趙忠堯，轉(zhuǎn)身即核爆

“請戴上墨鏡，在第一道閃光過去十秒之前，不要摘下墨鏡或直視火球?！痹挳?，爆炸倒計時開始。

1946年，比基尼環(huán)礁，人類歷史上第四顆原子彈將被引爆。爆炸中心20英里外，“潘敏娜”驅(qū)逐艦漂在太平洋上，甲板上站滿了聯(lián)合國原子能委員會代表。物理學(xué)家趙忠堯擠在人群中，等待一切發(fā)生。

巨響，火球，沖擊波，蘑菇云，放射性塵埃重創(chuàng)爆心周圍的靶艦。輻射蔓延開來，但20英里的距離，足以保護住趙忠堯。

核威脅近在眼前，達摩克利斯之劍懸于人類之上。

時至今日，我們?nèi)匀徊恢装迳系内w忠堯在思考什么。

無法忽略的是，第四顆原子彈的成功爆炸，標志了因發(fā)展核武器而備受批評的十字路口行動階段性完成，彼時連核物理研究都不曾有的中國也來到了十字路口。

觀看結(jié)束后，趙忠堯沒有隨大部隊登上回國的飛機，而是按與薩本棟教授所計劃的，再度留在了美國。此行，趙忠堯的目標是為中國自主制造出一臺加速器，以用于核物理研究。

1950年，幾經(jīng)波折，帶著技術(shù)和部件的趙忠堯終于得以回國，開始大展手腳。

在隨后的幾年里，他用在美國費盡心血購置的器材，一點一點拼湊起了中國第一臺700keV質(zhì)子靜電加速器；又從磨玻璃環(huán)、涂膠開始，在1958年“攢”出了一臺2.5MeV高氣壓型質(zhì)子靜電加速器。

終于，中國有了自己的核物理實驗設(shè)備，這是制造原子彈的重要一步。而后，曾主持建立中國第一座核物理實驗室的趙忠堯，加入了共和國初期的原子核科學(xué)研究隊伍，參與核反應(yīng)的相關(guān)實驗。

1964年，在新疆羅布泊荒漠，中國第一顆原子彈終于試爆成功。彼時的趙忠堯，正忙于為下一代物理人才奔走，落實中國科技大學(xué)“近代物理系”課程設(shè)置。而他多年前的學(xué)生王淦昌、錢三強、鄧稼先、彭恒武等被后世稱為“兩彈一星”元勛的物理學(xué)家們，則長久地扎在核武器研制基地里，為此刻的爆炸歡呼。

但趙忠堯的人生并不是一來就與核直接相關(guān)。在最開始探索物理時，他是宇宙射線的研究者，是物理史上首個觀測到正負電子湮滅的反物質(zhì)發(fā)現(xiàn)者，是值得一個諾貝爾獎的物理學(xué)家。

他曾說：“一個人能做出多少事情，很大程度上是時代決定的。”所以哪怕諾貝爾獎委員會錯誤評估了其工作成績，趙忠堯?qū)Υ艘膊辉诤?，不申辯。在更長的時間維度里，他更加務(wù)實且堅韌，只求做成事，不問名。

正—負電子對湮滅

20世紀頭30年，物理學(xué)界的新發(fā)現(xiàn)異常多。

玻爾提出“原子模型”與“互補理論”，與愛因斯坦來回交鋒；海森堡的“矩陣力學(xué)”橫空出世，而后與薛定諤的“波動力學(xué)”握手言和，被狄拉克與約旦證明兩者在數(shù)學(xué)上等價；緊接著狄拉克又給出了狄拉克方程，在無意識的情況下，以理論計算的方式預(yù)言了反物質(zhì)正電子的存在。

趙忠堯的故事，從這里開始。

狄拉克方程被提出的這一年，1928年，在美國加州理工學(xué)院讀博的趙忠堯從密立根教授手中接過“硬伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收系數(shù)”的論文題目。他用鉈208作為輻射源，讓其輻射出能量為2.65MeV的硬伽馬射線分別穿過輕元素和重元素，以觀測、計算吸收系數(shù)。

