湯川秀樹

金揚(yáng)

湯川秀樹（1907-1981），日本核物理學(xué)家，因?yàn)樵诤肆Φ睦碚摶A(chǔ)上預(yù)言了介子的存在而獲得1949年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).

愛好漢學(xué)

1907年1月23日，湯川秀樹在日本東京出生.一年以后，他的父親去京都大學(xué)擔(dān)任地理學(xué)教授，全家也都跟著搬到了京都.日本京都已經(jīng)有一千多年的歷史，很早以前是日本的首都，歷史十分悠久，湯川秀樹就是在這座歷史古城中長大的.他的父親是一位著名的地質(zhì)學(xué)家和地理學(xué)家，愛好十分廣泛，家中藏書也十分豐富.在書香門第長大的湯川秀樹受到了良好的文化熏陶，從小就喜歡讀書.

日本和中國在歷史上就有很深的淵源，日本人對(duì)于中國文化十分仰慕，很多人都接受過漢學(xué)教育.湯川秀樹的祖父曾經(jīng)辦過私塾，講授漢學(xué).他的父親也是從“四書五經(jīng)”開始學(xué)起的，后來一直對(duì)中國古代文化典籍十分感興趣.湯川秀樹的外祖父也有很深的漢學(xué)功底，對(duì)于儒家的文化十分推崇.在湯川秀樹懂事以后，外祖父就開始教他學(xué)儒家文化，當(dāng)時(shí)教授的有《大學(xué)》、《論語》、《孟子》等.一直到了湯川秀樹長到10多歲這種教育才停止.湯川秀樹從小就接受漢學(xué)教育，博大和仁厚的孔孟思想在他的心里扎了根.

湯川秀樹在上高中的時(shí)候，又對(duì)道家文化產(chǎn)生了興趣.老子的學(xué)說十分玄妙，如“道可道，非常道，名可名，非常名”，也講究辯證，如“有無相生，難易相成，長短相形，高下相盈，音聲相和”“福兮禍之所伏，禍兮福之所倚”.湯川秀樹從小就沉默寡言，這種思辨精神讓他十分入迷.莊子又是另一種風(fēng)格，汪洋恣肆，在他的作品中一個(gè)寓言接一個(gè)寓言，想象力得到了盡情的發(fā)揮，那種濃郁的浪漫主義色彩讓湯川秀樹一讀起來就欲罷不能.他最喜歡的就是老子的“無為而無不為”，也常常幻想著能變成扶搖直上九萬里的大鵬.

愛上物理

湯川秀樹對(duì)文學(xué)是如此喜歡，他的同學(xué)以為他以后可能會(huì)走上文學(xué)道路.湯川秀樹確實(shí)也想搞文學(xué)，但他后來之所以走上了研究物理學(xué)的道路，跟愛因斯坦有很大的關(guān)系.

20世紀(jì)20年代，愛因斯坦創(chuàng)建了廣義相對(duì)論，他斷言時(shí)空在大質(zhì)量面前是彎曲的.連時(shí)間和空間都會(huì)發(fā)生彎曲，這種理論真的是石破天驚，但后來的天文觀測(cè)證實(shí)這種理論是對(duì)的，一夜之間愛因斯坦成了全球最著名的科學(xué)家.世界各國的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都邀請(qǐng)愛因斯坦去訪問，他的演講在每個(gè)國家都引起了轟動(dòng)，雖然大多數(shù)人聽不懂愛因斯坦講了什么.1922年愛因斯坦來到了日本東京，當(dāng)他到達(dá)車站時(shí)，幾萬人趕來迎接，要親眼看一下這個(gè)偉大的人物.愛因斯坦的到來，在日本掀起了一股物理熱，湯川秀樹也是在這個(gè)時(shí)候把志向轉(zhuǎn)向了物理學(xué)的.

當(dāng)湯川秀樹將要從中學(xué)畢業(yè)時(shí)，他的父親不想讓他讀大學(xué)，想讓他去學(xué)些技術(shù).湯川秀樹比較內(nèi)向，不善于交際，去學(xué)技術(shù)似乎很合適.但他母親極力反對(duì)，她認(rèn)為湯川秀樹雖然話少一些，但將來未必沒有出息.他的父親為此有些猶豫，就去向湯川秀樹的校長森外三郎了解情況，問他是什么意見.森外三郎卻說，湯川秀樹非常聰明，將來一定會(huì)有前途的，應(yīng)該讓他讀大學(xué).既然校長都這樣認(rèn)為，父親也就沒什么話說了.

