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2001年哈佛博士论文 揭示“吴实验”原始记录

吴健雄(1912-1997)| 图源:Carly Wilkins,美国能源部

编者按

1957年1月宇称不守恒的发现是现代科学史上划时代的成就,三位中国科学家李政道、杨振宁和吴健雄在其中做出最重要贡献,李政道和杨振宁因此获得1957年诺贝尔物理学奖,中华民族为之骄傲。但诺贝尔奖委员会忽略了吴健雄的贡献,在今天的华人世界,她的贡献也被误读。

2021年2月20-21日,王丹红在知识分子发表文章《吴健雄在宇称不守恒发现中的不朽贡献()》后,又发现了20年前哈佛大学科学史系一篇博士论文《吴健雄的智慧人生》。

王丹红认为,相比较于自己的文章和目前搜集到的书籍资料,这篇论文以更严格的学术标准,收集到吴健雄1956-1957年间领导的宇称实验(也被称为“吴实验”)的原始资料、具体分析过程,澄清或印证了宇称不守恒研究当事人回忆中模糊和矛盾之处,补上了遗漏的关键事实环节。特别是,论文作者朱约林经考证指出,在1956年4月3-7日罗切斯特会议后,李政道在 “1956年早春” 就宇称问题第一次拜访吴健雄,应该是1956年4月中下旬,也就是在李政道和杨振宁5月初第一次会面讨论之前;在1957年1月15日新闻发布会前,哥伦比亚大学物理系于1月13日召开学术会,确认宇称不守恒被实验推翻,参加者包括李政道、吴健雄和杨振宁等。

遗憾的是,20多年来,这篇极具重要史学价值的科学史论文,一直以来鲜为人知。今天,王丹红根据此论文提供史料,进一步分析吴健雄在宇称不守恒发现中的作用,并反思今天科学史研究中可能存在的问题。
 

撰文 | 王丹红(《知识分子》专栏作者)

责编 | 陈晓雪

前  言  

宇称是量子力学里表征微观粒子运动特征的物理量。1927年,物理学家尤金·维格勒(Eugene Wigner,1902-1995)提出守称守恒定律,指出微观粒子体系运动或变化具有左右对称性的规律,其物理意义在于,粒子体系和它的 “镜像粒子” 有着同样的变化规律。

29年后,这一定律被打破。1956年6月22日,理论物理学家李政道和杨振宁提交论文,对弱相互作用中宇称守恒提出质疑;1957年1月初,实验物理学家吴健雄领导做出第一个推翻宇称守恒的实验,1月15日美国纽约哥伦比亚大学召开新闻发布会,宣布两项实验推翻宇称守恒。1957年10月31日,瑞典诺贝尔奖委员会宣布,李政道和杨振宁获得1957年度诺贝尔物理学奖。我在《吴健雄在宇称不守恒发现中的不朽贡献》中,追溯了吴健雄1956-1957年参加宇称不守恒研究的缘由、过程和贡献:在李政道提问的启发下,她不仅为李政道和杨振宁的获得1957年诺贝尔物理学奖的论文提供了实验思想和部分方法,而且领导做出第一个推翻宇称守恒定律的实验。这个物理上革命性的实验被称为“吴实验”。      

文章发表后,我先生王鸿飞在搜索相关资料时,又帮助我获得了一份哈佛大学科学历史系2001年1月的博士论文《吴健雄的智慧人生》电子版,论文长达580页,是作者朱约林(YueLin Zhu)十年研究的成果,也可以说是继作家江才健1996年8月出版的《物理科学第一夫人——吴健雄》之后,第二本关于吴健雄的传记。

朱约林的论文中两个基本事实令我惊诧不已:第一,在这份哈佛大学科学史论文中,论文作者收集了1956-1957年吴健雄宇称守恒实验的原始记录和当事人日记,这是目前研究宇称不守恒发现的文章中均缺乏的核心资料,包括江才健著的吴健雄传记。 第二,该论文对吴健雄和宇称不守恒发现的研究具有极为重要的学术价值,却在完成至今20年的时间里,仅被包括哈佛大学在内的几个图书馆收藏,中文世界没有任何介绍。根据谷歌搜索的结果,这篇论文仅被引用过三次,其中一次是华裔教授王作跃为英文版《科学传记新词典》(New Dictionary of Science Biography)撰写“吴健雄”的介绍。 在朱约林论文之前,江才健所著《吴健雄传》,1996年8月由台北时报文化出版社出版,1997年7月上海复旦大学出版社再版,2014年世界科学公司出版其英文翻译版,成为世界认识吴健雄的重要来源。

左:江才健著吴健雄传,1996年8月出版

右:朱约林2001年1月哈佛大学科学历史博士论文(Chien-Shieng Wu:An Intellectual Biography )

根据朱约林博士论文资提供的原始资料,我仔细分析并澄清包括江才健和我本人等,在宇称不守恒研究过程中几个缺失或模糊不清、矛盾的事实环节,努力接近历史的真相,并反思今天科学史研究中可能存在的问题。

- 特别说明 -

笔者不是物理学者,文中所有物理概念、物理实验的描述和评论,均来自物理学家及文献资料。作为曾连续十年深度报道诺贝尔三大科学奖项的科学记者、有五年经历的科学专栏作者,笔者努力按科学史研究方法,通过对原始资料的系统分析,以期客观公正地展现这段历史。如发现更多新的文献资料,将会进一步完善相关的研究。

 

目  录 

 吴健雄:“我们是一石击三鸟” 

  哥伦比亚大学物理系午餐会 吴健雄简短报告实验进展 

 午餐会再次聚焦钴60实验 内部讨论还是向 “外界” 透露? 