在當時的物理世界里，物理學(xué)家們普遍認可伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收，是由康普頓散射所引起的。于是，他的這個實驗，主要是為了檢驗剛問世的，用于描述康普頓散射的克萊因—仁科公式是否正確。

做實驗從來不是一件簡單的事。因?qū)嶒炇夜ぷ骶o張，趙忠堯通常需要上午上課，下午準備實驗儀器，夜晚通宵取數(shù)據(jù)?！盀榱吮ＷC半小時左右取一次數(shù)，不得不靠鬧鐘來提醒自己。”趙忠堯在小傳中這么寫道。

好在斷斷續(xù)續(xù)的睡眠最終換來了可靠的實驗結(jié)果。

趙忠堯通常需要上午上課，下午準備實驗儀器，夜晚通宵取數(shù)據(jù)?！盀榱吮ＷC半小時左右取一次數(shù)，不得不靠鬧鐘來提醒自己?！?/p>

當趙忠堯?qū)嶒灲Y(jié)果與克萊因—仁科公式做比較時，發(fā)現(xiàn)：只有當硬伽馬射線穿過輕元素時，實驗結(jié)果才與公式相符合；當硬伽馬射線穿過鉛等重元素時，其吸收系數(shù)要比公式所給出的數(shù)值大出40%。

也就是說，當硬伽馬射線穿過重元素時，會產(chǎn)生反常吸收。

但這個實驗結(jié)果與密立根教授的預(yù)期不符。因擔心實驗結(jié)果有誤，密里根教授并沒有選擇立即發(fā)表該論文。

這一擱置，就是兩三個月。趙忠堯有些著急了，好在全程關(guān)注趙忠堯?qū)嶒灱毠?jié)的光譜學(xué)家鮑文教授出面，向密立根教授保證了實驗結(jié)果的可靠性，論文終于1930年5月在《美國國家科學(xué)學(xué)院院報》上發(fā)表出來。同時期，英國與德國的科學(xué)家也得出了類似的結(jié)果。

反常吸收的實驗告一段落，博士畢業(yè)所需的成果已有，此時距離趙忠堯畢業(yè)只剩下大半年的時間。但趙忠堯止不住好奇心，想要繼續(xù)探索硬伽馬射線與物質(zhì)相互作用的機制。

1930年春天，趙忠堯決定放手一搏，選定鋁元素與鉛元素作為輕、重元素的代表，開始比較兩者的散射強度，以探測散射輻射的強度和角分布。

第二個實驗開始，卻沒那么簡單。設(shè)備不穩(wěn)定，散射輻射比背景更弱，都可能導(dǎo)致實驗失敗。大膽、細心與耐心，以取消暑期旅行作為代價，最終讓趙忠堯在9月測得了良好的實驗結(jié)果。

結(jié)果顯示，當硬伽馬射線被鉛散射時，除了康普頓散射，伴隨著反常吸收還存在著一種特殊散射輻射。這種特殊散射輻射大致是同向各性的，波長為22X.U，即相當于0.5MeV的光量子。

這證明了硬伽馬射線在重元素中所出現(xiàn)的反常吸收，并不是由康普頓效應(yīng)所引起的，而是因為硬伽馬射線與原子核發(fā)生作用產(chǎn)生了正負電子對。而此次實驗首次發(fā)現(xiàn)的特殊散射輻射，正是一對正負電子湮滅并轉(zhuǎn)化為一對光子的湮滅輻射。

這個實驗結(jié)果是驚人的。

當年2月，奧本海默剛完成了論文《關(guān)于電子和質(zhì)子理論》，其根據(jù)狄拉克方程正式在理論上提出，電子一定有一個質(zhì)量相同的、帶正電的對應(yīng)物，即正電子。當時，泡利和玻爾都對這一假設(shè)持懷疑態(tài)度，而僅僅7個月后，趙忠堯便實際觀測到了正—負電子對的產(chǎn)生與湮滅。

