吴健雄

吳健雄（英語：Chien-Shiung Wu；1912年5月31日—1997年2月16日），美籍華裔物理學家，在核物理學領域卓有貢獻，其在實驗物理學方面的造詣常令人將她與瑪麗·居禮相提並論。[1][2][3]吳健雄是美國物理學會的第一位女性會長，常被人稱為「中國的居禮夫人」、「物理研究的第一女士」、「核子研究的女王」以及「世界最傑出的女性實驗物理學家之一」。[2][3][4][5][6]

吳健雄先後畢業於國立中央大學（現南京大學）和美國加州大學柏克萊分校，師從諾貝爾物理學獎得主歐尼斯特·勞倫斯。[2][3][4][5]曼哈頓計劃期間，她參與研究了如何利用氣體擴散法分離鈾的兩種同位素（鈾-235與鈾-238）。[2][3]吳健雄長期在美國哥倫比亞大學任教，她最著名的一項科研成果是利用實驗方法驗證了宇稱不守恆，這項工作令其同事李政道和楊振寧獲得1957年的諾貝爾物理學獎，本人也因此獲授1978年首次頒發的沃爾夫物理學獎。[2][3][4][5]

生平

早年生活與求學經歷

1912年5月31日，吳健雄生於中國江蘇省太倉縣瀏河鎮[7][8]。她是吳仲裔(1888年—1959年[9]）與樊復華[10]的第二個孩子，有一個哥哥和一個弟弟。依族譜，她是家族中的「健」字輩。吳健雄與她兄弟的名字都源於「英雄豪傑」這個熟語。[11][12]

吳健雄與父親親密無間，她的父親極力培養她的興趣，為她營造了一個充滿書香的家庭氛圍。[13]吳健雄在她父親為女童創辦的明德學校接受小學教育[11][14]，1923年11歲時離開家鄉前往蘇州第二女子師範學校求學。這所學校是一所寄宿制學校，在教授一般知識的同時提供教育相關的訓練。由於不收取教學及住宿的費用且在畢業後會分配工作，因而接受教學相關訓練的資格較難獲得。儘管她的家庭有支付相關費用的能力，但吳健雄仍選擇接受挑戰，在一萬個申請者中排名第九。[15]

1929年，吳健雄以班級頂尖成績畢業並被國立中央大學錄取。依據當時政府的規定，想要繼續獲得大學教育的師範生需要當一年的學校教師。在這一年中，她在中國公學任教。胡適是這所學校當時的校長。吳健雄曾旁聽他講授的課程。[16][17]1930年至1934年，吳健雄求學於中央大學，起初主修數學，後來轉為主修物理。[18]她的導師是施士元教授。1934年，吳健雄完成了一篇題為《證明布喇格定律》的畢業論文。[19]中日關係此時非常緊張，學生非常希望當時的國民政府能對日本採取更為強硬的立場，吳健雄也參與到相關的政治活動中，並被選為領導者之一。她所領導的抗議活動包括在時任國民政府軍事委員會委員長的蔣中正的辦公廳舍靜坐，參與活動的學生後來得到蔣中正的接見。她的這一行為後來被當局原諒。儘管在政治活動方面非常積極，吳健雄仍未荒廢學業。[20][21]在本科畢業後的兩年期間，吳健雄在浙江大學繼續進修研究生階段的物理學課程，第一年，她還擔任助教，第二年，她成為中央研究院物理研究所的研究員。她在中央研究院的導師是顧靜薇教授，顧靜薇在密西根大學獲得哲學博士學位，她積極鼓勵吳健雄去海外求學。吳健雄後來被密西根大學錄取，她的留學經費由她叔父吳琢之提供[22]。1936年8月，吳健雄乘坐胡佛總統號啟程前往美國。她的父母與叔叔一同為她送行，這也是吳健雄與父母見的最後一面。[23]

柏克萊生涯

吳健雄在到達美國後拜訪了加州大學柏克萊分校[13]，這也是她後來選擇進一步深造的地方[18]。在那裡，她結識了物理學家袁家騮。他是首任中華民國大總統袁世凱的孫子。[13]袁家騮帶著吳健雄參觀了柏克萊的放射性實驗室。實驗室當時的主任是歐尼斯特·勞倫斯。他因發明迴旋加速器而獲得1939年的諾貝爾物理學獎。[13]