 哥伦比亚大学新闻发布会 国家标准局 “不受用”? 

 媒体报道 :从《纽约时报》到《人民日报》:吴健雄的名字消失了? 

 盖尔曼:一个以讹传讹的言论 

  事实和真相

 

1、吴健雄:“我们是一石击三鸟” 

左:吴健雄和安伯勒在实验中,1957年左右; 右:1956年12月27日,安伯勒的实验记录第90显示,他中午12:04在实验中第一次看到两个连续不对称效应 | 图源:美国国家标准局 NIST

最后也是最有价值的是,500多页的钴60衰变宇称实验的原始实验记录,它们在一度失散后被寻回并归档,这中间有我的一份功劳。
——朱约林《吴健雄的智慧人生》 2001.1

1980年,两位证明电荷共轭不守恒的物理学家获得诺贝尔物理学奖,两人的这项实验是在1964年完成的,这一年,李政道也提名吴健雄获诺贝尔物理学奖。

如何理解李政道的提名?

朱约林的论文或许可以提供一种分析:1956年12月圣诞节期间,吴健雄与李政道和杨振宁讨论实验新进展,发现实验结果不仅显示宇称不守恒,而且电荷共轭也不守恒,并证明了中微子二分量理论。这一关于 “吴实验” 价值的重要信息,我在2021年2月的文章中未能提及。(编者注:江才健在《吴健雄传》第十章 “地下两千英尺的实验” 中引用了吴健雄1988年的回顾文章,说这一实验结果是“一石击毙三鸟”,“三鸟”正是宇称的不守恒、电荷共轭不是不变的,二分量的中微子理论。)

朱约林分析了吴健雄在1956年4月-1957年1月在宇称不守恒研究中的作用后,在论文中写道(P219/580):

 需要指出的是,在钴60实验进行过程中,吴持续向李和杨告知有关进展和结果。受到这些信息的鼓励,李和杨在钴60实验结果正式公布前向《物理评论》投了另一篇论文......论文标题是 “宇称不守恒和中微子二分量理论”,这是另一项伟大的理论突破,也是发现弱作用中宇称不守恒实验的另一个丰硕成果。

这段话让我意识到:为什么1957年10月31日诺贝尔委员会物理学奖的颁奖词中,“重要发现” 一词用的是复数。

1957年10月31日,杨振宁和李政道被授予诺贝尔物理学奖,以表彰他们“对所谓宇称守恒原理的深刻探索,导致基本粒子领域的重大发现。”

但几乎所有中文翻译 “发现” 都未能体现英文的复数 “discoveries”,并将李-杨获诺贝尔奖的颁奖词中的 “发现” 解读为 “宇称不守恒的发现”。

根据朱约林论文的线索,我认为诺贝尔颁奖词中所指 “基本粒子领域几项重大发现”,应该是指宇称不守恒、电荷共轭不守恒和中微子二分量理论。它们体现在李政道、杨振宁分别于1956年6月22日、1957年1月7日和10日投稿的三篇论文:《弱作用中的宇称守恒质疑》《关于时间反演和电荷共轭下可能的非不变性注记》和《宇称不守恒和中微子二分量理论》。

在中微子二分量理论的论文中,李政道和杨振宁感谢了 “吴健雄教授告知我们有关钴60实验的进展”。

因为李-杨的获奖论文是《弱作用中的宇称守恒质疑》,我们习惯于认为 “吴实验” 只是推翻了宇称不守恒,而忽略了这项实验同时推翻了电荷共轭守恒,并证明了中微子的二分量理论。 

后两项研究成果也体现在吴健雄研究组和莱德曼研究组1957年1月15公布的论文中:《在β衰变中实验检测宇称守恒》《介子衰变中发现宇称和电荷共轭不守恒:自由轻子的磁动量》。

现有文献显示,1956年12月圣诞节的一天,在哥伦比亚大学物理系李政道办公室,吴健雄在与李政道和杨振宁的讨论中已经明确:检验宇称守恒的β衰变实验,是一石击三鸟。这应该是三人在宇称研究中的第一次共同讨论,也是杨振宁第一次和吴健雄的讨论。

吴健雄领导实验的 “一石三鸟”,1957年12月11日 ,杨振宁在瑞典科学院诺贝尔演讲《物理学中的宇称守恒及其他对称定律》中有提及,他说(P86):“守称守恒定律的崩溃使涉及物理学中对称定律的一系列问题显得突出了。现在我们就来概括性地简单讨论一下这些问题。正如李政道博士将要讨论的,吴健雄、安布勒和她们的合作者的实验也证明了的,对β衰变来说,电荷共轭不变性也不成立。对弱相互作用来说,另一类对称性即时间反演不变性目前正在进行实验研究......”

