2021年2月11日是中国农历除夕,也是联合国的国际妇女和女童科学日。在这一天,美国邮政署(USPS)发行一枚纪念著名物理学家吴健雄的永久邮票。邮票由Ethel Kessler设计,原画作者为华裔艺术家Kam Mak。在线发行仪式将于美国东部时间2月11日上午11点(北京时间2月12日零点)在美国邮政署的脸书和推特账号上举行。吴健雄的孙女袁婕塔(Jada Yuan)和哥伦比亚大学物理和数学教授Brian Greene将出席仪式。

健雄纪念邮票
书香门第

吴健雄是20世纪最有影响的核物理学家之一。她1912年5月31日出生于江苏省太仓县浏河镇的一个书香门第。

童年吴健雄(右二)与家人在一起
吴健雄
小学就读于父亲吴仲裔为女童创办的明德学校,11岁就离开家乡进入江苏省立苏州第二女子师范学校。

少女时代的吴健雄

师范学校毕业后,吴健雄在上海中国公学学习一年,期间选修了兼任公学校长的北大教授胡适开设的“有清三百年思想史”,获得了一百分的成绩。吴健雄说父亲和胡适是对她影响最大的两个人,胡适也曾在公开场合说过,有吴健雄作学生是他生平最得意,也最值得自豪之事。

胡适与吴健雄
1930年,吴健雄进入南京中央大学数学系,一年后转到物理系。

吴健雄在中央大学的学籍卡照片
吴健雄的本科毕业论文指导老师是居里夫人的唯一一位中国物理博士施士元,所以她可谓是居里夫人的再传弟子。1934年大学毕业后,吴健雄先后在浙江大学和中央研究院工作。

晚年吴健雄与施士元
远渡重洋
1936年夏,吴健雄赴美留学。她乘船抵达旧金山,计划在此停留一周后前往密歇根大学攻读博士。
加州大学伯克利分校
一位新来的物理系研究生袁家骝带她参观了由劳伦斯(Ernest Lawrence)领导的
伯克利
放射实验室。吴健雄听说密歇根大学的学生中心不允许女生从正门进入,于是她改变了计划,决定留在伯克利读书。尽管当时
伯克利
已经开学,吴健雄仍然被破格录取。

劳伦斯在他发明的回旋加速器上工作

袁家骝的父亲袁克文是袁世凯的次子,为人轻财重义,有风流才子之称。到袁家骝这一代,家境已不算富裕。袁家骝赴美买的是三等舱船票,到美国时身上只有40美元。当时亚裔学生很难得到奖学金,吴健雄和袁家骝只获得了薪酬较低的助教职位。1937年,袁家骝申请到了加州理工学院的奖学金,便转学到加州理工学院,师从该校校长、诺贝尔奖得主密立根(Robert Millikan)。

在加州理工学院发展史上占有重要地位的密立根

吴健雄在伯克利的名义导师是劳伦斯,实际导师是塞格雷(Emilio Segrè),均为诺贝尔奖得主。1940年,吴健雄获得博士学位。尽管她完成了非常出色的研究工作,有两位导师的大力推荐,还是未能取得教职。于是她留在放射实验室做博士后。

塞格雷(居中)、奥本海默(J. Robert Oppenheimer,前方)、吴健雄(右一)在伯克利的一次晚宴中。
1942年,吴健雄与袁家骝在密立根的家中举行婚礼,钱学森为他们的婚礼拍摄了影片。

袁家骝与吴健雄的婚礼
密立根夫妇出席婚礼

婚后,吴健雄夫妇搬到了东海岸。吴健雄任教的史密斯学院是一所声誉卓著的女校,但没有从事核物理实验的条件。在劳伦斯的帮助下,吴健雄成为普林斯顿大学物理系的第一位女性教员。(普林斯顿大学直到1969年才开始招收女学生。)1944年,吴健雄加入了研制原子弹的曼哈顿工程。她在伯克利期间的研究工作是排除反应堆一个意外故障的关键。

1946年,吴健雄(右二)因为在曼哈顿工程中发挥的重要作用而获得《Mademoiselle》杂志的“年度女青年”奖。

二战后,吴健雄在哥伦比亚大学任教。1947年,吴健雄诞下独子袁纬承。据吴健雄的孙女袁婕塔说,爱因斯坦曾到医院看望产后的吴健雄。

吴健雄夫妇与儿子袁纬承
名留宇称

自然界中有四种基本力:电磁力、弱相互作用、强相互作用、万有引力。1956年,李政道和杨振宁提出弱相互作用中的宇称不守恒定律,其大致意思是,“左”和“右”在弱相互作用里是不对等的。这严重违背了人们的直觉,诺贝尔奖得主泡利(Wolfgang Pauli)因此说:“我不相信上帝是一个弱的左撇子。”李政道是吴健雄在哥伦比亚大学的同事,他跟吴健雄讨论了宇称不守恒定律。吴健雄立刻指出可以利用钴60作为β衰变放射源,去检验宇称不守恒定律。杨振宁后来说,当时他们也和其他科学家谈过这一问题,但只有吴健雄看出其重要性并开始做实验。