彼時，趙忠堯還與在隔壁實驗室工作的安德遜談到，應(yīng)該在云室中做一次附加散射輻射實驗。

1930年10月，趙忠堯把包含著這個結(jié)果的論文《硬伽馬射線的散射》，發(fā)表在《物理評論》上。但這項開創(chuàng)性的工作，在當年并沒有得到應(yīng)有的重視。

因為在此后的一兩年內(nèi)，重復(fù)做這個高難度實驗的物理學(xué)家都曾陷入失誤，以至于得到混淆的實驗結(jié)果。這些實驗結(jié)果使得許多物理學(xué)家當時都沒有意識到，趙忠堯的第二個實驗已經(jīng)實際發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)正電子和電子湮滅。

不過，趙忠堯的附加散射輻射實驗引起了安德遜的極大興趣，為此安德遜開展了另外一個實驗——在云霧室中研究ThC伽馬射線與物質(zhì)的作用，測量次級電子的能量分布。

1932年，安德遜在云霧室照片中發(fā)現(xiàn)了正電子徑跡，正電子作為一種反物質(zhì)才正式進入了物理學(xué)家們的視野范圍。1933年，安德遜因此獲得了諾貝爾獎，但趙忠堯的貢獻卻被掩在歷史的煙塵之中。

50年后，1983年，楊振寧和李炳安決定擦亮趙忠堯的開創(chuàng)性成就。在搜集大量資料后，他們發(fā)表了論文《趙忠堯，電子對產(chǎn)生和湮滅》，澄清趙忠堯的發(fā)現(xiàn)乃是反常吸收方面研究的出發(fā)點，疏忽趙忠堯這一工作成績是諾貝爾獎評獎工作的失誤。

1933年，安德遜因此獲得了諾貝爾獎，但趙忠堯的貢獻卻被掩在歷史的煙塵之中。50年后，1983年，楊振寧和李炳安決定擦亮趙忠堯的開創(chuàng)性成就。

在這篇文章問世時，楊振寧與趙忠堯，或許會想起在西南聯(lián)大共同度過的那些日子。

賣肥皂的物理學(xué)家

“老人，小孩，小狗和猴子在大風雪中掙扎著前進，他們決不能倒下去?！?/p>

1940年代的周末夜晚，還是西南聯(lián)大學(xué)生的楊振寧坐在屋子里，給孩子們念出《苦兒流浪記》中的這句話。趙忠堯長女趙維志坐在當中，聽得津津有味。

1937年，抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，趙維志五歲，隨著父親母親從清華大學(xué)清華園西院31號南下逃亡，暫居在昆明的蕁麻巷19號。當越來越多的知識分子因北平無法安身南遷到此，昆明多了一所大學(xué)西南聯(lián)大，蕁麻巷也因此改名為文化巷。

是的，在做出開創(chuàng)實驗之后，趙忠堯并沒有留在歐洲或者美國繼續(xù)物理研究。在物理學(xué)新發(fā)現(xiàn)層出不窮的年代，國難砸在趙忠堯的心臟上。

于是，趙忠堯選擇告別物理學(xué)前沿，告別盧瑟福教授，決意回國。走前，盧瑟福教授叮囑他，回國后要通過政府或者實業(yè)家籌集經(jīng)費，繼續(xù)科研。

趙忠堯銘記于心。1931年冬天回國后，趙忠堯只做了三件事。教學(xué)、科研、創(chuàng)辦國產(chǎn)工業(yè)，在趙忠堯心里，這三件事是唯一能夠身體力行的報國救國路徑。

救亡圖存，是當時一切事務(wù)的大主題。

中國首個核物理課程和首個核物理實驗室，出自趙忠堯之手。彼時，在北平的清華大學(xué)內(nèi)，條件簡陋，吳有訓(xùn)接過理學(xué)院院長的職位，趙忠堯、薩本棟、周培源等多位教授硬是撐起了物理系，無中生有般在各自的領(lǐng)域教學(xué)、科研。

