在原子核物理灿然大起的年代，
她因着一些重要实验，
位列20世纪顶尖实验学家。
但为何与诺贝尔物理奖失之交臂？

上世纪40 年代末期，在世界原子核物理领域，吴健雄无疑已经位列首屈一指顶尖实验专家的地位，她在美国加州大学柏克莱分校时代的老师欧本海默（J. Robert Oppenheimer）、劳伦斯（Ernest Lawrence）、当时理论物理大师包立（Wolfgang Ernst Pauli）对于她的评价，可以说都是吴健雄后来声名鹊起科学事业的最佳背书。

吴健雄的科学志业，始于受业中国南京的中央大学物理系，当时她已得到中央大学一些有名物理学家老师的赞赏，其中有曾经受教于法国巴黎大学居礼夫人门下的施士元。1936年她由中国上海乘船赴美前，只在上海中央研究院物理研究所跟随由美国回来的女性物理学家顾静薇做了一年实验，后来在加州大学柏克莱分校做的实验，就展现出不凡的实验设计能力以及对于科学内涵的一种透视才份，可以看出她是一位天才型的实验物理学家。

其实吴健雄原本得到的入学许可是密歇根大学，但是她到了旧金山，由早几个星期才到的袁家骝导览参观后，感受柏克莱蓬勃锐起的科学朝气，立即下决定不去美国中西部的密歇根大学，转而留在柏克莱分校念书。这正反映出吴健雄善于把握机会，也不吝于主动争取的个性，吴健雄在上海以二等舱船票价，买到仅剩的一张头等舱船票，也是同样的风格。只不过与她结伴同船赴美的化学系同乡好友董若芬，因为感觉被吴健雄半路放了鸽子，两人从此不再往来。

当时的加州大学柏克莱分校，因为有欧本海默、劳伦斯等一批年轻聪明的物理学家，柏克莱的物理研究所就成为美国物理科学的新起之地，而陆续加入的例如吴健雄等一些物理新血，更让柏克莱在二战之后，很快成为美国物理科学的一方重镇。

备受关注的β衰变

近代科学化约论在20世纪最大的成就，是量子论的发展。19世纪末，包括居礼夫人在内的三位法国科学家发现了自然界的放射现象，不但让他们得到1903年第三次颁发的诺贝尔奖，他们所提出放射阴性粒子的β衰变，也成为往后几十年最受关注的一个物理科学领域。

1936 年吴健雄进入柏克莱物理研究所，正是原子核物理灿然大起的年代，吴健雄在柏克莱的头一个实验，是探究放射性铅因β衰变放出电子，激发产生出两种X光的现象，指导她的是因为发明回旋加速器，后几年得了诺贝尔奖的劳伦斯。吴健雄的这个实验，不但给当时几位著名物理学家的理论工作，建立了坚实的实验基础，也探察出其他科学家进行类似实验结果与理论不相符合的原因。

1938年底在德国发现的铀原子核分裂现象，是当时最令人震惊的物理工作，在这项工作中具关键贡献的是德国女性物理学家梅特纳（Lise Meitner），实验发现时梅特纳因为逃避可能的纳粹迫害，已经移居瑞典，因此她的贡献遭到忽视，令爱因斯坦大表不满。吴健雄是另外一位对梅特纳惺惺相惜，也对之评价甚高的物理学家，后来50年代还曾经邀请梅特纳到吴健雄所在的美国哥伦比亚大学去访问。

1939年起，吴健雄开始探究铀原子核分裂后的产物，这时指导她的是曾经追随大物理学家费米（Enrico Fermi）在意大利罗马进行实验的塞格里（Emilio Segrè）。塞格里是一位很正派的指导者，由于吴健雄在原子核物理实验有不凡才份，一次吴健雄写好一篇合作论文，塞格里主动删去了自己的名字，因为认为那是吴健雄独力完成的。1939年在柏克莱国际学舍的晚宴，有一张塞格里和吴健雄以及欧本海默同桌的合照，在这张十分出名的照片中（参见下图），只有塞格里因为发现反质子在1959年得到了诺贝尔奖，但是以在物理科学中的地位来说，依次是欧本海默、吴健雄和塞格里，虽说欧本海默与吴健雄都没有得到诺贝尔奖。

欧海默本（前）、吴健雄（后右）与塞格里（后中），摄于1939年。

当时在世界原子核物理圈中，有一个心照不宣的关注，那就是铀分裂连锁反应的可能性。一次在柏克莱的讨论会，主持物理研究所的欧本海默邀请吴健雄来讲原子核分裂的新发展，吴健雄讲了一个小时的纯物理，然后她提到连锁反应的可能。接着她说：「现在我必须停下来，我不能再讲了。」这时吴健雄看到座上的劳伦斯哈哈大笑，劳伦斯还回过头看看后面的欧本海默，欧本海默也哈哈大笑。

