吳健雄——世界物理女王

來自專欄科研學術界的傑出女性8 人贊了文章

一、小小才女初長成

1912年5月31日，吳健雄出生在上海，是父母的第二個孩子。她這一輩行「健」字，父親吳仲裔按「英雄豪傑」四個字給孩子起名，因此她得名「健雄」。她的父親吳仲裔先生，思想開明，有見解、有膽識，對唯一的女兒吳健雄十分喜愛，給她起了個乳名叫做「薇薇」。吳仲裔畢生致力於傳播新思想、創辦新式學堂，在家鄉瀏河鎮創辦了明德學校。吳健雄幼年時，吳仲裔看出女兒沉靜好學、資質不凡，便有意培養她對科學的興趣，經常把《申報》上的科學趣聞念給她聽。吳健雄童年時，對父親組裝的一台礦石收音機十分著迷。6歲時，她開始進入父親創辦的明德學校上學。

吳仲裔鼓勵女子求學，當時鄉民們多不願意送女兒去讀書，寧願她們留在家裡照顧弟弟。吳仲裔知道了，便帶著幼小的吳健雄，到有到了入學年齡的女孩家中去，挨家挨戶地勸說父母們送女兒去明德學校上學，並免除了學雜費。父親對吳健雄產生了很深的影響，不僅為她打開了科學的大門，更教會了她許多為人處世的道理。

1923年，11歲的吳健雄隨家人離開了瀏河鎮，來到了蘇州，考入蘇州第二女子師範學校。中學時期，吳健雄有幸聆聽了胡適先生的演講「摩登的婦女」，胡適先生鼓勵女性在思想上走出舊傳統，令她大受鼓舞。1929年，吳健雄以最佳的成績從女子師範學校畢業，保送到了南京的中央大學。當時規定師範的學生畢業後要教書一年才可進入大學，但由於規定並不十分嚴格，吳健雄這一年並沒有去教書，而是在父親的鼓勵下去了位於上海的我國第一所私立大學——中國公學。在中國公學讀書期間，她不僅在最有興趣的數學、物理等科學課程上依舊名列前茅，文史類課程也總是考滿分。1930年，結束了在中國公學一年的學習生涯後，吳健雄進入了中央大學物理系。

當吳健雄開始她的大學生涯之時，近代物理科學在歐洲正進行著前所未有的革命性發展。19世紀末期，倫琴、居里夫婦、湯姆遜、盧瑟福等一些科學家的先驅性實驗工作，為即將到來的20世紀物理科學觀念性革命奠定了堅實的基礎。20世紀伊始，德國理論物理學家普朗克提出了「黑體輻射」的問題，後來經愛因斯坦進一步討論，發展出量子的觀念，加上愛因斯坦後來發表的相對論，和20世紀20年代逐漸成形的量子力學理論，使得物理學展開了一頁全新的視野，達到了一個空前輝煌的高峰。

對於這些科學進展，18歲的吳健雄雖並不全部了解，但也略知一二。尤其是她曾經讀過居里夫人的故事，對這位女科學家無限崇敬，把居里夫人作為自己的典範。而她沒有想到的是，不到20年後，自己會因為在原子核物理方面傑出的實驗工作，而被譽為「東方居里夫人」，甚至有些學者認為，吳健雄在科學上的貢獻，比居里夫人還要大。

認識吳健雄的朋友都說，吳健雄的聰慧天資是無與倫比的，但更難得的是年輕的她毫無恃才傲物、飛揚浮躁等年輕人常見的毛病。吳健雄求學的態度極其認真嚴肅，她在中大的同學都記得她如何因為一個問題想不通，獨坐思索到深夜，得不到答案絕不休息。吳健雄不愛參加娛樂活動，只是偶爾會與同學們一起出遊，其餘時間，她連假期也留校學習。不過，她並不是離群索居、不與他人來往。由於吳健雄才貌出眾、淳樸大方、學業優異，因此很得學校里其他女同學的喜歡，女孩子們都樂於與吳健雄結識、交朋友，而吳健雄也一向樂於結交朋友，她在中大收穫了許多珍貴的友誼，有的甚至延續到了她的晚年。