多年后,三人对这一过程均有文字回忆。

吴健雄在1972年和1983年的回忆文章写道:

(1956年12月圣诞假期中的)一个星期四上午,我匆匆赶往(哥伦比亚大学物理系的)普平会议室时路过李(政道)教授的办公室,门是开的,李和杨都在里面,我向他们打一个招呼,他们询问了钴60实验的情况。我随口谈到实验中看似出现一个很大的不对称效应。他们非常激动和高兴。

会议结束后,我再次遇见了他们,他们想知道更多的情况。我告诉他们:这个效应很大而且可以重复,但必须将当作初步结果,因为系统性检测还没有完成。我记得杨(振宁)想知道是否有人计算过G-T和费米相互作用之间的关系,我告诉他M. Morita博士已经仔细计算过,干涉取决于Ca和CV之间的信号。我说我很高兴钴60β衰变变迁是纯粹的Gamow-Teller转换。这个结果是中微子的二分量理论在纯G-T转化中期望的,也意味着在这种情况下,电荷共轭不变性不成立。因此,我们是“一石击三鸟”:宇称不守恒、电荷共轭不守恒,以及中微子的二分量理论…… 

当中微子二分量理论的清楚证据出现时,李博士很高兴,他说这是很好的结果。他告诉我,1956年夏天,他和杨在研究宇称问题时,不仅讨论了中微子的二分量理论,而且也提出了这个理论的细节。然而他们认为,在宇称不守恒在实验观察和确证以前发表论文,过于匆忙了。  

李政道在1986年的文章《破缺的宇称》中写道: 

1956圣诞节时,我刚完成我、奥米和杨振宁的论文的附录的最后修改...... 对于分立对称的破坏,吴健雄β衰变和斯坦伯格的重子不对称实验仍在进行之中,但理论的推测已经扩展到不只是P(宇称)和C(电荷共轭)破坏,而且已经到了T(时间反演)和CP的破坏了。接着我看了一下我刚刚写下的最后一个式子:这是关于不对称参量可能偏离1的式子:

r = 衰变率(K+0  --- p- e+ v)/衰变率 (K+0  --- p- e+ v)

这是CP破坏的一个证明......我感到,将来无论发生什么事,我必须沿着这一方向讨论这些方程,当然它们在我有生之年是没有机会被证实的。

  然而,事情比我的预料发生快得多......

杨振宁在1982的文章《吴健雄证实了宇称不守恒》中写道:哥伦比亚-国家标准局小组观测到的大的不对称性意味着,在β衰变中,电荷共轭下的不变性也被破坏。参见前面R. Oehme的信和论文 【57e】,以及【57s】所列参考文献中…… 由于宇称不守恒现象的发现,李政道和我写出了论文【57f】,论述二分量中微子理论。(注:【57f】即宇称不守恒和中微子二分量论文)

对这一次三人在1956年圣诞假期的讨论,江才健在《吴健雄传》中写道:

在实验进行期间,有一次吴健雄回到哥大,正好碰到杨振宁和李政道两人,他们问起实验的情形,吴健雄告诉他们似乎确实有一些肯定的结果。杨振宁还问起其中一些理论关键,吴健雄告诉他说,由日本来参加实验组的理论物理学家森田正人(M. Morita)已经做过计算,Co60的β衰变完全是盖莫-泰勒变换,这表示他们选对了Co60作放射源,实验结果也更为可靠。 

江才健在参考文献中说明,这一段话来自吴健雄1972年发表的文章《一个研究者的个人回忆》,但他忽略了三人讨论的时间、以及所讨论的关键问题:β宇称守恒破坏情况下,电荷共轭和时间反演守恒的讨论、对中微子二分量理论的证明,也未提及李-杨在1月提交的另外两篇论文。

关于吴健雄1956-1957年领导的宇称实验同时证明电荷共轭不守恒,江才健在2002年10月出版的《杨振宁传——规范与对称之美》中写道(P272):

 “一九五七年的十月,不出人意外的,诺贝尔奖委员会宣布杨振宁和李政道得到那一年的诺贝尔物理奖,不过得主中没有任何实验物理学家,特别是没有包括最早得到实验结果的吴健雄,曾经引起过一些议论。一九八零年证明CP不守恒这两位实验物理学家得到诺贝尔奖的时候,没有再一次的考虑吴健雄,也让许多人感到不解。” 

 

2、哥伦比亚大学物理系午餐会 

吴健雄简短介绍实验进展

1950年代,吴健雄在哥伦比亚大学的实验室,当时,她已是β衰变实验领域的世界权威。

根据朱约林论文提供的史料,1956年12月28日,星期五,吴健雄在哥伦比亚大学物理系午餐会上报告实验新进展。这一事实,在我2021年的文章和江才健的书中,均是缺失环节。

朱约林的论文显示,1956年12月27日,安伯勒在实验记录第90页写道,中午12:04在实验中第一次看到两个连续不对称效应,这是钴60实验第一次真正显示出宇称不守恒。吴健雄当时已回到纽约,不在华盛顿的实验室,她告诫自己和合作者:如果这一现象是真实的,这将是一个大发现,但在向外界宣布前,必须进行更严格的实验检查。

与此同时,她在哥伦比亚大学物理系内部报告了这一进展。

一个星期后,1957年1月4日傍晚,根据吴健雄实验的最新结果,在李政道的敦促下,哥伦比亚大学物理系教授莱德曼(Leon Lederman,1922-2018)和加文(Richard Garwin,1928-)合作开始做第二个宇称实验,并在四天后即1月8日获得结果。39年后,莱德曼和加文均接受了朱约林的电子邮件采访。