1942 年欧本海默衔命主持美国造原子弹的「曼哈顿计划」，吴健雄因为不具公民身分，没能参与核心工作，但是她确实提供了关键的贡献。那时候在华盛顿州的汉福是「曼哈顿计划」一个重要据点，1944 年汉福的加速器原子核连锁反应，运作几个小时就会停止，过几个小时又再恢复，主其事的费米和惠勒（John Wheeler）观察到这种现象与时间的相关性，怀疑是核反应中某种产物吸收了大部份中子造成的。

吴健雄在柏克莱对于铀元素分裂产物的中子吸收截面，做过相当深入的研究，于是汉福方面便联络吴健雄，希望取得她因为保密而没有发表的论文。因此也才知道，造成连锁反应停止的是半衰期9.4小时的钝性气体氙（Xe），后来核能电厂的铀燃料棒会用锆合金包起，为的也是防止这种吸收中子气体溢出，妨害到分裂连锁反应。

β衰变实验的一些难题

1944 年吴健雄以资深科学家的头衔进入哥伦比亚大学，主要工作是γ射线探测器的发展工作，1945年二战结束，吴健雄开始了奠定她在物理科学界顶尖地位的重点提要

原子核β衰变实验。在原子核β衰变实验方面，20世纪有三位卓有贡献的女性物理学家，那就是居礼夫人、梅特纳和吴健雄，其中居礼夫人虽说名声显赫，但是真正做出极重要工作的是梅特纳，但是因为女性和犹太族裔备受歧视，没有得到应得的待遇，对于β放射衰变有深刻认识的吴健雄，对梅特纳推崇备至，给予她比居礼夫人还高的评价。

当时β衰变实验上的一个问题，就是β衰变光谱的复杂谱线，如何分辨这些谱线的不同意义？为什么β衰变谱线会显现电子有不同的能量？这些不同能量的电子又从何而来？是当时科学家的一大挑战。在实验方面很有造诣的梅特纳和另外一位物理学家艾里斯（Charles Ellis），还为了β衰变放射的电子，是一开始就有不同能量，还是受到其他因素影响的结果，起了纷争。梅特纳起初认定放射电子是有着相同的能量，后来她做了一个很好的实验，承认自己看法是错的。

β衰变因为放射电子的不同能量，会产生复杂的连续光谱现象，却给当时物理科学带来了一个问题，那就是能量守恒，当时物理学界甚至有一种看法，认为量子力学的观念在原子核物理中，大概都是不对的。大科学家波耳（Niels Bohr）在1930年的一次演讲中说：「在现阶段的原子理论，我们没有实验上的，也没有理论上的证据，来支持β衰变中的能量守恒。」造成这种困境的根本原因，其实来自当时科学家认为电子是在原子核内部的想法。

对于电子是否在原子核内部的困惑，当时有一个极出名的故事。量子力学的开创者之一，后来德国原子弹计划主持人的海森堡（W. Heisenberg）一直怀疑电子在原子核内部的想法。1931年春季某一天，天气很热，他和奥地利著名的物理学家外斯科夫（V. Weisskopf）坐在一个游泳池外面。海森堡说：「这些人进去和出来时都穿着衣服，你是否可以由此推论他们是穿着衣服游泳呢？」这个问题的理论困境，后来是由思想锐利的奥地利理论物理学家包立提出的微中子构想解决了。

包立是有深刻批判思维的物理学家，也是一个十分自负的人，年轻时一次他在听了爱因斯坦演讲之后，曾说出「爱因斯坦先生的说法不那么笨」的评语，二战期间他在美国认识了吴健雄，一直对吴健雄赞誉有加，认为吴健雄对于物理的专注投入，令人钦仰。

包立初提出微中子构想时受到许多质疑，他自己也没有大力宣扬，还说了「我比狄拉克聪明」的名言，后来还是大物理学家费米把这种电中性粒子命名为微中子，费米也在1934年发表了著名的β衰变理论。有人以为，即使费米其他工作都没有做，光以1934年的这篇论文，就可以位列20世纪最顶尖的理论物理学家。

