打破。李政道獲諾獎(jiǎng)時(shí)的年齡不足31歲，迄今仍是次年輕的諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)得主。當(dāng)年楊李持有中華民國護(hù)照，開創(chuàng)了中國人首次榮膺諾獎(jiǎng)的歷史。楊振寧和李政道分別于1964年和1962年才入籍美國，2015年楊振寧放棄美國籍而恢復(fù)中國籍。

弱相互作用中宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

吳健雄具有超常的洞察力和智慧，她從李楊口頭和預(yù)印本上獲知他們提出宇稱可能不守恒的重要思想以后，深感意義重大，毅然推掉已與夫君規(guī)劃好的旅行講學(xué)計(jì)劃，急迫地投入到關(guān)于宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作之中。當(dāng)時(shí)許多人因?qū)?shí)驗(yàn)前景持悲觀態(tài)度而不愿意去做，楊振寧由此稱贊吳健雄“獨(dú)具慧眼”則略失偏頗，因泰勒格第小組實(shí)驗(yàn)的正式啟動(dòng)時(shí)間和吳健雄小組就難分伯仲，事前各自保密，雙方互不知情。

吳健雄從1956年5月6日開始考慮并積極準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)方案，她理所當(dāng)然地優(yōu)選自己熟知的超低溫下Co-60原子核極化β衰變實(shí)驗(yàn)方案，為此她邀請華盛頓國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）低溫實(shí)驗(yàn)室的安布勒（E. Ambler）、海沃德（R. W.Hayward）、霍普斯（D. D. Hoppes）和哈德森（R. P. Hudson）四位低溫科學(xué)家合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。9月中旬，吳健雄在NBS首次面晤安布勒，正式啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的最低溫曾低至4 mK，12月2日首次獲得正面結(jié)果，圣誕節(jié)前夜已取得“初步結(jié)果”，興奮異常的吳健雄連夜電話告知李政道實(shí)驗(yàn)進(jìn)展并叮囑注意保密（吳健雄素來注重保密工作）。吳健雄小組的實(shí)驗(yàn)經(jīng)過嚴(yán)密驗(yàn)證后，于1957年1月9日凌晨2時(shí)許終獲圓滿成功，立下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證宇稱不守恒的頭功。

同樣處于興奮狀態(tài)的年輕的李政道可能是出于獲取更多實(shí)驗(yàn)證據(jù)的目的，他還是情不自禁地將吳健雄小組的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果泄密給了其他物理學(xué)家并鼓動(dòng)他們開展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。伽文-萊德曼小組成員萊德曼在1月4日哥大物理系例行的周五“上海餐館”午餐會(huì)上獲知李政道主動(dòng)透露的吳健雄小組的重要進(jìn)展以后才引起足夠重視，他們深受鼓舞和啟發(fā)，奮起直追，立刻著手實(shí)驗(yàn)，選擇π→μ→e級聯(lián)衰變實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)李政道在加速器上做實(shí)驗(yàn)的建議（即所謂電子學(xué)方法），連夜便構(gòu)思出簡單便捷和高效易判的實(shí)驗(yàn)方案，在哥大尼維斯回旋加速器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1月7日便獲“初步結(jié)果”，次日6時(shí)前實(shí)驗(yàn)結(jié)束，正式宣告“宇稱守恒死了！”（當(dāng)天6時(shí)整由萊德曼電話通知李政道），他們的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)精巧（因擔(dān)心宇稱不守恒效應(yīng)微弱，吳健雄小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程則過于謹(jǐn)慎和繁復(fù)），后來居上，速度甚快，效率奇高！他們的實(shí)驗(yàn)是在得知吳健雄小組的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才開始行動(dòng)的，可能是出于科學(xué)道德和行為規(guī)范方面的考慮，再加上李政道的親自勸阻，報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論文并未“搶先”發(fā)表（1957年2月15日與吳健雄小組的實(shí)驗(yàn)論文同時(shí)發(fā)表于第105卷第4期《物理學(xué)評論》雜志，編輯部收稿日期均是1957年1月15日），文末還對獲知吳健雄小組的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示感謝。