正在這時(shí)候，東京發(fā)生了一場大地震，也影響到了京都.日本國的位置正處在地震帶上，經(jīng)常發(fā)生地震，所以國內(nèi)很多人從事這方面的研究.他的父親早年也非常熱愛文學(xué)，但因?yàn)橐粓龃蟮卣穑顾淖兞朔较颍M(jìn)入了地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究當(dāng)中.現(xiàn)在這場地震又讓父親想起了從前，于是他也想讓湯川秀樹去學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)，為國民造福.父親給了湯川秀樹一本地質(zhì)學(xué)的書，讓他去讀一下，看看有沒有興趣.湯川秀樹也對(duì)地震造成的破壞深有感觸，于是就認(rèn)真地去讀這本書.這時(shí)候報(bào)考大學(xué)的志愿表發(fā)了下來，湯川秀樹就在上面填了地質(zhì)學(xué).但不久，要成為一名物理學(xué)家的夢(mèng)又在湯川秀樹的心里升起，他發(fā)覺自己的真正愛好只有物理學(xué)，因此當(dāng)?shù)诙卧偬钪驹副頃r(shí)，他堅(jiān)決填上了物理學(xué).

孤軍奮戰(zhàn)

1926年，湯川秀樹考入了京都大學(xué)物理系，開始專心學(xué)習(xí)物理.他的思想十分開放，一直關(guān)注國際上物理學(xué)的研究方向.對(duì)于那些著名物理學(xué)家的情況了如指掌，有什么新成果出現(xiàn)，有什么新思想提出，他都非常清楚.1929年他在京都大學(xué)畢業(yè)后，就留校任教，1933年又到新建的大阪大學(xué)任教，正式開始物理學(xué)研究.

從明治維新開始，日本經(jīng)濟(jì)獲得了大發(fā)展，到了20世紀(jì)初期的時(shí)候已經(jīng)成為東方的強(qiáng)國，但與西方列強(qiáng)相比還差得遠(yuǎn)，國內(nèi)的科學(xué)研究也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方國家.在日本科學(xué)界有一位領(lǐng)導(dǎo)人物名叫長岡半太郎，早年曾經(jīng)留學(xué)英國，看慣了西方人的冷眼，從此他立志要在科學(xué)上超過西方人.當(dāng)他成為科學(xué)界的領(lǐng)導(dǎo)以后，就號(hào)召廣大青年學(xué)者發(fā)奮圖強(qiáng)，他希望能在有生之年看到他們作出成績.

湯川秀樹是長岡半太郎的學(xué)生，深受老師的影響，立志要振興日本的科技.當(dāng)時(shí)秀樹決心在量子物理學(xué)領(lǐng)域做出成績.但日本的物理研究還是很落后的，量子物理學(xué)更是一片空白，當(dāng)他遇到困難時(shí)，也沒人能幫助他.他的父親建議他去國外留學(xué)，這樣可以獲得更快的提高.但湯川秀樹拒絕了這個(gè)建議，他決心在日本這個(gè)封閉的環(huán)境里孤軍奮戰(zhàn)，憑借個(gè)人的力量作出成績，什么時(shí)候成功了，再把成果拿給外國科學(xué)家看一看.

奇怪的力

自從原子被發(fā)現(xiàn)以后，人們開始逐漸了解了它的結(jié)構(gòu)：它是由原子核與核外電子組成的，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，核外電子圍著原子核旋轉(zhuǎn).質(zhì)子和電子由于電性不同而互相吸引，但是原子核中的質(zhì)子和中子是怎么結(jié)合在一起的呢？中子不帶電不能吸引質(zhì)子，質(zhì)子帶正電還會(huì)互相排斥，但它們卻結(jié)合得非常緊密，這是為什么呢？物理學(xué)家認(rèn)為這需要一種力，就給這種未知的力取了一個(gè)名字——核力.核力不會(huì)是電磁力，因?yàn)橹凶硬粠щ姡灰膊粫?huì)是萬有引力，因?yàn)樗淖饔梅秶浅Ｐ。欢宜葎e的力的強(qiáng)度都大得多，可以把上百個(gè)質(zhì)子和上百個(gè)中子束縛在一個(gè)原子核里.人們知道的就這么多.這種力是如此的奇怪，很多優(yōu)秀的科學(xué)家都為此付出過艱辛的努力，但最終都失敗了.