包立与吴健雄

费米提出β衰变理论之后，发现这个新理论并不能满足所有的实验数据，因此造成众说纷纭的争吵局面，这其中的关键来自所谓的「慢中子效应」。慢中子有点像滚动速度很慢的高尔夫球，球场的一点不平整就会对球造成很大影响，吴健雄于是想到，由于慢中子对于环境的敏感性，放射源的厚度与均匀性一定也会造成影响，1949年她用了一个十分简单却十分精巧的办法，来得到厚度既薄、分布又很均匀的放射源。

吴健雄在一盆水中加入一滴清洁液之类的化学溶剂，这些溶剂会扩散形成一个薄膜，再用一个铜环由水中套出一圈薄膜，然后在这薄膜上滴上一小滴含放射性铜的溶液，简单的表面张力原理，使这些放射性铜均匀分布在薄膜上，而且厚度很薄，等这个溶液干了，便拿
来做为实验之用。

这个实验看似简单，其实并不容易，因为这个问题是大科学家费米曾经一再实验却弄不清楚的。吴健雄的实验结果和费米的理论完全吻合，可以说把多年来的纷争一下子全厘清了。吴健雄也因此在β衰变领域中，有了举世闻名、一流精确实验物理学家的声誉。

这一年吴健雄也做了正负电子烟灭产生两个光子散射偏振的实验，被认为是当前十分热门的「量子缠结」（亦称量子纠缠）研究最早的实验先驱，另外中国复旦大学物理系教授施郁在微信公众号「赛先生」发表的〈粒子物理中量子纠缠的历史起源：吴健雄、杨振宁、李政道及其他先驱〉（点击题目阅读），对于其中的科学与历史渊源有更完整的说明。

诺贝尔奖的纷争

上世纪50年代，吴健雄终于突破哥伦比亚大学的性别歧视往例，成为有永久聘任资格的副教授，1956年吴健雄更做出了她一生最重要的弱作用中宇称不守恒实验。吴健雄选择利用钴60做为β衰变放射源，再用极化原子技术来进行探测，这个设计上很困难的实验，不只显现出吴健雄在β衰变弱作用方面的深刻认知，也看出她独具慧眼的科学直觉判断。

吴健雄的这个实验，面临着两个原子核物理实验从未尝试的挑战；一是要让计数β衰变的电子探测器，在极低温环境下还能保持功能正常，另外则是要使一个非常薄的β放射源，保持原子极化状态够长的时间，以得到足够的统计数据。

这个轰动20世纪的实验成果，被认为是二战以后最重要、最惊人的实验，虽然吴健雄没能与提出理论猜想的杨振宁和李政道同获次年的诺贝尔奖，但是确实已经登上了世界原子核实验物理的顶峰地位。

吴健雄一生还有其他一些重要的实验工作，例如60年代所做的，对于后来电弱理论以及标准模型带来重要影响的证实向量流守恒实验，都足以让她位列于20世纪顶尖的实验物理学家，但是终其一生，吴健雄却没有得到世俗名声上最显赫的诺贝尔奖，连她自己也是耿耿于怀。

一般认为，吴健雄最有机会却失之交臂，没能与杨振宁、李政道一同得到1957年诺贝尔物理奖，极可能与她和合作的物理学家关系不睦有关，尤其那实验团队领头两位物理学家出身的英国牛津大学，传闻曾施压诺贝尔奖委员会。我写《吴健雄传》时，曾经与吴健雄合作的几位低温物理学家见面访谈，感受到其中两人对吴健雄强势作风的不快，加以实验成功之后，吴健雄所在的哥伦比亚大学又大张旗鼓开记者会宣扬，让美国国家标准局的合作科学家感觉，他们只是帮吴健雄打杂的技术人员，心中更是不快。

这些传闻与间接证据的孰是孰非，恐怕要等待与此相关人士不在之后，由颁奖档案历史文件才能够厘清。2012年我负责制作拍摄吴健雄的纪录片，曾经再次联络当年与吴健雄合作的四位科学家，其中三人因年老、健康与故世缺席，当年年岁最轻研究生给我回的电子邮件中有一句话说：「在与吴博士合作的时间中，我越来越加的欣赏她，也希望她得到合宜的评价。」可以说是对于吴健雄错失的科学机缘，有着历史意义的一个平反脚注。

物理科学的第一夫人

去年是吴健雄110岁的冥诞，吴健雄求学时南京中央大学所在地的东南大学，特别举行盛大纪念会，除邀请我出席庆会，也请我联络杨振宁先生或能发表简短视频，之后杨振宁发来一封200字的短文，并要我代他宣读。我就把在庆会上宣读杨先生短文以及简短的发言，做为此文的结语。