另一方面，吳健雄也並未忘記她對身處環境的責任。在她進入中大一年後，「九一八事變」爆發，第二年又爆發了日軍登陸淞滬的「一二八事變」。當時的中央大學，由於位於首都南京，更是學潮洶湧，學生在校積极參加請願。在這一方面，吳健雄並不是一個激烈分子，但是由於她的父親一向支持革命，再加上她成績優秀不會被退學，因此被同學們推舉為帶頭人。但她總是採取低姿態的辦法，領著隊伍避開外交部和報館遊行，時間還總是選擇在放假前，她說，同學們回家心切，無心戀戰，活動也不會持續太久。

在這樣動蕩的大時代衝擊下，吳健雄益發認識到只有長遠地培養自己的力量，未來才能有走出困境的實力，因此在偶爾參加情願遊行之餘，她還是專註於對物理科學方面的學習。她的這種想法，也是當時對她有著極大影響的多數年長知識分子們相當普遍的一種想法。

1934年，吳健雄大學畢業了，她還跟著施士元作了畢業論文，畢業成績出類拔萃。此後，她先是到浙江大學物理系當了一年助教。當時物理系的系主任張紹中很欣賞吳健雄的才華，問她要不要去中央研究院物理所工作。吳健雄知道物理所有極好的科研條件，於是欣然同意了。剛進物理所，吳健雄的指導老師是一位女教授顧靜薇。她們的實驗室分成兩間，大的是暗室，小的是討論室，這兩位有雄心的女性，都想窺探原子內部的奧秘，她們計劃在低溫下測定某種氣體的光譜，因此花了許多工夫進行儀器裝置、氣體凈化和高真空獲得的工作，廢寢忘食地埋首於暗室中。也就是在那時，吳健雄下定決心要出國念書，於是努力自學英語。

二、遠渡重洋求真知

1936年7月，吳健雄得到了叔叔贈予她的出國經費，與同鄉董若芬一起登上了開往美國的「胡佛總統號」輪船，遠赴美國密西根大學。8月，輪船到達美國舊金山，吳健雄本只打算在舊金山停留一個禮拜，因為想起她有一位同窗女友在加州大學伯克利分校，便打算去探望她。當時，伯克利分校的中國學生會會長安排了一位中國男生帶吳健雄參觀物理系，這位男生就是後來吳健雄的丈夫袁家騮。伯克利分校最吸引吳健雄的，莫過於由著名物理學家勞倫斯建立的放射性實驗室，這裡有一台37英寸的回旋加速器，可以用於加速帶電粒子，撞擊不同的原子核，進行當時最熱門的原子核實驗。

在伯克利期間，吳健雄聽說密西根大學對女學生非常歧視：當時密西根大學的學生俱樂部是由學生們募捐建成的，許多女生也付出了很多努力，但建成之後，卻不允許女生由正門進出，只能走側門。這令吳健雄大感意外，於是她放棄了去密西根大學的打算，決定留在伯克利分校的物理系。她請求袁家騮帶她去見物理系的系主任柏基，柏基是個十分挑剔，而且對外國學生、女學生很不友好的人，但吳健雄超凡的物理才能還是令他刮目相看。於是，雖然當時招生季已經過去，柏基還是破例接收吳健雄進入了伯克利的物理研究所就讀。

吳健雄在第一學年結束時的成績名列前茅。同時，作為學校為數不多的中國女生，吳健雄氣質高雅，個性開朗率真，物理系的男生們都對她十分仰慕，公認她是系花。而吳健雄在女生們中的受歡迎程度更高，女生們都親昵地叫她「Gee Gee」，是中文「姐姐」的諧音。吳健雄樂於助人，樂於與女生們交流學習與生活上的各種問題，像姐姐一樣關心著女生們；她對待朋友十分真誠，甚至不說善意的謊言，對朋友不當的行為也會指出來。當時，她最好的朋友是一位叫瑪桂特·路易斯的女孩，兩人親密如手足，甚至還曾互換衣服穿。儘管在學校有很高的人氣，吳健雄依然不熱衷於社交活動，只有科學研究一直佔據著她時間中最主要的部分。