世界上很多優(yōu)秀的科學(xué)家一直都在思考這個(gè)問題，湯川秀樹也常常為此失眠.他的睡眠本來就不好，躺在床上的時(shí)候也經(jīng)常在思考問題.于是他就把筆記本放在枕邊，一旦來了靈感就開始寫寫算算.“原子核是怎么結(jié)合在一起的”，如果能想明白這個(gè)問題將會(huì)是重大發(fā)現(xiàn)，可是現(xiàn)在一點(diǎn)頭緒也沒有.有時(shí)候，湯川秀樹為此徹夜難眠，常常躺在床上盯著天花板，一直到天亮.

盡管如此艱難，湯川秀樹始終沒有放棄.湯川秀樹始終銘記長岡半太郎說過的話：如果不能進(jìn)入先進(jìn)研究者的行列并作出成績，那么人生就毫無意義.

初戰(zhàn)失利

當(dāng)時(shí)物理學(xué)家已經(jīng)知道，電磁力是通過交換光子而引起的一種力.湯川秀樹叢中得到靈感，他認(rèn)為核力是質(zhì)子和中子在交換電子時(shí)產(chǎn)生的.這是通過類推法得出的，已經(jīng)非常接近事實(shí).1933年4月他在日本一個(gè)物理學(xué)會(huì)上提交了一篇論文《關(guān)于核內(nèi)電子問題的考慮》，在文中他認(rèn)為核力是由中子和質(zhì)子因交換電子產(chǎn)生的.這是湯川秀樹第一次發(fā)表自己的研究成果，但馬上就遭到了否定.到哥本哈根學(xué)習(xí)過的日本教授仁科芳雄指出，這種想法是不合理的，不符合眾所周知的物理理論.

湯川秀樹通過深入思考后也逐漸明白，這種力不可能是由交換電子產(chǎn)生的，自己的想法確實(shí)有問題.答案還是沒有找到，一切又要重新開始，湯川秀樹的心里依然無比堅(jiān)定，他一定要解決這個(gè)問題.

1934年，他從《物理學(xué)報(bào)》上看到了費(fèi)米的一篇文章，費(fèi)米在文章中完善地描述了某些元素的原子核里不斷放出電子的原因，使人們相信了中微子的存在.費(fèi)米的理論也許可以解釋核力是怎么產(chǎn)生的，湯川秀樹看完后差點(diǎn)暈倒.難道自己努力奮斗了這么久，卻被別人捷足先登了嗎？湯川秀樹真是不甘心.但事后證明這是一場虛驚，費(fèi)米提出的不是核力.

這件事讓湯川秀樹有一種緊迫感，他的靈感也在這種緊迫感下被激發(fā)出來.他想，也許我根本就不應(yīng)該用已知的粒子來解釋核力，而應(yīng)該尋找一種新的粒子來解釋它.思路一旦轉(zhuǎn)換，很快就得出了正確的結(jié)論.

四處碰壁

湯川秀樹利用測(cè)不準(zhǔn)理論和相對(duì)論，再考慮到核力作用范圍，經(jīng)過深入思考和周密的計(jì)算后解決了這個(gè)疑問.他認(rèn)為：核力是由一種粒子的傳遞產(chǎn)生的，這種粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的200倍，它可以帶正電，也可以帶負(fù)電，或者不帶電，電荷量和質(zhì)子的電荷量相等.因?yàn)檫@種粒子的質(zhì)量在電子和質(zhì)子之間，所以湯川秀樹給它起名叫“介子”.1934年11月，在大阪召開的物理學(xué)學(xué)會(huì)上，湯川秀樹正式向外界公布了他的介子理論.

但在這個(gè)時(shí)候物理學(xué)界存在一種不良的傾向，人們不愿意接受新粒子.這時(shí)候的物理學(xué)家們認(rèn)為，基本粒子只有三種——電子、質(zhì)子和中子，沒有其他的新粒子存在.當(dāng)時(shí)很多科學(xué)家都發(fā)現(xiàn)了一些新粒子，但他們都不敢承認(rèn)自己的發(fā)現(xiàn).比如泡利發(fā)現(xiàn)了中微子，過了很久才敢發(fā)表這種見解，但他依然認(rèn)為自己做了一件蠢事.他提出了中微子的概念以后，立即就后悔了，因?yàn)橹形⒆釉诋?dāng)時(shí)無法進(jìn)行檢驗(yàn)，無法證明是對(duì)是錯(cuò)，他覺得自己太草率了.狄拉克根據(jù)理論提出應(yīng)該存在一種粒子具有電子的質(zhì)量但卻帶正電荷，但因?yàn)檩浾摱挤磳?duì)新粒子的出現(xiàn)，所以他就違心地稱這種新粒子為質(zhì)子，實(shí)際上它明顯與質(zhì)子不同，就是以后被發(fā)現(xiàn)的正電子.當(dāng)時(shí)很少有人敢提出有新粒子的存在，人們寧愿相信自己的實(shí)驗(yàn)錯(cuò)了，或者計(jì)算有問題.