吳健雄和NBS科學(xué)家（霍普斯缺席合影）

芝加哥大學(xué)泰勒格第小組采用照相核乳膠技術(shù)來完成π→μ→e級聯(lián)衰變實(shí)驗(yàn)，因泰勒格第在實(shí)驗(yàn)過程中赴歐洲奔父喪并陪護(hù)母親過圣誕節(jié)而耽擱實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。報(bào)告實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果的論文于1957年1月17日被編輯部收稿，刊發(fā)于1957年3月1日第105卷第5期《物理學(xué)評論》，完整結(jié)果則刊發(fā)于1957年6月15日第106卷第6期《物理學(xué)評論》，后文還將前2個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的論文列為參考文獻(xiàn)。

1957年1月15日，哥倫比亞大學(xué)物理系舉行了一場“史無前例”的——語出美國物理學(xué)家伯恩斯坦（Jeremy Bernstein），他因1962年5月12日在《紐約客》雜志發(fā)表《宇稱問題側(cè)記》一文而知名，該文是造成楊李徹底決裂的導(dǎo)火索——新聞發(fā)布會(huì)，由哥大物理系資深元老級人物拉比教授主持，與會(huì)者中包括李政道、吳健雄、伽文（Richard Garwin）、萊德曼以及NBS的安布勒、海沃德和哈德森等。大會(huì)宣布吳健雄小組關(guān)于宇稱不守恒的判決性實(shí)驗(yàn)已獲圓滿成功，宇稱守恒定律被推翻，同時(shí)還發(fā)布哥大伽文-萊德曼小組亦獲得實(shí)驗(yàn)成功，此事轟動(dòng)一時(shí)而成為科壇佳話。三個(gè)小組各自獨(dú)立地采用不同的實(shí)驗(yàn)手段和方法均驗(yàn)證了弱相互作用中的宇稱不守恒，其后2～3年內(nèi)相繼有數(shù)百個(gè)不同實(shí)驗(yàn)都能得到相同結(jié)論。弱相互作用中宇稱不守恒定律的發(fā)現(xiàn)，打開了物理學(xué)的新視野，促成了人類對自然現(xiàn)象認(rèn)識的一個(gè)根本性變革。

楊振寧認(rèn)為這種以新聞發(fā)布會(huì)的方式來宣布一項(xiàng)科研成果不大有格調(diào)，故他受邀且被再三敦促，但依然選擇缺席。這種論文發(fā)表前便以新聞發(fā)布會(huì)的方式來宣布重大科研成果在業(yè)內(nèi)頗受詬病，故類似事件此后罕有再現(xiàn)。

科學(xué)家們通過幾十年的努力，對弱相互作用中宇稱如何不守恒已基本厘清，但是對宇稱為何偏偏獨(dú)在弱相互作用中不守恒的機(jī)制探索仍迷霧重重。

吳健雄與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過

根據(jù)諾獎(jiǎng)的遴選流程和評選規(guī)則，獲得諾獎(jiǎng)提名是贏取諾獎(jiǎng)的前提和必由之路。合格諾獎(jiǎng)提名函不得晚于當(dāng)年1月31日到達(dá)各個(gè)諾貝爾委員會(huì)（簡稱諾委會(huì)），逾期則無效。但諾委會(huì)委員們享有一項(xiàng)特權(quán)，就是他們的增補(bǔ)提名不受此截止日期的限制，他們可在不晚于首次諾委會(huì)會(huì)議召開時(shí)提交自己的推薦名單。

吳健雄小組的論文正式發(fā)表于1957年2月15日，顯然已錯(cuò)過當(dāng)年諾獎(jiǎng)的提名截止日（1月31日）。因時(shí)間過于緊迫，當(dāng)時(shí)的通訊也遠(yuǎn)不如當(dāng)今便利快捷，且對實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的優(yōu)先權(quán)存有爭議，她也就沒能獲得物諾委委員的增補(bǔ)提名。因吳健雄根本就沒有獲得過1957年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)提名，那么她沒能與楊李分享諾物獎(jiǎng)也就順理成章了。檢索諾獎(jiǎng)官網(wǎng)提名數(shù)據(jù)庫后得知，1958—1966年吳健雄在5個(gè)年度內(nèi)至少曾獲得過8人次諾物獎(jiǎng)提名，其中包括1964年李政道的1次提名。在楊李獲獎(jiǎng)之后，就不會(huì)再給這項(xiàng)成果頒發(fā)諾獎(jiǎng)，況且吳健雄的后續(xù)研究成果再難以逾越自己，她也就永遠(yuǎn)錯(cuò)失了榮登諾獎(jiǎng)得主殿堂的絕佳機(jī)會(huì)。