1939年，吳健雄在專攻原子核研究的賽格瑞教授的指導下，開始研究鈾原子核分裂的產物。這一系列的實驗，大多數是由吳健雄一個人獨立完成的，值得一提的是，這其中的一項結果，對後來美國製造原子彈的「曼哈頓計劃」提供了關鍵的幫助。

1940年，吳健雄獲得了博士學位。她的博士論文發表在了國際上最重要的期刊《物理評論》上，實驗結果在科學上也具有相當重要的意義。此後，她留在伯克利做了兩年博士後，研究鈾元素的分裂產物和一些元素的放射性同位素。1942年5月30日，吳健雄與相戀多年的袁家騮在位於洛杉磯的加州理工學院舉行了婚禮，那恰好是吳健雄30歲生日的前一天。

三、一心一意科研路

1942年下半年，吳健雄的博士後研究工作結束，她希望留在伯克利任教，可是當時美國最頂尖的20個研究大學裡沒有一個學校有女性的物理教席。因此，吳健雄夫婦不得不離開了伯克利，去了美國東海岸。吳健雄到史密斯女子學院教物理。但是她並不感到滿意，因為史密斯學院教育經費有限，她無法從事科學研究；同時，離開了伯克利熟悉的環境和親密的朋友們，也讓她感到很寂寞。

為了能時刻緊跟國際物理研究進展的步伐，吳健雄保持著閱讀物理期刊和參加物理研究會的習慣。在一次學術會議上，她見到了久別的在伯克利讀書時的老師勞倫斯。當得知吳健雄現在的處境和對繼續研究的渴望後，勞倫斯替她寫了幾封推薦信，寄到一些知名大學去。不久後，吳健雄收到了來自普林斯頓、布朗、哈佛、麻省理工、哥倫比亞等八所大學的回信，它們都接受了吳健雄的申請。吳健雄最終選擇了普林斯頓大學，成為了該校有史以來第一位女講師。此後不久，袁家騮也在普林斯頓獲得了一份物理研究員的工作，他們在普林斯頓安下了家。

1944年，吳健雄開始到哥倫比亞大學進行戰時與發展原子彈相關的研究。1947年2月，她生下了獨生子袁緯承。有了孩子的吳健雄，並沒有因此停緩工作的腳步。她請了一位盡職的保姆照顧兒子，又回到了哥倫比亞大學繼續原子核物理研究。1952年，她升任副教授。由於她和丈夫所持的護照還是「中華民國」護照，而新中國已經成立，使得他們的出入境變得十分困難。為了能方便地出訪國外參加世界各地的物理學會議，1954年，吳健雄夫婦入籍美國。

由核分裂到曼哈頓計劃

「曼哈頓」計劃始於美國，是關於原子彈製造的科學計劃，集合了許多當時世界一流的科研精英，吳健雄便是其中之一。曼哈頓計劃是當時最高級的國家機密，初加入這一計劃中時，吳健雄還不具有美國國籍，但是由於計劃的主持人、有「原子彈之父」之稱的物理學家奧本海默曾是吳健雄的老師，對這位學生的出眾才能十分欣賞，不僅破例讓她以外籍科學家的身份加入這個計劃，還由她負責這其中相當關鍵的部分。對於當時剛起步的原子核分裂的研究，吳健雄不僅已經做了許多有深度的研究，還把當時許多新發現進行了綜合整理，以至於每次奧本海默開會討論核分裂與原子彈的相關問題時，都會說：「把吳小姐請來，她知道所有關於中子吸收截面的知識。」

曼哈頓計劃不僅是科學上的挑戰，更困難的是在工程和技術上的無數挑戰，譬如在引爆技術、臨界質量等方面的設計和計算，就是極其複雜艱難的工作，這些既需要科學上的知識，也需要工程技術上臻至藝境的配合。1944年，計劃參與者之一、物理學家費米在華盛頓州漢福得建立的反應堆開始運作，原子核連鎖反應開頭進行得一切順利，但幾個小時後反應卻停止了。經過研究後發現，這是由於反應產生的放射性氣體氙氣（Xe135）吸收了大部分中子造成的。吳健雄的老師賽格瑞建議他們去找吳健雄，吳健雄找出自己曾寫的一篇關於鈾原子核分裂後產生的氙氣對中子吸收橫截面產生影響的文章提供給了他們，這篇文章中包括了許多寶貴的實驗數據。毫無疑問，這些資料對於計劃的順利進展，有相當大的貢獻。1945年7月16日，第一顆原子彈試爆成功。