莱德曼1996年11月24日给朱约林的电子邮件,回忆了1956年12月底,他参加哥伦比亚大学物理系举办的圣诞聚会,讨论吴健雄钴60实验进展情况,他记得李政道是讨论中的中心人物,但他记不清具体日期。

加文1996年12月3日给朱约林的电子邮件写道:“1956年12月28日(星期五),在百老汇大道125街道的中餐馆 ‘上海饭店’,哥伦比亚大学物理系举行  ‘星期五午餐会’,吴健雄简短报告了钴60实验。”

纽约百老汇大道125街道的交汇处,1956-1957年这里有两家中餐馆 ‘上海饭店’ 和 ‘天津饭店’, 以及 “白玫瑰咖啡室”,物理学家们曾在此讨论宇称不守恒问题,现已不复存在了。” 王丹红摄 2021.6.24 

根据内容和时间分析,莱德曼回忆的哥大物理系1956年12月底的圣诞聚会,和加文回忆的1956年12月28日哥伦比亚大学物理系 “星期五午餐会”,应该是同一个聚会,因为物理系不太可能在一周内举行两次聚会。

12月29日,星期六,吴健雄电话告知李政道,钴60实验结果真正地显示出宇称不守恒,但还需要进一步检查以便确定这一破坏的准确量级。

因为新实验结果的出现,1956年圣诞假期至1957年新年间,吴健雄和合作者们、李政道和杨振宁开始了新一轮紧锣密鼓的工作。但对于莱德曼来说,尽管李政道和杨振宁曾多次敦促他做另一个实验,他仍未下决心做,直到下一个 “星期五午餐。”

 

3、午餐会再次聚焦钴60实验

内部讨论还是向 “外界” 透露?

在(1957.1.4)哥伦比亚大学物理系星期五午餐会上,议题再一次是关于钴60实验的正面结果。——加文在1996年12月3日给朱约林的电子邮件。

朱约林的论文显示,1957年1月2日,吴健雄回到国家标准局,和合作者系统检验整个实验,9日凌晨完成检查。

李政道在1986年《破缺的宇称》中回忆:“1月3日,第二周的星期四,吴健雄到我的办公室来说,她已经检查了全部的修正,破坏的效应是很大的。我向她担保这是极好的结果,因为它与二分量理论相符。接着我立即打电话给在奈维斯(Nevis)的莱德曼和普林斯顿的杨。” 

李政道在电话里强烈要求莱德曼必须做实验。莱德曼说第二天会到哥大物理系的普平实验室来,参加星期五午餐会。 

1月4日星期五,在哥大物理系学术讲座日 “吴健雄的星期五-午餐” (Wu’s Friday-Lunch)上,莱德曼决定做宇称实验,并于当天晚上10点和加文到实验室开始做实验。奇迹般地,他们在四天后获得了实验结果。

朱约林的论文显示,1月8日凌晨6时左右,莱德曼打电话给李政道:“守称死了”,当天下午,莱德曼小组写好了实验论文但并未投稿,因为他们认为“我们的结果在吴教授和她的合作者的工作之前付印,是不恰当的。”

李政道在1986年的文章《破缺的宇称》中回忆这一情形:1956年1月4日,哥伦比亚大学物理系 “星期五午餐” 时间,“在上海咖啡店,我反复讲了吴的关于宇称破坏的结果、二分量理论等,讨论很快集中到如何做实验上。莱德曼他有一个学生马赛·温瑞奇(Marcel Weinrich)正在做一个有关俘获衰和

变的经典实验,要做新实验,他只需要慢慢地转动已经存在的计算器去观察最后电子的方向中有无角度的不对称。另一个方法是用乳胶,奥里尔说他愿意去试试,后来发现,泰勒格帝(V. Telegdi)和费德曼(Friedman)已经在芝加哥开始做这项实验了。”

莱德曼小组在论文《在

介子衰变中观察到宇称守恒的破坏:自由

介子的磁动力》中,引用了李政道和杨振宁尚未发表的两篇论文:宇称不守恒情况下的电荷共轭和时间反演守恒问题,以及中微子的二分量理论。

40年后,当事人回忆了这一过程。

根据朱约林的论文,1996年11月24日,莱德曼给朱约林的电子邮件写道:李(政道)宣布说,吴获得的实验结果显示出大的破坏性,虽然与李-杨的论文一致,但宇称破坏的程度还是比被认为的要小一些。因此,我赶回柰维斯去做

实验,以期获得更大的效应。当我检查史瓦兹的

介子的寿命实验时,我意识到我们能够容易地将这个实验转为宇称研究。 

江才健著《杨振宁传》显示:1956年1月5日,杨振宁给在加勒比海度假的奥本海默发了一封电报,告知吴健雄的实验显现出很大的不对称性的结果。值得一提的是,杨振宁在1982年文章的《吴健雄证实了宇称不守恒》写的是:“1月15日,我给奥本海默发了一封电报,他当时正在维京群岛度假。电文说:‘吴健雄的实验产生大的不对称,显示G等于G’. 因此,中微子是一种二分量波函数。’”

根据电报内容,我认为杨振宁的电报更可能是1月5日发的,而不是1月15日,因为1月15日时宇称不守恒已确证,若是那时发的电报,内容应该是报告新发现。

朱约林论文显示,国家标准局哈德森在1957年1月9日的日记中记载:莱德曼小组的实验结果传到国家标准局,钴60实验组开始夜以继日地工作;10日(凌晨 6:00)系统检查无误,钴60实验组用一瓶法国红酒庆祝成功;10日-12日上午钴60实验组进行对照测试。