吳健雄聽到了密西根大學對女性不甚尊重的傳聞：該校當時由學生捐資建起的學生中心不允許女學生從其前門進入[24]，這令她決定改在柏克萊進修。袁家騮將她引見給柏克萊物理系當時的系主任雷蒙德·伯奇（英語：Raymond T. Birge）。儘管那個學年早已開始，但伯奇仍是錄取了吳健雄[25]。她就此開始了柏克萊的生涯[26]。她當時的同學包括羅伯特·賴斯本·威爾遜及喬治·沃爾科夫[27]。歷史學家烏爾蘇拉·舍費爾則是她這一時期結識的友人之一[27]。吳健雄在第一學年末申請了獎學金，但由於當時對亞裔學生的歧視，她與袁家騮二人只獲得了一個較低薪酬的助教職位。袁家騮後來申請並獲得了加州理工學院的一項獎學金。[28]

吳健雄在學業及研究方面成績斐然。勞倫斯名義上是她的導師。同時，她與埃米利奧·塞格雷也進行了合作。[28]她的學位論文分為兩個獨立部分。第一部分是關於軔致輻射。這種輻射是由帶電粒子在被另一帶電粒子散射後減速時產生的電磁輻射。通常情況下，這兩種粒子分別為電子和原子核。吳健雄研究了發生β衰變的磷-32原子的情況。這种放射性同位素可以在勞倫斯發明的迴旋加速器中輕鬆產生。[29]這是吳健雄有關β衰變的第一項研究工作。日後，她成為了這一問題的權威。[30][31]論文的第二部分是有關氙的放射性同位素的產生。在這一部分中，她敘述了如何藉助迴旋加速器利用鈾元素的核分裂產生該种放射性同位素的方法。[30][32]吳健雄於1940年6月獲得了哲學博士學位。儘管得到勞倫斯和塞格雷的推薦，她仍是沒能在大學中取得職位，所以她繼續在放射性實驗室中當博士後。[30]

第二次世界大戰

1942年5月30日，吳健雄與袁家騮在袁的導師、加州理工當時的校長羅伯特·密立根的家中完婚[33]。雙方家長由於太平洋戰爭爆發都沒能出席婚禮[34]。隨後夫婦二人移居至美國東海岸。吳健雄成為了史密斯學院的教員。這所學院位於麻薩諸塞州北安普敦，是一所聲望很高的私立女子學院。吳健雄在工作上遇到一些挫折。她當時只被安排教學工作，沒有進行研究的機會。她將這一情況告知勞倫斯。勞倫斯隨後為吳健雄向一系列大學發去推薦信。為了挽留吳健雄，史密斯學院準備提拔她為副教授，並增加薪酬。[35]但她選擇接受普林斯頓大學的邀請，到那裡指導海軍軍官[30]。

吳健雄1963年於哥倫比亞大學

1944年3月，吳健雄加入了位於哥倫比亞大學的曼哈頓計劃下屬的替代合金材料實驗室（英語：Substitute Alloy Materials Laboratories）。她在工作日會住在那裡的宿舍，周末則會返回普林斯頓[36]。這座實驗室的職責是協助曼哈頓工程中鈾濃縮的氣化擴散專案。吳健雄與利奧·雷恩沃特在由威廉·黑文斯（英語：William W. Havens, Jr.）領導的小組中工作，負責開發監測放射性的儀器。[37][30]

1944年9月，曼哈頓特區工程師肯尼斯·尼科爾斯上校聯繫了吳健雄。當時剛剛開始運行的位於漢福德區的B反應爐遭遇意外故障：該反應爐會週期性停止運作然後又重新啟動。物理學家約翰·惠勒推測核分裂產物之一，半衰期為9.4個小時的氙-135是故障的元兇，並且可能是一種中子毒物。塞格雷此時記起吳健雄曾在柏克萊做過氙的放射性同位素的研究。相關的論文當時尚未發表。在查詢過該論文的草稿後，氙-135被確定是故障的元兇，因為它具有極大的中子吸收截面。[37]

在第二次世界大戰告終後，吳健雄擔任哥倫比亞大學的副研究員。此時，她與身處中國的家人恢復聯繫[38]，但其回國拜訪的計劃卻因國共內戰的爆發而擱淺。[39]1947年，吳健雄生下兒子袁緯承[40]。他後來繼承父母的衣缽成為了一名物理學家[41]。1949年，袁家騮加入位於紐約長島的布魯克黑文國家實驗室，隨後他們一家也搬到了那裡居住[42]。在中華人民共和國成立後，吳健雄的父親勸說他的女兒不要回國。由於她此時持有的護照是由中華民國政府頒發的，在出國旅行會遇到一些麻煩，這令她最終於1954年加入美國籍。[42][41]吳健雄餘下的學術生涯都是在哥大度過的。她於1952年擢升為副教授[43]，1958年升為正教授，後又於1973年開始擔任米海洛·卜平物理學教授[44]。她的學生愛把她叫做「龍夫人」。這個綽號來源於連環畫《特里與海盜（英語：Terry and the Pirates (comic strip)）》的一個角色。[45]