但是，吳健雄本人對於自己參與原子彈製造這件事，心中是有著傷痛的。談起原子彈的摧毀性，她十分痛心。她曾說：「你以為人類真的會這樣愚昧地自我毀滅嗎？不會的，我對人類有信心，我相信有一天我們都會和平地相處。」

四、β衰變實驗的世界權威

1945年，二戰結束了，吳健雄留在了哥倫比亞大學物理系，開始了對β衰變的研究。β衰變的發現始於1895年倫琴發現X光，法國科學家貝克勒爾通過對X光的研究，在第二年發現了由原子內部發出的三種輻射：帶正電的α射線、帶負電的β射線、不帶電的γ射線。之後，居里夫人對β射線的衰變現象進行了研究。而值得一提的是，在1910~1930年期間，一位奧地利女物理學家邁特納，對β衰變作出了許多實驗方面的研究進展，她可以被稱作是繼瑪麗·居里之後在原子核物理領域做出最重要工作的女科學家。

吳健雄戰後的第一個實驗，是重做了科學家阿瓦瑞茲的一個實驗——有關氫的中子散射實驗，阿瓦瑞茲在做這個實驗時得到的結果和理論不符。吳健雄利用哥倫比亞大學先進的慢速中子磁譜儀，仔細進行實驗，發現原本與理論不合的地方來自實驗測量上的一些瑕疵。隨後，吳健雄陸續發了幾篇論文，都是不同元素的慢中子效應。1949年，吳健雄和一位合作者艾伯特做了一個實驗，驗證β衰變理論和實驗間的歧異。吳健雄想到，這些慢速電子由於對環境敏感，因此放射源本身的厚度和均勻性，一定也會造成影響。她創造性地想出了一個實驗方法：在一盆水中加入一滴清潔液類的化學溶劑，這些溶劑會擴散成一個薄膜，再用一個銅環從水中套出一圈薄膜，在薄膜上滴一小滴含放射性銅的溶液，表面張力會使這些放射性銅均勻分布在薄膜上，等溶液幹了，便可用來進行實驗。她的實驗結果與科學家費米的β衰變理論完全吻合，把多年來關於β衰變的爭論一下全澄清了。之後，她又陸續發現了幾種不同型式的β衰變譜線。到50年代初，還未滿40歲的吳健雄，已經成為了β衰變領域最權威的科學家之一。

五、宇稱不守恆的驗證

宇稱，簡單的說就是空間的左右對稱。20世紀，在動量和能量守恆的基礎上，物理學家們提出了宇稱守恆定律，即：物理定律在最深的層次上，是不分左右的，左邊和右邊是沒有區別的。按照這個定律，在原子內部的世界，一物體及其左右相反的鏡像，所發生的作用是相同的。這條定律被奉為物理學界的金科玉律，直到楊振寧、李政道對它提出了質疑。

楊振寧和李政道當時在對「θ~τ之謎」的研究中，把弱相互作用中的宇稱守恆和強相互作用中的宇稱守恆分開來看待，發現會碰到實驗上的困境。於是二人決定從弱相互作用入手檢驗宇稱守恆定律，這涉及到β衰變的研究，二人就去向吳健雄請教。在聽完二人的解釋及發現弱相互作用下的宇稱不守恆，以及推想到宇稱是否僅在弱相互作用中不守恆的懷疑，吳健雄對這個問題產生了極大的興趣，於是和二人仔細討論起來。吳健雄建議二人用Co60作為β衰變放射源來進行實驗。