朱约林引用的资料显示:1月12日星期六下午,吴健雄实验组成员讨论吴健雄写的论文初稿:《在β衰变中检验宇称守恒》,五位成员在论文上签名。晚上9:30,哈德森开车,和安伯勒、海沃德一道送吴健雄到机场回纽约。

吴健雄实验组在论文中写道:

根据李和杨,目前实验结果(显示)不仅守称守恒被破坏,而且电荷共轭不变性也被破坏了;更进一步,根据β衰变不对称性也可推导出时间反演的不变性,这种效应会继续研究。

这篇论文引用了李政道、欧米和杨振宁已投稿但尚未发表的论文,作者在文末感谢李政道教授和杨振宁教授与实验组成员吴健雄启发性的讨论。

哥伦比亚大学物理教授拉比是1944年诺贝尔物理学奖获得者,当时正在麻省理工学院学术休假,1月9日左右,他收到了吴健雄实验组和莱德曼实验组的结果,并打电话告诉哈佛大学的理论物理学家施温格教授。

对于1956年12月底至1957年1月10日这段时间的研究情况,江才健在《吴健雄传》中写道:

吴健雄1956年回纽约过圣诞节假期时,他们的实验已经差不多可以说是成功了。但是吴健雄十分的担心,一方面她很难相信自然会有如此奇怪的现象,一方面也怕他们在实验中犯了什么错。尽管她把实验的最新结果告诉了杨振宁和李政道,但是她说她还要再次查验,并且要他们暂时不向外界透露消息。

但是,年轻的李政道显然不以为意,1957年1月4日,哥大物理系又举行行之有年的 “星期五午餐”,在这次聚会上,他告诉了与会人士。当时也在哥伦比亚大学的实验物理学家莱德曼听到这个消息后想,如果宇称已经知道在弱相互作用中是不守恒的,那么以他正在进行的实验,加上一些小小的运气,或许可以利用

粒子,进行另外一种可以验证宇宙(作者注:原文宇宙为别字,应为宇称)不守恒的实验。

需要注意的是,江才健的这段叙述或存在不准确和矛盾之处:

第一,吴健雄原文中并没有 “要他们(李政道和杨振宁)暂时不向外界透露消息”,而是建议他们不要急于在两人的论文中引用这个结果,她在1973年的回忆文章中原话是:“At that time I was still hesitant to have them quote the results but promised to give them our affirmative answer soon”。她同时告诫实验组同事在严格检查完成前,不要向外界公布。 

第二,吴健雄在1956年圣诞节期间告知李政道和杨振宁最新实验结果,是同行之间的讨论,李政道在1957年1月4日在学术讨论会上报告吴健雄实验的进展,也是密切合作的同行之间的学术交流,并不是 “外界”。当然,“外界” 可以有狭义和广义的解释,针对江的描述,我认为同行讨论与向公众公布是两回事,不属于 “外界”。

第三,江才健在书中写道,1956年12月底,安伯勒也将实验进展写信告诉在瑞士访问的田默,田默又告诉了泡利;1957年1月5日,杨振宁给度假中的奥本海默发电报,告知吴健雄实验组的新结果。这是不是向 “外界” 透露消息呢?

 

4、哥伦比亚大学新闻发布会

国家标准局 “不受用”?

1957年1月15日 纽约哥伦比亚大学物理系新闻发布会,前排为吴健雄(左一)、李政道;第二排:安伯勒,哈德森,霍普斯 (国家标准局)  | 来源:哥伦比亚大学物理系吴健雄档案。江才健著《吴健雄传》显示,他查阅了这档案,但在书中未引用这张历史性现场照片。

吴健雄实验组和莱德曼实验组,彼此独立又相互支持、印证,成为推翻宇称守恒定律的决定性实验证据。1957年1月15日,两个实验组同时向《物理评论》提交了论文。

1956年1月15日星期二下午两时,哥伦比亚大学物理系在拉比教授办公室举行新闻发布会,拉比宣布:理论物理学家和实验物理学家共同推翻宇称守恒定律。他说,在某种意义上,一个相当完整的理论结构已从根本上被打碎,我们不知道这些碎片将来如何能再聚在一起。 

吴健雄、安伯勒、哈德森、霍普斯、李政道、加文和莱德曼出席,杨振宁接到邀请,但未出席。 

但物理学家们是如何确认宇称不守恒被实验推翻?朱约林论文提供了一个重要史实,即在1月15日新闻发布会前,拉比在哥伦比亚大学物理系主持了确认宇称不守恒发现的学术讨论会,这一重要细节在江才健的书和我的文章中均是缺失的环节。

朱约林的论文显示,(1957年)1月13日,星期天,安伯勒、霍普斯和安德森上午从华盛顿飞到纽约,参加在哥伦比亚大学普平物理实验大楼831举行的学术讨论会。会议主持人是拉比教授,参加人员包括一个理论组和两个实验组的成员,即:李政道和杨振宁、吴健雄、加文和莱德曼,以及安伯勒、海沃德和哈德森。

江才健在《吴健雄传》中对1月15日新闻发布会的描述是:

(1957年)1月15日,也就是吴健雄以及莱德曼、加文等人两篇历史性论文寄到《物理评论》那天,哥伦比亚大学做了一件史无前例的事情,他们为这项新的发现举行了一次记者会。哥大物理系当时资望最高的拉比,在他带薪休假的麻省理工学院接到电话,要他回来主持这个记者会。记者会是那天下午两点在普平物理实验大楼举行,和这个科学新发现有关的哥大科学家,包括吴健雄、李政道、莱德曼、加文等人都出席了。

当时在普林斯顿高等研究所的杨振宁并没有来参加。在1983年出版、庆祝杨振宁60岁生日的论文集中,他曾写道:“我认为用记者会来宣布一项科学新发展的想法是不太有格调的。”国家标准局的科学家对于哥大的这些宣传活动,也感觉颇不受用。 

这一叙述造成了错觉:国家标准局的科学家没有参加这次新闻发布会,而且对哥大的宣传颇感不受用。

实际上,朱约林的论文显示,在1月13日的学术会上,拉比只邀请安伯勒参加15日的新闻发布会,但哈德森强烈要求国家标准局的四位合作者均应参加,15日,安伯勒、哈德森和霍普斯参加了新闻发布会,也就是说,哈德森等国家标准局科学家不仅主动积极参加了哥大的新闻发布会,而且相当重视媒体报道,1月16日和17日,《华盛顿邮报》和《生活》杂志的记者到国家标准局采访。

另外,哥大新闻发布会也不是 “史无前例”。物理学家赵天池在2017年出版的《天语物道——李政道评传》中指出(P329),理论物理学家杰米·伯恩斯坦在1962年5月12日的《纽约客》文章《宇称问题侧记》中,称哥伦比亚大学的这个新闻会为 “史无前例”,也许因为伯恩斯坦的开头,许多物理学家的回忆录都用 “史无前例” 来描述这次新闻发布会,但这一说法显然不符合史实,1955年10月19日,加州大学伯克利就曾为反质子的发现举行过新闻发布会。15个月后,1957年1月15日哥伦比亚大学举行宇称不守恒发现新闻发布会时,基本粒子物理学家都应该对伯克利大学的新闻发布记忆犹新。

诺贝尔奖评审程序时间表显示,诺奖提名截止时间是当年度1月31日。1957年1月15日,哥伦比亚大学宣布推翻宇称守恒定律,三组十位学者作出贡献,与芝加哥大学泰勒格帝实验组无关,也应该是李政道杨振宁在1957年1月31日截止日期之前获得提名的前提条件。 

 

5、媒体报道

从《纽约时报》到《人民日报》:吴健雄的名字消失了?

1957年1月16日 《纽约时报》头版(左)报道宇称不守恒发现,第24版(右)全文刊登“哥伦比亚报实验告”。

1957年1月16日星期三,《纽约时报》头版头条 “物理学基本概念据称被实验推翻”,副标题是 “核理论中的宇称守恒定律遭到哥伦比亚和普林斯顿研究院科学家挑战”。

“哥伦比亚物理实验报告”(Columbia Report On Physics Experiments)一文,则发表在同一天的《纽约时报》第24版,文末列出为宇称不守恒发现做出贡献的三组十位科学家:

1957年1月17日星期四,《纽约时报》以 “表象与真实” 为题发表社论,文章写道:“人们相信,在通往构建宇宙基本单元的统一理论的道路上,这件事(宇称不守恒的发现)移开了主要路障。也许,统一理论还需要二十年的时间去完美,但是物理学家们现在有信心,他们认为终于在现在的 ‘宇宙丛林’ 中找到了一条出路。”

根据华新民、王作跃2017年文章《李政道杨振宁遭遇冷处理:60年前中国人第一次获诺奖》,(1957年)1月18日,台北《中央日报》报道:“对等性定律被根本粉碎,哥伦比亚大学宣布我三科学家有贡献。” 1月27日,《中央日报》全文译载了《纽约时报》1月16日发布的哥伦比亚大学物理实验报告。

左:《人民日报》 1957年2月23日第一版;右:《参考消息》 1957年3月2日,介绍李政道杨振宁的重大发现。来源:华新民王作跃《李政道杨振宁遭遇冷处理——六十多年前中国人第一次获诺奖》

不过,当时新中国媒体的报道,缺少了吴健雄。

1957年2月23日 《人民日报》载新华社22日电讯,“原子核物理学中的一个重大发现 我留美两科学家证明宇称守恒定律不是普遍的定律” ——

我国留美物理学家李政道和杨振宁发现了原子核物理学中的一个重大问题。这个新发现引起了我国科学界极大重视和反应。中国科学院特于昨日在北京举行了学术报告会。物理研究所研究员、理论物理学家朱洪元在会上介绍了这项被国际物理学界注意的发现。赵忠尧、钱三强、彭桓武、张文裕和朱洪元等物理学家都就这个问题作了热烈发言。

新华社2月28日电——

纽约消息:中国留美青年物理学家李政道和杨振宁在原子核物理学中的重大发现已经震动了美国科学界,并且引起了世界物理学家们的重视。

《人民日报》 3月1日的文章 “李政道、杨振宁在原子核物理学中的重大发现,引起美国科学界很大震动”。

《钱三强年谱》记载:1957年2月21日,中国科学院物理研究所主持召开 “中国留美学者李政道、杨振宁证明宇称定律不是普遍的定律” 报告会。

当时新中国和美国并没有建立外交关系,发现宇称不守恒的消息是怎么获得的?