趙忠堯從德國聘請來一位技工，自行制作小型云霧室、蓋革計數(shù)器等實驗設(shè)備，又從協(xié)和醫(yī)院借來用過的氫管，當實驗用放射源。在這樣的環(huán)境下，趙忠堯仍然發(fā)出了若干論文，遠在大洋彼岸的盧瑟福教授還為其論文寫了按語。

“七七事變”前，趙忠堯還曾想過平民教育的道路。在河北定縣農(nóng)村，他目睹了貧苦、落后、缺少文化的民眾，觸動極大的趙忠堯更下定決心要改變這一切。

但想是一回事，做又是另一回事，沒有經(jīng)費，如何做？盧瑟福教授給過兩條路子，一個是企業(yè)，一個是政府。兩者，都離不開一個穩(wěn)定且強大的國家。

“這對我以后參加辦鉛筆廠，為國家采購儀器、部件，加工設(shè)計等都是有影響的?！壁w忠堯自述道。彼時，想要工業(yè)救國的趙忠堯還曾聯(lián)合葉企孫教授，以及施汝為和張大煜等好友，拿出不多的工資積蓄，辦了一個鉛筆廠——這是后來的“中華牌”鉛筆廠。

無論是科學(xué)救國，還是實業(yè)救國，事情本該艱難但還算順暢地進行下去，直到“七七事變”爆發(fā)，一聲又一聲的轟炸警報在大陸上空盤旋。不過，烽火連天并不能阻止知識流動。

日軍轟炸日趨頻繁之時，西南聯(lián)大員工遷居昆明郊外。原本天天步行前往西南聯(lián)大執(zhí)教的趙忠堯改騎了自行車，上午給學(xué)生們上普通物理，下午則帶學(xué)生們做物理實驗。

李政道曾說道：“凡是1930年代到20世紀末在國內(nèi)成長的物理學(xué)家，都是經(jīng)過趙老師的培養(yǎng)，受過趙老師的教育和啟發(fā)的，趙老師也是我的物理學(xué)啟蒙老師之一。”

1931年冬天回國后，趙忠堯只做了三件事。教學(xué)、科研、創(chuàng)辦國產(chǎn)工業(yè)，在趙忠堯心里，這三件事是唯一能夠身體力行的報國救國路徑。

在這種環(huán)境下，參加留美研究生考試的楊振寧，拿到了趙忠堯與王竹溪兩位教授的聯(lián)名培養(yǎng)意見信。彼時，這場考試只會選拔出一名物理系學(xué)生赴美留學(xué)，且這個名額只留給了高壓電實驗物理學(xué)的學(xué)生。但楊振寧決定要讀理論物理。

趙忠堯與王竹溪兩人聯(lián)名給西南聯(lián)大校長梅貽琦寫了一封信，講明楊振寧的天賦特點，分析國際研究的形勢，推薦予以變通，讓楊振寧鉆研理論物理。1945年，楊振寧拿到庚子賠款赴芝加哥大學(xué)留學(xué)，專注于理論物理。

而這年春天，李政道18歲，同樣疑惑選理論物理還是實驗物理。于是，他被吳大猷領(lǐng)進了趙忠堯的院子。

一進院，兩人就看見趙忠堯在忙活著做肥皂。李政道與“趙老師”的第一次見面，從與物理學(xué)無關(guān)的活動開始。戰(zhàn)亂年代，趙忠堯一家靠著這些肥皂補貼家用，還要推著自行車每家每戶送貨、推銷。

李政道后來打趣道：“（原來）做一個偉大的實驗物理學(xué)家，不但本行要精通，還要掌握住化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)……因此我說實驗物理恐怕不適合我，決定還是朝理論物理方向發(fā)展?！?/p>

其實趙忠堯一直以來是不怕“跨行”、敢想敢干的，無論是化學(xué)還是加速器。在西南聯(lián)大任教時，趙維志就已經(jīng)常聽到父親說，“要是有一臺加速器就好了，圓的沒有，直線的也行”。