李政道与杨振宁在普林斯顿高等研究院

吴健雄1936年抵美后,还没有回过中国。她本来计划跟袁家骝在当年夏天访问台湾,但为了做这个实验,她取消了度假计划,留在美国准备实验。这一实验需要在低温的环境里进行。吴健雄不是低温物理方面的专家,也没有相关设备,于是她联络了位于华盛顿的国家标准局的安伯勒(Ernest Ambler)等人,与他们合作。实验于1956年9月开始,在国家标准局进行。连续几个月,吴健雄每周往返于纽约和华盛顿之间。
安伯勒左二)等四位参与实验的国家标准局科学家
实验消息逐渐传开,然而很多物理学家对此并不以为然。泡利说做这个实验是浪费时间,他愿意押下任何数目的钱,来赌宇称一定是守恒的。

泡利与吴健雄

1956年12月,实验取得了重大进展,基本上已经证实了宇称不守恒定律。然而,对于这样一个将会改写物理学历史的实验,吴健雄的态度是谨慎又谨慎,她还需要进一步的实验和计算来反复查证。1957年1月4日,从李政道那里得知吴健雄小组的进展后,哥伦比亚大学的两位物理学家莱德曼(Leon Lederman)和加文(Richard Garwin)立刻设计了一个更加简单的实验,只用四天就做出来了,证实了宇称不守恒定律。吴健雄小组的实验最后完成于1月9日,比莱德曼等人晚一天。但莱德曼是得知吴健雄的进展后才想到做这个实验,所以他没有马上投寄论文,而是等待吴健雄完成实验后才跟吴健雄等人一起投稿。两个小组的论文同时背靠背发表在《物理评论》上,宣告了宇称守恒这一传统物理观念的终结。
左起:李政道、莱德曼、施瓦茨(Melvin Schwartz)、斯坦伯格(Jack Steinberger)、丁肇中。中间三人在1988年因中微子方面的工作获得诺贝尔物理学奖。
宇称不守恒
是对人类物理思想和哲学理念的重大冲击。李政道和杨振宁在实验完成当年便因为提出宇称不守恒定律而获得诺贝尔物理学奖,然而为验证宇称不守恒定律做出最大贡献的吴健雄没能分享这一荣誉。包括诺贝尔奖得主斯坦伯格在内的很多人都认为这是不公正的,吴健雄应该获得诺贝尔奖。

1989年1月,吴健雄在给斯坦伯格的一封信中说:“像你这样一位近代物理的伟大批评者,所给予我这样一个罕有的称赞,是比任何我所期望或重视的科学奖,还要更有价值。我的一生,全然投身于弱相互作用方面的研究,也乐在其中。尽管我从来没有为了得奖而去做研究工作,但是,当我的工作因为某种原因而被人忽视,依然是深深地伤害了我。”
吴健雄未能获奖的原因至今仍不清楚,引发了很多猜测。通常来说,诺贝尔奖的档案在颁奖50年以后可以公开,而1957年到今天已经六十多年。前些年曾有人联络诺贝尔奖基金会,要求查询当年资料,以了解吴健雄未获奖的原因。诺贝尔奖
基金
会的答复是,因为两名获奖者李政道和杨振宁仍健在,所以
档案
还不能公开。

1958年的吴健雄
誉满天下

尽管未能获得诺贝尔奖,吴健雄的贡献还是得到了公认。1958年,吴健雄升为哥伦比亚大学正教授,当选美国科学院院士,并成为首位获得普林斯顿大学名誉博士学位的女性。她在1975年成为美国物理学会首位女性会长和首位非白人会长。1975年,她获得美国国家科学奖章,是第二位获奖女性。她在1978年获得首届沃尔夫物理学奖,这是物理学界仅次于诺贝尔奖的荣誉。(关于沃尔夫数学奖的一些故事,参见《
那些不被允许领取菲尔兹奖的数学家
》。)


福特总统给吴健雄颁发国家科学奖章

1973年起,吴健雄夫妇多次回国访问讲学。他们捐资数百万美元设立了多个奖学金支持国内的科教事业。

三代国家领导人接见吴健雄

1997年2月16日,吴健雄在纽约逝世,享年84岁。她的骨灰安葬在幼年就读的由父亲创办的明德学校中。这位杰出的物理学家,在历经沧桑后,终于魂归故里。

吴健雄墓园水池里的两个石球象征着验证宇称不守恒的实验原理。
杨振宁为吴健雄墓园题名
李政道为墓园造型解释题写碑文
明德学校内的吴健雄塑像
文中图片均来源于网络
【主要参考文献】

[1] 江才健,《物理科学的第一夫人——
吴健雄

[2] 维基百科
[3] USPS, Nuclear Physicist Chien-Shiung Wu to be Honored on a U.S. Postal Service Commemorative Forever Stamp

[4] 太仓市明德中学,《吴健雄墓园》

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