黄校长，各位现场和在线的贵宾，各位老师、同学们：

今年2月，东南大学吴健雄学院的陆挺老师，邀请我出席吴健雄先生110岁诞辰的纪念会，后来也希望我联络杨振宁先生，看是否能请杨先生发一个视频。我同杨先生联络，百岁高龄的杨先生很快回了讯息，他说会写一个短文，并要我替他宣读，不久杨先生就发来用电
脑打出的短文，我想了一下，觉得这个文章也许有些历史意义，于是再联络杨先生，请他让秘书把短文印出来，也请杨先生在上面签名寄来给我。今天我带来这份有杨先生签名的短文原本，宣读后便留交东南大学，现在我宣读杨振宁先生的短文：

1956年夏，吴健雄组织了一个实验组，开始研究钴-60衰变中左右是否绝对对称，当时整个物理学界都认为，左右当然应该绝对对称，所以她的实验就变成了大物理学家如Pauli、Feynman、Bragg等冷嘲热讽的对象。

吴健雄为什么有勇气去做一个大家都认为无希望的实验？是否希望侥幸发现左右并不完全对称？我认为不是！这不是她做人做事的态度。她认为钴-60是否左右对称是原则性的基础问题，当然绝对应该去研究，不计后果！这是她的过人之处。

杨振宁 2022年春

我下面稍微讲一点，之后再把这一个短文的原本交给黄校长。

我头一次见到吴健雄先生是39年前，1983年3月22日在台北圆山饭店，那也是后来我写她传记的一个起始的契机。

我们都知道，去年美国发行了吴健雄的纪念邮票，那当然是一个荣耀，我同吴健雄先生的来往认识，我想她或许更珍视的是1990年我们南京天文台把一颗小行星命名为吴健雄星。

在台湾一份《经典杂志》我每个月写一篇专栏，这个月写了〈新世纪中如何纪念吴健雄〉，借这个机会分享其中的一点内容。

我们都知道一些人常谈起，吴健雄是「中国的居礼夫人」，吴健雄和居礼夫人虽身处不同的世代，但是以研究的深度和影响范围来看，吴健雄对于物理科学的重要性，无疑是更胜一筹的，20世纪一些重要的物理学家也都持此种看法。吴健雄在我写的传记中也直率的说，「中国人总觉得，说我是中国的居礼夫人，好像对我了不得，对我恭维了，其实对我并没有恭维。」

吴健雄在美国生活、教书、研究多年，对于中国文化的困难和缺点，也有很深的感喟和反省，她说起犹太人对于自己传统的坚持，可惜于中国人对于传统的坚持不够。她在演讲中提到，在莫斯科大学一个大厅进门口，有汉代大天文学家、数学家祖冲之，明代医学大家写《本草纲目》李时珍的彩色大理石立像。吴健雄从来没有「月亮只有外国圆」的观念，她说起许多所谓的「中国通」，其实是一通也不通的。

1996年我写成了《吴健雄传》，9月我特别到纽约探望身体已不好的吴健雄，也送上刚出版的《吴健雄传》。一向老派作风的吴健雄，那回在家中见到我，居然给了我一个拥抱。那天我们安排带她出去吃午饭，起初她不乐意去，后来一起出去吃了午饭，也谈得很开心。餐后我送她坐进送她回家的出租车，我拉着她的手说，「吴先生，我再来看您」，她说，「please, please !」那是我最后听到她的话语。不到半年，吴健雄在家中去世。

心系故土的吴健雄，因着许多原因在美国生活了60年，最后归葬她的出生地浏河，她父亲手创明德学校的校园中。她一生的好友，大建筑师贝聿铭说得很好，「中国人还是中国人，只是有了世界的眼光。」

吴健雄
■ 知名华裔女物理学家吴健雄在β衰变领域、弱作用中宇称不守恒等实验里，展现她不凡的实验设计能力，与独具慧眼的科学直觉判断。
■ 其中的弱作用宇称不守恒实验，一般认为是二战以后最重要、最惊人的研究成果，但她却没能与杨振宁、李政道一同获得诺贝尔物理奖。
■ 吴健雄长年在美国生活、教书，却从来没有「月亮只有外国圆」的观念。她对于中国文化的困难和缺点，也有很深的感喟和反省。

作者：江才健，资深科学文化工作者，曾任《中国时报》科学主笔、《知识通讯评论》发行人兼总编辑、台湾大学新闻研究所兼任副教授。着有《吴健雄传——物理科学的第一夫人》、《杨振宁传——规范与对称之美》、《科学梦醒：赛先生的文化沉思》、《杨振宁传——规范与对称之美》（增订新版）、《一生必修的科学思辨课》。
影像来源：江才健
来源：科学人