趙忠堯的諾貝爾獎遺憾

方黑虎

1992年5月，適逢我國著名物理學家、中國科學技術(shù)大學（以下簡稱中國科大）原子核物理與原子核工程系首任系主任趙忠堯院士90壽辰，中國科學院院士、中國科大教授錢臨照寫下一份賀貼，遙祝趙忠堯先生福壽綿長。這份賀貼現(xiàn)存于中國科大檔案館中，其載體是一份A4紙見方的大紅稿紙，紙面樸實無華，頗似中國人過春節(jié)時書寫對聯(lián)的紅紙，由于圖像處理的緣故，呈現(xiàn)在讀者眼前的賀貼僅僅保留了文字內(nèi)容。

錢臨照也是我國著名的物理學家，1955年當選中國科學院學部委員，1958年后長期任職于中國科大。趙、錢二位先生同時執(zhí)教于中國科大，又先后受教于著名物理學家胡剛復。二人有同門同校之誼，在物理學領(lǐng)域內(nèi)自成一家又相互欣賞，長期以來保持著非常好的私交及工作情誼。

錢臨照的賀貼內(nèi)容僅寥寥十字：“壽過普朗克、學啟安德森”。對于“壽過普朗克”，錢臨照在括號中加以注釋：“M.Planck得壽八十九”，這是說德國著名物理學家、量子力學的奠基人之一，馬克斯·普朗克（Max.Planck）享年89歲。錢臨照以壽過普朗克為賀，是對趙忠堯的敬重。下一句“學啟安德森”并注“C.D.Anderson之發(fā)現(xiàn)正電子實由趙先生之硬r射線吸收所啟發(fā)”則是對趙忠堯?qū)W術(shù)造詣的準確評價，既表達了他對趙忠堯科學成就的推重之情，同時也隱含著對于歷史偶然性的深深遺憾。

說起科學史上的這樁公案，讓我們把目光拉回到20世紀30年代。趙忠堯1927年遠渡重洋來到美國加州理工學院，師從諾貝爾物理學獎得主密立根教授。密立根交給趙忠堯的第一個題目是利用干涉儀做一個光學實驗，但趙忠堯提出換一個難一些的題目。經(jīng)過一段時間的思考，密立根決定讓這位中國學生做“硬r射線通過物質(zhì)時的吸收系數(shù)”測量題目，并說：“這個題目你考慮一下”。不料趙忠堯仍嫌這個實驗簡單，于是老實回答：“好，我考慮一下”。密立根一聽這話當場就火了，“這個題目很有意思，相當重要。我看了你的成績，覺得你做還比較合適，你要是不做，告訴我就是了，不必再考慮。”趙忠堯這才表示愿意接受這個題目。或許師生二人誰都沒有料到，正是這個勉強接受的題目，把趙忠堯推到了一個偉大發(fā)現(xiàn)的門口，并無限接近諾貝爾物理學獎。

經(jīng)過一年多的實驗研究，趙忠堯發(fā)現(xiàn)了很奇特的物理現(xiàn)象：硬r射線通過輕、重元素時的吸收系數(shù)不一致。雖然暫時沒有找到原因，但趙忠堯意識到這是一種新的物理現(xiàn)象，于是把實驗成果寫成論文，并發(fā)表在1930年5月的《美國國家科學院院報》上。這些發(fā)現(xiàn)就像一扇機遇之門在趙忠堯面前打開，他孜孜以求，在科學發(fā)現(xiàn)的道路上繼續(xù)前進。時隔不久，趙忠堯在新的實驗中首次發(fā)現(xiàn)，伴隨著硬r射線在重元素物質(zhì)中的反常吸收，還存在著一種特殊輻射，并且測出這種特殊輻射的能量為0.5兆伏，大約等于一個電子的質(zhì)量，輻射角的分布大致為各相同性。這時，趙忠堯其實已經(jīng)打開了正電子探索的大門，他測量到的特殊輻射來自于正電子。如果把已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的負電子稱為物質(zhì)的話，趙忠堯則是在世界物理學史上第一個發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的物理學家。

趙忠堯的實驗結(jié)果震動了當時的實驗物理學界，很多科學家因此走上了尋找正電子的科學征程，其中也包括與趙忠堯同為密立根教授研究生的C.D.安德森。1932年9月，安德森采用與趙忠堯不同的儀器，在有磁場的云霧室中觀測到正電子的徑跡，并以此成果于1936年獲得了諾貝爾物理學獎。安德森的發(fā)現(xiàn)是建立在趙忠堯工作的基礎上的，這一點連安德森自己也不否認，他在1983年出版的一本著作中公開承認，他的實驗受到了趙忠堯?qū)嶒灲Y(jié)果的直接啟發(fā)。幾個月后，P.M.S.布萊克特與G.P.S.奧恰里尼又發(fā)現(xiàn)了更多的正電子，并對正負電子對產(chǎn)生與湮滅的機制做出了合理的解釋，布萊克特也因此獲得1948年的諾貝爾物理學獎。然而，這兩位著名科學家在自己的論文中引述趙忠堯的工作時發(fā)生了不應有的錯誤，他們竟然把趙忠堯于1930年發(fā)表的重要成果注釋成另外兩名科學家的論文，以致混淆了當時物理學界的視聽。另據(jù)時任諾貝爾物理委員會主席愛克斯朋教授回憶，1936年那次評審也曾議論到趙忠堯博士在這項重大發(fā)現(xiàn)中所做的工作，但是，當時德國著名科學家L.邁特納等兩組學者進行類似實驗時未獲得趙忠堯所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，因而評審會對趙忠堯?qū)嶒炑芯拷Y(jié)果的科學可靠性產(chǎn)生疑問。由于上述諸多歷史偶然因素，使諾貝爾物理學獎戲劇性地跳過了趙忠堯，成為他終身的遺憾，也成為包括錢臨照在內(nèi)的中國物理學界的遺憾。

無緣諾貝爾獎的遺憾是無法彌補的，但是物理學界并沒有忘記趙忠堯的歷史貢獻，諾貝爾物理學獎獲得者安德森、楊振寧、李政道等都十分推崇趙忠堯在正電子發(fā)現(xiàn)過程中起到的重要作用。1999年，中國科大修建了趙忠堯教授紀念館，楊振寧感于趙忠堯的科學成就，欣然為之題詞：“趙忠堯先生一九三〇年所發(fā)表的兩個工作是最早關(guān)于正電子的工作。是十分了不起的實驗。”

作者單位：中國科學技術(shù)大學檔案館