根据华新民、王作跃的文章,1957年1月17日《宣教动态》写道:

       去年苏联召开物理学高能粒子会议时,美国的两个理论物理学家向我代表转达杨振宁有回国之意,后由钱三强去信给杨,劝其回国并暗示杜聿明尚健在,无需顾虑。去年物理学家张文裕由美回国时,杨曾向张表示:已收到钱的信,很感谢,但回国仍有顾虑。

2020年8月7日,理论物理学家何祚庥院士对华新民、王作跃的文章作出事实补充:

1 王承书和张文裕两先生曾将你(杨振宁)赠予他们的、你们发表在Phys.Rev上,“关于弱相互作用下宇称定守恒问题”的文章预印本特别交给了我;

2 所以,当吴健雄等人的实验结果一经公布,大家都认为是科学上的大事件……当时《人民日报》等报刊发表的有关这一问题的很多文章和报道,以及某内部刊物上刊登的文章,都和我有关,或由我执笔写成。

我的问题是:1957年2月及以后,时年30岁的中央宣传部工作人员何祚庥,是根据哪些材料写成了这些文章?

 

6、盖尔曼:一个以讹传讹的言论

默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann,1929-2019)是1969年诺贝尔物理学奖获得,图为1954年左右的盖尔曼 | 图源:University of Chicago Library, Special Collections Research Center.

盖尔曼知道在β衰变实验方面,吴健雄才是顶尖专家,因此1959年他在麻省理工学院一个物理会议上,就要求也去参加那次会议的吴健雄来检验他们的理论(编者注:盖尔曼与费曼提出的一个理论,论文题目为“费米相互作用理论”,发表在1958年1月1日的《物理评论》)。他还说了一句有名的话,“杨振宁和李政道花了多少时间说服你去检验他们的理论?”——江才健 吴健雄传 1996

江才健《吴健雄传》中关于默里·盖尔曼的这一言论不符合事实,却以讹传讹,甚至进入了美国的百科全书,混淆了吴健雄在宇称不守恒发现中的贡献的重要性。

我第一次读到盖尔曼的这一言论,是1998年读江才健著《吴健雄传》,当时好奇:1959年时,年仅30岁的盖尔曼是加州理工学院的年轻教授,47岁的吴健雄是哥伦比亚大学的资深正教授,他怎么可以 “要求吴健雄检验他们的理论”?而且,李政道、杨振宁什么时候请吴健雄做宇称实验? 

江才健在参考文献中说明:这个故事源于1963年5月20日的《新闻周刊》。“1995年4月12日,盖尔曼来台北访问,亦告知作者(此处作者为江才健)此一故事,并说吴健雄要他们先将其中更正项计算清楚了才肯去做实验。后来在盖尔曼做了计算并发表后,吴健雄才开始做实验。”

但是,江才健在书中明确写道,李政道杨振宁论文中关于宇称守恒与否的钴60的β衰变实验思想来自吴健雄,1956年5月,当李-杨还在研究之中时,吴健雄已经提出用β衰变实验检验宇称守恒的概念和方法,并于1956年6月4日打电话给安伯勒,讨论合作实验之事。

江才健在面对面采访盖尔曼时,为什么不指出这句话与事实不符?而且,盖尔曼从哪里听说是杨振宁和李政道说服吴健雄去检验他们的理论?

江才健在书中不加鉴别地引用了盖尔曼 “杨振宁和李政道花了多少时间说服你去检验他们的理论”,还分析了吴健雄未获诺贝尔奖的原因。他写道(P306):

“当然吴健雄一直没有得到诺贝尔奖的青睐,也代表着一些科学家并不以为她的工作应该得到此一奖项。像她在β衰变方面所做的一系列工作,虽然对物理科学的贡献无比重要,但是却不是诺贝尔奖最早给奖标准规则中的,是一项大发明或大发现;另外也有科学家以为,她的完成 ‘宇称不守恒’ 及 ‘向量流守恒’,都是由别人提出的理论。不过,这些论点,却是大多数著名科学家不太同意的。”

发现宇称不守恒的实验是吴健雄一生中最重要的工作,作为吴健雄传记的作者,江才健研究了相关的原始文献和采访后,却没有明白吴健雄在宇称不守恒发现中的贡献的实质,实在是一种遗憾。

再次读盖尔曼的这一言论是在2021年3月,我关于吴健雄在宇称不守恒发现中的不朽贡献发布后,我读到2012年发表在《科学传记新词典》中的文章 “吴健雄”,作者王作跃是美国加州州立理工大学普莫娜分校历史系教授,他在文章中也引用了盖尔曼的这句话:

When initial experiments failed to confirm the CVC hypothesis, Gell-Mann turned to Wu, reportedly pleading: “How long did Yang and Lee pursue you to follow upon their work?”(McGrayne, 1993, p. 278)(注:此文中的“pleading ”应译为“请求”或“恳求”,而不是“要求”。)

王作跃的文章,说明这段引语源自美国作家Sharon Bertsch McGrayne 于1993出版的书《诺贝尔奖中的科学女性》(Nobel Prize Women in Science)。 

我找到2006年第二版的 《诺贝尔奖中的科学女性》,“吴健雄”一节中写道(P277):

 At a 1959 physics meeting at MIT, Gell-Mann Pleaded with Wu to test his theory. ”How long did Yang and Lee pursue you to follow up their work?” he asked. Wu told him that she was too busy. Finally, in December 1963, she did an experiment that confirmed the Law.