在這樣的情況下，湯川秀樹提出了介子理論應(yīng)該說是有些不合時(shí)宜的，立刻就有很多人提出了反對(duì)意見.當(dāng)時(shí)粒子研究領(lǐng)域的權(quán)威人物玻爾和海森堡就不贊成這種觀點(diǎn).在1937年玻爾訪問日本時(shí)，湯川秀樹詢問玻爾對(duì)介子理論的看法，玻爾并沒有過多地從理論上審視這個(gè)問題，而是反問湯川秀樹：“難道你希望有新粒子出現(xiàn)嗎？”這對(duì)湯川秀樹來說是一種沉重的打擊，但他沒有氣餒，他堅(jiān)信自己是對(duì)的.他又把有關(guān)介子理論的論文投稿到美國一家著名的學(xué)術(shù)刊物，審查人正是大師級(jí)的人物奧本海默，奧本海默認(rèn)為不應(yīng)該有新粒子存在，拒絕發(fā)表這篇文章.

舉世矚目

1937年，安德森和內(nèi)德梅厄在進(jìn)行宇宙射線的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些新粒子，經(jīng)過測(cè)量得出它的質(zhì)量大約是電子的200倍.當(dāng)時(shí)日本與歐洲在科學(xué)上的來往并不多，湯川秀樹的介子理論因?yàn)闆]有人承認(rèn)，所以影響不大，他們也沒有聽說過.但當(dāng)奧本海默得知這一消息后卻萬分高興，難道這就是一直在找的介子嗎？這種新粒子和湯川秀樹預(yù)言的介子在質(zhì)量上是如此相近，人們不得不重新審視湯川秀樹的論文.很多人開始接受了介子理論，給這種新粒子起名叫“？滋介子”.

正當(dāng)湯川秀樹為此歡欣鼓舞的時(shí)候，意外的消息傳來了.隨著對(duì)這種新粒子的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)它不是湯川秀樹預(yù)言的介子，因?yàn)樗膲勖阮A(yù)想中的介子長得多，而且在物質(zhì)中傳播時(shí)，也沒有與原子核發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng).這就不對(duì)了，既然介子是在原子核中起重要的傳遞作用的，就應(yīng)該能與原子核發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，但研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)很平淡.于是人們認(rèn)定，？滋介子絕對(duì)不是湯川秀樹預(yù)言的介子，而它也不該叫介子，后來就更名為？滋子.

盡管湯川秀樹的愿望落空了，但科學(xué)家們開始對(duì)他的理論重視起來.？滋子的出現(xiàn)也讓人們開始思考這樣一個(gè)問題：它與介子的質(zhì)量如此接近，會(huì)不會(huì)在其他方面也有聯(lián)系呢？科學(xué)家們紛紛提出一些假設(shè)，然后動(dòng)手去檢驗(yàn)他們的想法.？滋子的出現(xiàn)使人們開始在尋找介子方面展開了行動(dòng)，只要介子是真正存在的，人們總會(huì)找到它.

在尋找？滋子和介子的聯(lián)系的過程中，有人提出了這樣一種觀點(diǎn)，？滋子是介子衰變的產(chǎn)物.這個(gè)假設(shè)非常誘人，而且很可能是正確的，人們只要按著這個(gè)思路找到重現(xiàn)衰變過程就找到介子了，但這需要時(shí)間.湯川秀樹依舊在默默地等待，這一等就等到了1947年.這一年，英國物理學(xué)家鮑威爾教授，利用放在氣球上的核乳膠研究高空宇宙射線時(shí)，記錄下了介子衰變?yōu)椋孔套拥姆磻?yīng)過程，終于找到13年前湯川秀樹預(yù)言中的介子.

湯川秀樹的介子理論由此得到了世界的公認(rèn)，1949年他因此而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).他的老師長岡半太郎終于在去世前一年親眼看見了他的學(xué)生獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).湯川秀樹是第一位獲諾貝爾獎(jiǎng)的日本人，也是第二位從未到國外學(xué)習(xí)而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的亞洲人.湯川秀樹的獲獎(jiǎng)轟動(dòng)了日本，也轟動(dòng)了全世界，他的堅(jiān)持終于獲得了回報(bào).