此後，1956年6月，楊振寧和李政道寫了一篇論文《在弱相互作用中宇稱是守恆的嗎？》，從理論上正式提出對弱相互作用中宇稱守恆的質疑，還提出了好幾種檢驗這種想法的實驗。之後，吳健雄立即領導她的小組進行了一個實驗，在極低溫（0.01K）下用強磁場把鈷-60原子核自旋方向極化（即使自旋幾乎都在同一方向），而觀察Co60原子核β衰變放出的電子的出射方向。他們發現絕大多數電子的出射方向都和Co60原子核的自旋方向相反。就是說，Co60原子核的自旋方向和它的β衰變的電子出射方向形成左手螺旋，而不形成右手螺旋。但如果宇稱守恆，則必須左右對稱，左右手螺旋兩種機會相等。因此，這個實驗結果證實了弱相互作用中的宇稱不守恆。由於吳健雄的實驗驗證了楊、李二人理論的正確性，楊振寧、李政道獲得了1957年的諾貝爾物理學獎。

此後，吳健雄對β衰變又有了更多研究成果，特別是在1963年證明的核β衰變中矢量流守恆定律，是物理學史上第一次由實驗定實電磁相互作用與弱相互作用有密切關係，對後來電弱統一理論的題出起一重要作用。

六、美國物理學會第一位女會長

從60年代中期開始的10年間，吳健雄主要致力於μ子、介子和反質子物理方面的實驗研究。她領導完成了Sn，Nd，W等元素的μ子X射線的同位素移的測定、209Biμ子X射線的磁偶極和電四極矩超精細相互作用的研究等工作，還利用布魯克海文國家實驗室內的交變梯度同步加速器產生的強大的K-，Σ-和粒子流，以高解析度Ge(Li)探測器為工具，用奇異原子方法準確地測定了這些粒子的質量和磁矩。她在國際物理學界的威望越來越大。

1964年10月，麻省理工學院舉辦了一場會議，名為「女性和科學專業」，吳健雄在發表演講，引述了1962年的一份報告，這份報告中顯示，在當時十個頂尖的公立和私立大學教席中，助教授和副教授中只有10%的女性，而教授中女性僅佔5%。而此前不久，她在接受舊金山一家報紙的專訪時，更是指出，在美國僅有7%的科學家為女性，而物理學領域，女科學家只佔3%，「在美國人們有一種錯誤的看法，認為女科學家都是邋遢的老處女，這是男人的錯。」吳健雄說。更讓吳健雄觸動極大的一件事，是在1957年，又一次她邀請自己非常崇敬的女物理學家邁特納到哥倫比亞大學訪問，在附近一個有名的餐廳吃飯時，吳健雄關切地詢問80高齡的邁特納是否需要去洗手間時，邁特納說起自己年輕時在柏林威廉皇帝研究所做研究時，由於那裡沒有供女性使用的洗手間，她只好盡量少喝水。

作為一位妻子、一位母親，吳健雄對於傳統觀念中對女性「賢妻良母」的刻板印象也頗有微詞。她認為，白天時間應當由專業的育兒中心把女性們解放出來，讓她們去追尋自己的事業。吳健雄經常對她的女學生們說，今後如果有了孩子，一定要找一個好保姆來照顧，千萬不要因此放棄了科研工作。除此之外，她認為最重要的因素在於「丈夫是否足夠尊重他們太太的意願，是否足夠體貼，是否願意減輕太太的負擔並關心她們」，她認為男人們在生活中應當對父親的職責承擔更多，從而使母親們更能投入到事業當中去。吳健雄的丈夫袁家騮，對她十分體貼與支持。巧的是，國內的另一位女物理學家、復旦大學校長謝希德女士也深有同感，並在為吳健雄傳記所作的序中寫道：「袁家騮博士對健雄女士的百般照顧，說明每一個成功的女性，背後都有一個關心體貼的丈夫。」對於社會對她的態度，吳健雄也有著敏銳的感受。有一回她提供資料給哥倫比亞大學公眾信息部門所附的信件上說，自己希望被稱為吳教授，而不是袁夫人。

1973年，美國物理學會召開年後，宣布吳健雄當選為副會長。按照學會的規定，副會長將在兩年後繼任會長。1975年，吳健雄正式就任美國物理學會會長。這是物理學界一件了不得的大事，美國科學界一直是一個男性主宰的社群，而美國物理學會成員大多是二戰期間美國國防科技發展的主導者，是在美國有巨大影響力的團體，一直由白人男性主導，以前從未出現過非白人會長，更沒有出現過女會長。