原因也很簡單，沒有基礎(chǔ)實驗設(shè)備，中國想要進行核物理研究幾乎不可能。于是，趙忠堯真的動手做了。

加速對撞

1946年參觀完美國的原子彈實驗后，趙忠堯首先訪問了回旋加速器的發(fā)明者，勞倫斯教授。因薩本棟盡全力所籌集到的5萬美元，是遠遠不足以購買一臺加速器的，趙忠堯于是想，只能自己做一臺了。

由于政治原因，趙忠堯后續(xù)無法在勞倫斯教授的實驗室中繼續(xù)工作，便輾轉(zhuǎn)于麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院的幾個實驗室中，一邊繼續(xù)科研，發(fā)表論文，一邊學(xué)習、咨詢?nèi)绾巫龀鲆慌_加速器，一邊四處跑加工廠，采購零星的物理器材，或者用義務(wù)勞動換取一些電子儀器。

前后兩年時間，趙忠堯一心撲在加速器上，拜托了一圈美國師友幫忙，每日工作十幾個小時，只為了能在腦子里刻下加速器部件數(shù)據(jù)與技術(shù)。

他好不容易定制的加速器部件和核物理實驗器材，無論如何都要帶回中國。

趙忠堯在小傳中提到，當時“有人笑我是傻瓜，放著出國后搞科研的大好機會不用，卻把時間用在不出成果的事上。好心的人也勸我，‘加速器不是你的本行，為什么白白地耗費自己的時間精力呢？’”

趙忠堯的答案非常簡單，他想把精力用在對祖國科學(xué)發(fā)展有益的事上。

他好不容易定制的加速器部件和核物理實驗器材，無論如何都要帶回中國——彼時趙忠堯聯(lián)系運輸公司時，這批器材已經(jīng)被美國聯(lián)邦調(diào)查局盯上，還扣下了四套完整的供核物理實驗用的電子學(xué)線路。

趙忠堯十分惋惜，因為這些線路是麻省理工學(xué)院宇宙射線實驗室羅西主任專門派人焊接的。還好，定制的其他器材最終順利裝成了30多個箱子，起運前往中國。

器材回國不易，人回國亦不易，尤其是如趙忠堯這般的物理學(xué)家。1950年春趙忠堯就已經(jīng)準備回國，費勁到8月底，才終于登上了“威爾遜總統(tǒng)”號海輪離開舊金山。

一上船，趙忠堯的行李就被聯(lián)邦調(diào)查局翻了個遍，一批公開出版的物理書籍與期刊遭扣押。后來，同乘“威爾遜總統(tǒng)”號的錢學(xué)森被關(guān)在了特米那島，趙忠堯也沒有幸免于難。

輪船駛到日本橫濱港口停靠，一艘飛艇駛來。趙忠堯預(yù)感不妙，迅速將科研記錄本托付給可信任的同僚。美軍便衣人員迅速下了飛艇，把同在加州理工學(xué)院學(xué)習過的趙忠堯、沈善炯和羅時鈞三人押走，關(guān)進了日本的巢鴨監(jiān)獄。

因與核機密有關(guān)的“間諜嫌疑”，趙忠堯被迫穿上了印有“P”字樣的囚服。趙忠堯的所有物品都被做上標記，他的工作筆記本也被美軍抄走。

與聯(lián)邦調(diào)查局糾纏的兩個月里，老朋友傅斯年曾發(fā)急電給趙忠堯，勸趙忠堯赴臺共事，“以防不測”。但趙忠堯只想返回大陸，選擇留在監(jiān)獄里，甚至向一位牢友學(xué)習了日文。

迫于國際壓力，在被扣留了47天后，趙忠堯等三人終于被放出監(jiān)獄，1950年11月底，趙忠堯終于踏上歸途。一回國，趙忠堯便赴上海交通大學(xué)楓林橋科學(xué)院禮堂，做了一場題為《核力與介子》的學(xué)術(shù)報告，向中國人介紹最前沿的物理研究。