當(dāng)年頒獎(jiǎng)機(jī)構(gòu)（瑞典皇家科學(xué)院）不授予吳健雄以諾獎(jiǎng)是明智的和合乎情理的最佳選擇，基本上不關(guān)乎一度曾甚囂塵上的各種歧視說（如性別歧視說、國別/地域歧視說、種族/族裔歧視說和輕視實(shí)驗(yàn)說等）。假若當(dāng)年吳健雄小組能獨(dú)享實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的優(yōu)先權(quán)，且吳健雄已獲諾獎(jiǎng)提名（若能獨(dú)享優(yōu)先權(quán)，就會(huì)有利于她獲得提名，甚至獲得更多的提名），那么她與楊李分享諾獎(jiǎng)就會(huì)是大概率事件，與所謂實(shí)驗(yàn)原創(chuàng)性的高低應(yīng)該關(guān)系不大，只可惜歷史是無法假設(shè)的。換句話說，吳健雄未能獲取諾獎(jiǎng)的最根本原因，其根源應(yīng)歸結(jié)于李政道的“無意泄密”，他的“不以為意”在客觀上導(dǎo)致吳健雄小組喪失獨(dú)有優(yōu)先權(quán)，從而釀成了不可挽回的極大憾事，這也是李政道事前始料未及的。李政道和吳健雄的私人關(guān)系一直良好且親密，事后李政道對泄密之事頗感懊悔。吳健雄小組的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)只是整個(gè)驗(yàn)證過程的一部分，假若當(dāng)年僅有吳健雄一個(gè)小組取得驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的成功，那么楊李吳的成就就很難在那么短的時(shí)間內(nèi)獲得科學(xué)界的普遍承認(rèn)（即影響力會(huì)明顯削弱），3人或2人分享諾獎(jiǎng)也許還要等待一段時(shí)間。

2009年7月2日，楊振寧教授在清華大學(xué)寓所“歸根居”接受楊建鄴教授訪談時(shí)說：“萊德曼的實(shí)驗(yàn)很重要，因?yàn)閰墙⌒鄣膶?shí)驗(yàn)只有百分之一二的不對稱，而萊德曼的實(shí)驗(yàn)幾乎是百分之百的準(zhǔn)確?！睋?jù)此可以推定，如果沒有伽文-萊德曼小組的實(shí)驗(yàn)，僅憑吳健雄小組的實(shí)驗(yàn)，楊李也許在1957年還無法獲得諾獎(jiǎng)。因此，吳健雄與諾獎(jiǎng)擦肩而過的最核心原因有二，一是因諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)過快，導(dǎo)致吳健雄還未及獲得當(dāng)年諾獎(jiǎng)提名；二是吳健雄小組因李政道“口風(fēng)不緊”而喪失了獨(dú)享實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)先權(quán)。吳健雄與包括庫提（Nicholas Kurti）在內(nèi)的某些低溫物理學(xué)家交惡，這件事與她錯(cuò)失1957年諾物獎(jiǎng)并無什么關(guān)聯(lián)，但確實(shí)會(huì)給她后來因其他成就而贏取諾獎(jiǎng)帶來負(fù)面影響。

吳健雄在李楊研究之初就提供了核心而具體的Co-60原子核極化β衰變的實(shí)驗(yàn)思想和方法。吳健雄若想順利贏取諾獎(jiǎng)的途徑或前提亦有二，一是在李楊那篇著名的獲獎(jiǎng)?wù)撐闹腥寺?lián)合署名，二是獨(dú)享實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)先權(quán)且諾獎(jiǎng)并未頒獎(jiǎng)過快。吳健雄遺憾地錯(cuò)失諾獎(jiǎng)，但她憑借自己卓著的學(xué)術(shù)成就依然在國際物理學(xué)界贏得崇高地位。諾獎(jiǎng)的缺失并沒有阻礙她成為一位偉大的物理學(xué)家。