β衰變與宇稱守恆律

參見：吳氏實驗
吳氏實驗的實驗裝置示意圖

戰後，吳健雄繼續投入到對β衰變的研究中。恩里科·費米曾於1934年發表他的β衰變理論（英語：Fermi's interaction），但路易斯·阿爾瓦雷茨進行的一項實驗卻得出與理論相異的結果。吳健雄試圖去重複該實驗以檢驗結果。[46]她認為問題可能出在用作銅-64β射線源的硫酸銅薄膜過厚且不平，導致放出的電子失去部分能量。為了驗證猜想，她在實驗中採用了螺線管光譜儀這種舊式的光譜儀，且在硫酸銅薄膜中添加了洗滌劑以令其更薄更平。在進行這些改進後，她得到的實驗結果與費米的理論結果一致，也就是說阿爾瓦雷茨的實驗結果與費米的理論結果的差異只是實驗誤差。[47]

吳健雄在哥大結識了同是來自中國的理論物理學家李政道。20世紀50年代中期，李政道與楊振寧對於基本粒子物理學中一條假想定律——宇稱守恆定律的普適性產生質疑。這一問題在Θ-τ問題中體現得尤為明顯。在原本的構想中，這兩種奇介子性質十分相似，只是衰變後終態的宇稱有所不同。[48]如果宇稱守恆的話，那麼
Θ+
和
τ+
會發生如下的衰變：


Θ+
 →
π+
 +
π0

τ+
 →
π+
 +
π+
 +
π−
吳氏實驗的實驗結果示意圖

宇稱在電磁交互作用及強交互作用中確實是守恆的。因而之前的科學家確信弱交互作用中宇稱也會是守恆的。但這一點一直未得到實驗驗證。李楊二人的理論研究結果顯示弱交互作用中宇稱並不守恆。他們提出了一個在實驗室中驗證宇稱守恆性的實驗方案。李政道隨即請求吳健雄對於這一點進行實驗驗證。[49][50]

吳健雄選擇了具有放射性的鈷-60樣品進行該實驗，並將該樣品冷卻至較低的溫度。鈷-60是一種會發生β衰變的同位素。β衰變正是吳健雄所擅長研究的領域。極低溫環境可以相當程度上減小鈷原子的熱運動。此外，她還將樣品置於勻強恆磁場中，以令原子核的自旋方向一致。為了得到低溫環境，吳健雄攜帶著實驗設備前往專精氣體液化的國家標準局總部進行實驗。[51]

李楊二人通過理論計算預測鈷-60放出的β粒子的軌跡不對稱，也就是說宇稱不守恆。吳健雄所進行的實驗證實了這一點：宇稱在弱交互作用中確實不守恆。
Θ+
和
τ+
後來被證明是同一種粒子，也就是K介子，
K+
。[52][53][54]這項結果隨後很快又通過不同實驗得到進一步的驗證[55][56]。

宇稱不守恆是粒子物理學領域一項重要的發現，其對於標準模型的建立非常重要[57]。為了表彰李楊二人做出的理論貢獻，他們於1957年被授以諾貝爾物理學獎[58]。1958年、1959年、1960年、1964年與1965年，吳健雄數度獲得諾貝爾物理學獎提名[59]。

晚年

吳健雄與同事進行驗證矢量流守恆的實驗。實驗中，經過范德格拉夫加速器加速的質子束被通入管中，與位於光譜儀腔室入口的硼靶發生撞擊。

吳健雄於1963年研究並證實了理察·費曼與默里·蓋爾曼提出的矢量流守恆猜想。這是標準模型的建立道路上又一座里程碑。由這一結果可以得出β衰變理論模型的通用形式。[60]吳健雄所證實的弱交互作用中宇稱不守恆令物理學家對於另一個假想——電荷共軛對稱產生質疑。這個結果在電磁交互作用、萬有引力交互作用以及強交互作用中都成立，所以此前物理學家認為其在弱交互作用中也應該成立。吳健雄在伊利湖湖底的一處鹽礦中進行了一系列雙重β衰變的實驗，並證實電荷共軛對稱在弱交互作用並不成立。[53]

吳健雄所進行的另一項重要實驗是驗證約翰·沃德（英語：John Clive Ward）對於兩個傳播方向相反的光子的量子偏振的相關性的驗證。這是首次對有關互相纏結的光子對的量子結果的實驗驗證，對於解釋EPR悖論有一定的應用價值。[61][62][63][64]吳健雄後來還研究了引起鐮刀型紅血球疾病的分子突變以及梅斯堡效應[65]。她與史蒂文·莫斯科夫斯基（德語：Steven Moszkowski）於1966年合著的教科書《β衰變》後來成為該領域的一本古典參考書[66]。

