“康普頓—吳有訓效應”

光學是一門擁有悠久歷史的學科，在西方對于光學的研究可以追溯到公元前歐幾里得所著的《反射光學》。而縱觀諾貝爾物理學獎的百年頒獎歷史，與光學直接或者間接相關的獲獎成果就有45項，占物理學獎約41%。其中對于光學的研究大多集中在光的相干性、量子性和非線性這三個范疇。1927年，阿瑟·霍·康普頓憑借“康普頓效應”獲得了諾貝爾物理學獎，他的研究對量子力學的發展影響深遠。

康普頓效應

1892年9月10日，康普頓出生在俄亥俄州伍斯特的一個高級知識分子家庭，父親曾任伍斯特學院哲學教授兼院長，大哥是普林斯頓大學物理系主任，后來成為了麻省理工學院院長。也許是因為康普頓從小與大哥關系親密，所以大哥成為了康普頓科學道路的引路人。

康普頓走上科學家的道路是從研究X射線開始的。他早在大學時期的畢業論文中，就提出了一個新的理論見解，其大意是：在晶體中X射線衍射的強度是與該晶體所含的原子中的電子分布有關。

1923年5月，31歲的康普頓在《物理評論》雜志上以《X射線受輕元素散射的量子理論》為題，發表了他所發現的效應，并用光量子假說對其進行了解釋。他在文中這樣寫道：“從量子論的觀點看，可以假設：任一特殊的X射線量子不是被輻射器中所有電子散射，而是把它的全部能量耗于某個特殊的電子，這電子轉過來又將射線向某一特殊的方向散射，這個方向與入射束成某個角度。輻射量子路徑的彎折引起動量發生變化。結果，散射電子以一等于X射線動量變化的動量反沖。散射射線的能量等于入射射線的能量減去散射電子反沖的動能。由于散射射線應是一完整的量子，其頻率也將和能量同比例地減小。因此，根據量子理論，我們可以期待散射射線的波長比入射射線大”，而“散射輻射的強度在原始X射線的前進方向要比反方向大，正如實驗測得的那樣。”

這一簡單的推理對于現代物理學家來說早已成為常識。可是，在那個年代人們對于經典物理概念根深蒂固，加之康普頓的實驗證據尚不完備，所以康普頓效應的提出遭到了人們的諸多質疑。

為了獲得全面的實驗證據，康普頓在芝加哥大學的奈爾森物理實驗室開展了深入的研究，其中來自中國的研究生吳有訓以高超的實驗技術、細致的工作，為證實康普頓效應做出了重要的貢獻。

吳有訓留學到芝加哥大學后，對導師康普頓所研究的X射線散射現象產生了濃厚的興趣。他認為“X射線的散射研究將證實，光的顆粒性所起的作用不僅是光子的能量，而且還有它的動量。這樣一來，光子的粒子資格，便以更明顯的形式被確定下來。這將意味著人類對于核物理及高能物理的深入研究，將會發生劃時代的重大變化。”

吳有訓在康普頓的指導下，先用7種物質作X射線散射材料，結果都與康普頓的實驗效應一致，由此證實了康普頓效應的普適性。后來吳有訓又增加了8種物質，這15種物質都無一不證明了康普頓效應的普遍性。

1924年9月，康普頓和吳有訓合著的第一篇論文《經過輕元素散射后的鉬Kd射線的波長》發表。隨后，吳有訓突破了好幾項實驗難題，單獨發表了兩篇論文《變線與不變線的能量分布》《變線與不變線的能量比率》，這些實驗結果都證實了康普頓效應的客觀存在。而吳有訓對康普頓效應最突出的貢獻在于測定了X射線散射中變線、不變線的強度比率R隨散射物原子序數變化的曲線，證實并發展了康普頓的量子散射理論。

借此，康普頓效應終于獲得了舉世公認。世界諾貝爾獎評選委員會因此將其列入了下一屆物理獎的名單并希望康普頓寫下這一創舉的過程、價值以及獲得候選人的名單。此時，榮譽加身的康普頓并沒有忘記吳有訓，他想將吳有訓的名字也加入其中，但被吳有訓拒絕了，吳有訓的理由是“如果沒有我，教授，您的研究和實驗同樣會有飛快的進展。我認為，一個偉大真理的誕生，是任何艱難險阻也抵擋不住的。我想，這應該是人類進步、科學事業發展的客觀規律。”

1926年，康普頓在其出版的《X射線的理論與實驗》一書中，對吳有訓的工作給予了高度評價，全書有19處運用了吳有訓的研究成果。特別令人感動的是，康普頓認為，“康普頓效應”可以稱為“康普頓-吳有訓效應”。

教授與正之

“正之，現在你們的國家很窮，又是連年戰爭，沒有搞科學實驗的條件，像你這樣的實驗科學家，回去了，施展不了自己的才華，還是留在這里吧，繼續當我的助手，我將給予你優厚的條件。”

一個星期后，吳有訓（字正之）終于將自己回國的決定告訴了康普頓。康普頓為此惋惜不已。

在以后的日子里，康普頓一直對這位來自大洋彼岸的學生念念不忘，他常向人們夸贊吳有訓的獨到見解與實驗才能。“1961年12月，70歲的康普頓聽說吳有訓的學生楊振寧要返回中國探親，便找到楊振寧，希望他能代為問候吳有訓，次年1月，楊振寧回到中國，將自己寫的書贈予吳有訓，書的扉頁上題詞道：‘年前晤霍·康普頓教授，他問我師近況如何，并謂我師是一生中最得意的學生。”

康普頓比吳有訓大5歲，儀表堂堂，和藹可親。康普頓到芝加哥大學任教是在吳有訓入學的第二年。

康普頓授課的頭一年，吳有訓對這位老師的教學方法非常不適應。康普頓教學過程中跳躍性大，中間留下了大片“空間地帶”，需要吳有訓費很大力氣才能理解。

通過一年的努力，吳有訓逐漸適應了這種跳躍式的教學方式。同時，他利用自己的業余時間對導師的研究成果進行驗證，以期更好地向導師學習。

一次，康普頓要在學校進行講學活動。他演講的題目是《關于X射線散射現象分析》。當康普頓用兩個半小時講完自己的研究成果后，他微笑著強調說：“請各位注意，我的實驗結果證明了我的研究基本上是成功的，當然，研究光子的動量僅僅開始，許多難題還橫在我們面前，所以我的實驗并不是無懈可擊的。”

頓時，課堂里鴉雀無聲。人們開始相互張望，竊竊私語起來。也許，人們在等待有反對者起身駁斥教授的研究成果。

此時，吳有訓起身說道：“康普頓教授的實驗結果，是令人信服的……由于康普頓教授研究的課題太重要了，必然引起許多人的矚目，其中就包括我在內。我用業余時間做了一些實驗，有些結果似與教授的結論略有差別，現在提出來或許可供參考……”

吳有訓無可辯駁的論證，博得了全場的陣陣掌聲，同時他也順利的成為康普頓教授的助理。

至此，才有了“康普頓-吳有訓效應”的出現。