McGrayner的这句话存在两个问题:第一,她未加分析地引用了盖尔曼的错误言论,也未说明这句话的来源;第二,吴健雄是于1962年12月底完成盖尔曼的实验,而不是1963年12月。McGrayne在文章后说明,她曾采访过吴健雄和杨振宁,但并没有采访过李政道和盖尔曼。 

从1993年McGrayne书的出版、1996年江才健著《吴健雄传》的出版,到2012年王作跃为《科学传记新词典》所写吴健雄传,盖尔曼的这句错误言论这样以讹传讹地传播出来,甚至进入科学文献,太离谱了。


7、事实和真相 

1957年1月16日出版的《纽约先驱论坛报》以 “物理 ‘原理’ 错误 镜像反射不真”(Physics 'Principle' Wrong Mirror Refection Not True)为题,报道9位男士和1位女士击碎一个科学基石,并以实验物理学家吴健雄在1月15日新闻发布会上的大幅照片配文。(Nine men and a woman shattered one of the solid pillars of the science of physics yesterday)。江才健著《吴健雄传》中,没有这张历史性照片。 

有关智慧我想说的是,不管你是在研究什么事物,还是在思考任何哲学,只问你自己:事实是什么?以及这些事实所证实的真相(或真理)是什么?——英国哲学家伯特兰·罗素(1872-1970)

1957年诺贝尔物理学奖委员会不仅忽略了吴健雄在宇称不守恒发现中的重要作用,而且还错误理解了她的贡献。

1957年12月10日,在瑞典首都斯德哥尔摩举行的诺贝尔奖颁奖典礼上,诺贝尔物理学奖委员会委员克莱因(O.B. Klein)在颁奖演讲中说:

今年的诺贝尔物理学奖颁发给李政道教授和杨振宁教授,是基于一些基本物理学原理,即所谓的 “宇称守恒”——一条十分确定的自然定律:左右对称——在基本粒子及其反应中的应用......事实上,我们多数人都倾向于认为基本粒子对于右和左的对称,是自然界左右对称普遍法则的必须结果,感谢李和杨以及受他们启发而做出的实验发现,我们现在知道这是一个错误。 

基本事实是:吴健雄不仅领导完成了推翻宇称守恒的第一个实验,而且,1956年早春(朱约林在论文中指出,这个时间应该是4月中下旬),在与李政道的讨论中,她提出了这个实验的概念和方法,并成为李-杨6月22日论文中的主要实验方法,而莱德曼实验组是根据李-杨的论文和“吴实验”的启发而做实验。

宇称不守恒的发现是现代物理学上的革命性成就,三位中国学者在其中做出最重要的贡献,但因为诺贝奖忽略了吴健雄的贡献,她在华人世界的受到重视的程度远不如李政道和杨振宁,公众关注的焦点也更多集中于李政道与杨振宁的合作与分裂。

多年后,宇称不守恒研究的亲历者们,从各自的经历和角度写出回忆文章,其中有事实模糊、混淆的地方,也有矛盾之处有各执一词的说法。

江才健和朱约林,先后于1989年和1991年开始研究吴健雄,两人的不同之处在于:朱约林是按哈佛大学科学史系的学术标准,对吴健雄的研究更为专业和客观,江才健对吴健雄的研究对原始文献的采用是有选择的,他的研究不仅未能澄清吴健雄在宇称不守恒发现中独特而重要的贡献,而且还将她领导实验的重要性与第一批另外两项实验混淆,造成误读和错觉,实为遗憾。

朱约林仔细考证了李政道和吴健雄第一次讨论的时间是在1956年4月中下旬,是在李政道和杨振宁第一次讨论之前,基于这个事实,应该能够帮助分析和确认李政道、吴健雄和杨振宁在这项研究中的贡献,因为这些时间节点对研究吴健雄在宇称不守恒发现中的作用极为关键。而且,更为重要的是,他还找到了吴健雄领导的宇称不守恒实验的原始记录、采访了 “吴实验” 的当事人,根据这些具有极为重要信息的原始资料 ,吴健雄在1956-1957年宇称不守恒发现中的贡献,也有了重新研究的事实基础。

1956-1957年的宇称不守恒的研究距今已六十五年,它不仅存在于当事者的记忆之中,更存在实验记录、论文、会议记录、新闻报道、档案和综述文章中。朱约林2001年完成的博士论文,深藏于哈佛大学等几个图书馆20年,鲜为人知。今天,这篇严格的学术论文应该成为吴健雄和宇称不守恒历史研究的新史料,它的科学史研究方法值得借鉴。 

科学史的研究不是为了证明某种观念,而是发掘事实并进行科学的分析,努力接近真相。正如罗素所说:不管你是在研究什么事物,还是在思考任何哲学,只问你自己:事实是什么?以及这些事实所证实的真相(或真理)是什么?

2021年2月11日,妇女和女孩参与科学国际日(The International Day of Women and Girls in Science),也恰好是中国农历新年正月初一,美国邮政局发布吴健雄永久性纪念邮票,吴健雄因此成为继爱因斯坦、费米后,第三位出现在美国邮票上的移民科学家。
致谢:作者感谢王作跃与华新民对本文初稿的阅读与指正。

 

参考文献和注释:

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