20世紀50年代末至60年代初，吳健雄的哥哥與父母相繼去世。但由於美國政府當時對於公民進入共產主義國家旅行的嚴格限制，她未能回中國大陸參加親人的葬禮。[65]1965年，在訪問香港時，她與叔叔及弟弟重逢。在1972年尼克森訪華後，中美兩國的關係得到了改善，吳健雄得以於1973年回國訪問。此時，她的叔叔和弟弟已因在文化大革命中受到迫害而身故，而她父母的墳墓也遭到毀壞。她受到周恩來的接見。周恩來親自就上述情況向她致歉。在此次訪問後，吳健雄又多次訪問中國大陸。[67]

瀏河鎮明德中學

晚年的吳健雄常直言不諱。她對中華民國政府關押黃克孫的親屬以及雷震的行為表示譴責[68]。1964年，她在麻省理工學院舉行的一場座談會上為反對性別歧視發聲[69]。她向聽眾問道：「令我好奇的是，小小的原子和原子核或是數學符號亦或是DNA分子是不是也對男性或是女性有所偏向[70]。」當男性稱她為袁教授夫人時，她會立刻告訴他們她是吳教授[71]。1975年，新當選哥倫比亞大學物理系主任的羅伯特·瑟伯爾將她的薪酬調至與同等資歷的男性同事的薪酬一致[72]。吳健雄還譴責了中華人民共和國政府在六四事件中採取的鎮壓政策[73]。

吳健雄於1981年退休[69]，成為榮休教授[74]。她於紐約時間1997年2月16日下午1時許因中風去世，享壽84歲[66][75]。依照她的遺願，她的骨灰於1997年4月6日由袁家騮護送至吳健雄幼時就讀的太倉明德學校，並暫時安放在明德樓[76][77]，1998年5月31日歸葬於明德學校的院中[73][78]。

後代

物理學家Vincent 「Vinny」 Yuan是吳健雄唯一的兒子[79]。記者Jada Yuan是吳健雄唯一孫女[80]。

主要榮譽

東南大學吳健雄紀念館

吳健雄一生獲得的獎項眾多，榮譽等身。她於1948年被選為美國物理學會會員[81]，並於1975年成為美國物理學會首位女性會長[82]，並於同年獲得該學會頒發的博納獎（英語：Tom W. Bonner Prize）[81]。1958年，她當選中華民國中央研究院第二屆院士[83]，同年成為首位獲得普林斯頓大學名譽博士學位的女性[81]，以及當選美國國家科學院院士[84]，並於1964年獲得美國國家科學院頒發的科姆斯托克物理學獎[84]。1959年，她獲得了美國大學婦女協會功績獎[84]，並於1962年獲得該協會頒發的年度婦女獎[85]。她於1975年獲得美國國家科學獎章[81]，並於1978年成為首任沃爾夫物理學獎得主[81]。1974年，她被美國工業研究雜誌選為年度科學家[81]。1990年，一顆小行星以她的名字命名。她是首位在世時享此殊榮的科學家。[84]吳健雄於1994年被選為中國科學院首批外籍院士[86]。她還於1962年獲得美國富蘭克林學會頒發的魏德瑞爾獎章[81]，於1965年獲得台灣嘉新文化基金會頒發的特殊貢獻獎[84]，並於1991年獲得卜平獎[84]。1986年，美國紐約自由女神像落成一百週年之際，她獲得了艾麗絲島獎章[81]。

1995年，楊振寧、李政道、丁肇中及李遠哲四位諾貝爾獎得主在台灣發起創立吳健雄學術基金會[87]。該基金會自1998年起每年會舉辦吳健雄科學營[88]。1999年，東南大學報請中共中央及中華人民共和國國務院批准，在校園內建造吳健雄紀念館。紀念館於2002年落成，設計方案由袁家騮先生親自選定。紀念館收藏了袁家騮等人捐獻的吳健雄生前所獲獎章、獎狀及手稿等等遺物。[89]中華民國物理學會自2003年起開始向女性會員頒發吳健雄獎學金[90]。

2020年3月，由紐約歷史學會推薦，吳健雄的肖像和另外3位女性一起掛在紐約市政廳的人物肖像走廊上。和先前的8位女性肖像一起，表彰傑出女性對紐約市的貢獻得到公眾的認可。[91]紐約市政廳的走廊的肖像多以男性為主，且很多超過200多年歷史。[92]

2020年11月，美國郵政宣布將在2021年新年到來之際發行紀念吳健雄的永久郵票。[93][83]

參見

參考文獻

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來源

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