自從1975年擔任會長之後，吳健雄作出了許多科學事務的判斷和決策。她曾以物理學會會長身份致信當時的美國總統福特，向他說明基礎科學研究的重要性，並要求福特不要因為經濟上的壓力而削減需要長期穩定支持的科學研究經費。福特後來親自回信給吳健雄，表示對基礎科學研究的支持。吳健雄還曾寫信給蘇聯國家科學技術委員會主席季瑞林，對當時蘇聯因政治利用干擾一些科學家與美國的科學交流的事件表示關切，並表示願意助力於此事的解決。許多業內人士稱讚吳健雄對於物理學會會長這一職務做到了盡職盡責。

七、世界物理女王的桂冠

吳健雄在科學上的成就，使她得到了許多讚頌的稱號。早在1957年完成對宇稱不守恆的驗證之後，吳健雄就被譽為「世界最頂尖女性實驗物理學家」；後來，她在伯克利時代的老師、諾貝爾物理學獎獲得者賽格瑞又稱她為「核子物理的女王」；70年代當選物理學會會長後，她更是被稱為「物理研究的第一夫人」。在1959年出版的《現代科學中的女性》中，吳健雄與邁特納作為代表性科學家位列其中，吳健雄在書中被稱作「世界上最偉大的女物理學家」。

吳健雄一再公開宣傳，應該讓更多的女性有機會貢獻才智於科研工作，她說科研工作中少了女性「是對潛在才能一種十分可怕的浪費」。在1971年一個名為「物理中的女性」討論會中，吳健雄說：「有人問如果更多女性投入科學事業中，對社會是否會更有裨益。男人一直主宰著科學和技術領域，可是看看我們現在處身一個多麼糟糕的環境！他們已經將我們帶到環境毀滅的邊緣。」她還說，如果有更多女性投入科學工作，「世界將會是更加快樂和安全的生存之地」。

八、念念不忘故土情

自從1936年赴美求學，吳健雄就再也未曾回到祖國。其間她的雙親先後病逝，她也無法回去見他們最後一面。1971年，凍結了21年的中美關係出現了解凍跡象，國內物理學家任之恭帶領學者訪問團訪美，見到了吳健雄，曾勸她回國看看。於是1973年9月22日，吳健雄、袁家騮夫婦到達了廣州，隨後回到吳健雄位於瀏河鎮的老家。

在這次歷時53天的大陸之行中，10月15日，吳健雄夫婦與周恩來總理在北京人民大會堂有一次會面。在歡迎宴會上，周恩來向吳健雄表示了歉意，因為她父親的墓在「文革」中被破壞了。周恩來的一流政治家風采，給吳健雄夫婦留下了深刻地印象，令他們欽佩不已。

此後，吳健雄還曾多次回國，進行學術交流，或者探望多年未見的親故。在1988年吳健雄父親吳仲裔的百年壽辰時，吳健雄又一次回到了瀏河鎮，並捐出自己多年來的部分積蓄，在明德學校成立了吳仲裔基金會，用於給學生提供獎學金、購置圖書、承擔教師繼續進修經費之用。對於國內的科研和教學工作，吳健雄也一向十分支持，並曾於1982年訪問復旦大學，與校長謝希德交流中美兩國的科學教育經驗。

吳健雄堪稱進入世界一流物理學家行列的中國女性第一人，她是20世紀華人婦女的傑出代表，吳健雄奮進不息的科學生涯，勇於創新的大師風範，情系桑梓的愛國情懷，給當代的中國科學工作者樹立了榜樣。1997年2月16日，吳健雄在紐約病逝，終年85歲。遵照本人遺願，袁家騮親自護送吳健雄的骨灰回大陸，安葬於蘇州太倉瀏河。吳健雄的墓地在明德學校紫薇閣旁，墓體設計由貝聿銘任設計顧問。明德學校的科技樓被命名為「吳健雄樓」，袁家騮捐贈25萬美元作為基建費。2004年2月，前身曾為吳健雄母校國立中央大學的東南大學，成立吳健雄學院，作為一流科研人才的培養基地，並以此紀念傑出校友吳健雄女士。