“他是最初向新中國青年介紹涉及科學(xué)前沿的學(xué)術(shù)報告的，也是當時最有政治影響和最富有制造工業(yè)前景的問題?！甭犃诉@堂課的物理學(xué)家沈經(jīng)提到。

當然，此時最重要的，還是如何利用好在美國自制的一系列加速器部件。在當時的中國，離子源、加速管、高壓電極等加速器核心技術(shù)都是極高精尖的技術(shù)。在一窮二白的情況下，留在中國科學(xué)院的趙忠堯又開干了。

加速器是研究粒子間作用、解開核力密碼的基礎(chǔ)核物理實驗儀器，自己不會動手做，在核物理研究方面也就受制于人。趙忠堯在美國各個實驗室中跨行學(xué)到的技術(shù)，此刻派上用場。

作為整個靜電加速器組的主持人，趙忠堯的任務(wù)是，凝聚葉銘漢等后來聲名赫赫的物理學(xué)家們，盡早造出加速器。

1955年和1958年，中國造出了兩臺龐然大物，分別是700KeV質(zhì)子靜電加速器與2.5MeV高氣壓型質(zhì)子靜電加速器。后者，因為研發(fā)時在加速管與真空部件上做得仔細，質(zhì)量比從蘇聯(lián)進口的加速器還要好。

再次回國，趙忠堯陷入了“慣性”之中。在制造加速器過程中培養(yǎng)一批掌握高精尖技術(shù)的青年科技人才還不夠，他再度投入教育事業(yè)，兼任中國科技大學(xué)近代物理系主任，為中科大近代物理系引來嚴濟慈、張文裕等一流專家授課。

中科大近代物理系，從1958年到“文革”之前培養(yǎng)了800名畢業(yè)生，這些畢業(yè)生大多成為中國原子核和高能物理研究領(lǐng)域的中堅力量。

“總是要多做點什么”的信念，貫穿了趙忠堯的一生。到80余歲高齡時，趙忠堯還召開過一次家庭會議。那天，趙忠堯?qū)χ胰嗽儐柕溃骸拔沂歉愀吣芗铀倨鳎€是搞點理論物理，還是到實驗室再去動手呢？”

一回國，趙忠堯便赴上海交通大學(xué)楓林橋科學(xué)院禮堂，做了一場題為《核力與介子》的學(xué)術(shù)報告，向中國人介紹最前沿的物理研究。

兒女三人反對他再去實驗室，理由是趙忠堯已因高齡手抖?！八f那我可以指導(dǎo)年輕人。他總歸是要干?！遍L女趙維志提到。

趙忠堯沒閑下來過。1981年，中國決定建造北京正負電子對撞機。那時還住在中關(guān)村的趙忠堯會特意乘坐班車到實驗室去，和一線科研人員一起調(diào)試實驗。

1988年10月，中國第一座高能加速器北京正負電子對撞機首次實現(xiàn)正負電子對撞。約一年后，作為技術(shù)鑒定專家，時年87歲的趙忠堯正式在北京電子對撞機、北京譜儀鑒定書上鄭重地簽下名字。

很多人不明白，明明早已站在高能物理前沿的趙忠堯，為何屢屢選擇跨行，為什么要培養(yǎng)人才，為什么要自己制造儀器，又為什么關(guān)注制造工業(yè)。

不解的，也包括曾在高能物理研究所就職的沈經(jīng)?？僧斨刑K關(guān)系惡化，專家、技術(shù)與核心儀器部件全部被撤回時，沈經(jīng)體會到了這一切的分量。自主能力，即防御能力。

從1949年新中國成立，到1964年原子彈爆炸，再到1989年北京正負電子對撞機投入運行，中國能夠在短短40年內(nèi)做到的這一切，背靠的不是一兩個人，而是無數(shù)相關(guān)背景的科學(xué)家、工程師與基地。

而為了加速這一切，趙忠堯不再執(zhí)著于正負電子湮滅的發(fā)現(xiàn)，而是四處搜集可用的科研與物質(zhì)資源。這一路，從1931年“九一八”事變開始，到1998年趙忠堯逝世，他走了67年。