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吴健雄:曾为美国造原子弹,墓志铭写着“一个永远的中国人”

2022-08-09 17:05:02

科学界中的伟大女性

在以男性为主要力量的科学界,女性的贡献通常更难被人们所关注,甚至被不少有着优秀才华的女科学家被淹没。

相比之下,大多数人更在意女性的外貌,却忽视了她们在创造科学探索这两个方面同样也有不俗的力量。

被誉为东方居里夫人吴健雄便是很好的例子。

实验物理学方面,吴健雄的造诣让不少人都将她与玛丽·居里相提并论。

并且在核物理研究中,如果没有吴健雄的参与,或许美国的原子弹计划还要再往后延迟,抗日战争的时间线也会受到影响。


1912年,吴健雄出生在江苏省太仓县浏河镇,家中有一个哥哥和弟弟。

按照族谱排位,她属于“健”字辈,而她的名字则来源于“英雄豪杰”这个俗语。

在那个重男轻女思想严重的年代,吴健雄并没有遭受父辈的歧视,很大程度上这来自于她的家庭。

吴健雄自幼生活在书香门第,其父亲为女童创办的明德学校专门致力于女性教育,吴健雄的小学教育便是在这里完成。


后来进入中学,吴健雄来到苏州第二女子师范学校

成绩优异的吴健雄在班里属于顶尖,最终被国立中央大学录取。

按照当时的规定,在这里就读的学生必须担任一年的学校教师。

其中她认识了胡适,后又主修物理。

但随着中日关系愈发紧张,吴健雄的进修必须前往一个足够安全的地方,而此时她已成为中央研究院物理研究所的研究员

受导师顾静薇教授的鼓励,吴健雄决定前往海外进修学习,并成功被密歇根大学录取


但当吴健雄听闻密歇根大学对女性并不友好时,于是她决定去往伯克利进修,并由袁家骝引荐给伯利克物理系教授雷蒙德·伯奇。

在此之后,吴健雄开启了她的物理研究,并一步步攀向学术高峰

或许不少人多多少少都了解到,吴健雄的主要研究贡献是原子弹建造方面。

但值得注意的是,吴健雄能参与美国曼哈顿计划与她早年的物理研究离不开关系。


原子弹“助产妇”

吴健雄在伯利克的学位论文中对实验物理学进行阐述,其主要分为两个部分:

一是制动辐射

该辐射泛指带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发射出来的辐射,主要与经典电动力学有关。

值得一提的是,关于电子辐射中叙述,吴健雄主要研究了发生β衰变的磷-32原子的情况,这种放射性同位素可以在回旋加速器中产生。


而另一个部分则是关于氙放射性同位素的产生。

在相关的论文阐述中,吴健雄叙述了如何利用回旋加速器使铀元素产生核裂变,并产生该种放射性同位素的方法。

而这也成为了她日后为美国建造原子弹的关键。

不过当年很可惜的是,尽管劳伦斯和塞格雷当初为吴健雄作推荐,但她仍旧没有在大学中获得职位。

所以在这之后她只有继续在放射性实验室里担任博士后。


同一时期早些年内德国化学家奥托·哈恩和弗利兹·施特拉斯曼发现了核裂变。

后来德国科学家进一步了解到其背后原理,核武器研究有了初步理论依据。

如果德国能够造出原子弹,那么整个世界将会完蛋

但德国不少科学家都于心不忍,并联合各路物理学大神,其中就包括爱因斯坦向美国政府写信警告

当时委任美国总统的罗斯福在了解到整个情况后,美国的核物理研究也在紧张地进行中


1942年太平洋战争爆发,吴健雄与袁家骝的交往最终换来了甜蜜的婚礼

只可惜受战争影响,双方婚礼现场基本只有两人。

直到1944年以前,吴健雄的工作几乎都与实验室和教书有关,实验研究很少。

最终吴健雄选择答应普林斯顿大学的要求,并在当地指导海军的物理研究

回到曼哈顿计划这里,美国政府集结了各路科学家助力该计划。

但当时人们并不了解铀-235的性质中子反应装置应该怎么弄也一头雾水。


整个项目讨论从1941年一直持续到1942年爱德华·泰勒当时提出用核裂变带来的冲击引爆氘和氚并引发核聚变。

但又有人认为,这种爆炸效果太强,可能会引燃大气。总之整个讨论结果没完没了。

到了1944年3月吴健雄受邀加入到了哥伦比亚大学的曼哈顿计划,并在替代合金材料实验室中工作。

其主要工作职责是协助该项目中的铀浓缩气化扩散,并与利奥·雷恩沃特带领的小组开发监测放射性元素的仪器。


结果到了9月,曼哈顿计划出现了停滞,位于汉福德区的反应堆出了问题。

该反应堆会出现周期性停运,然后又重新启动。

当时有人推测可能是核裂变带来的产物影响了反应堆,会不会是某种同位素出现了问题?

如果是这样,中子吸收截面物质使得中子无法被可裂变物质吸收进行反应。

问题在于究竟是什么物质捕获了这些中子呢?

想到这里,塞格雷突然回想起吴健雄曾经在伯克利做过氙放射性同位素的研究。


于是曼哈顿项目进一步让吴健雄深入,最终在她的帮助下,研究人员发现:

导致核反应堆异常关闭的罪魁祸首是氙-135同位素

如此一来原子弹中的核裂变反应才继续进展下去,此后没过多久,第一颗原子弹在美国试爆成功

后来的故事大家也都知道了。


科学界的守恒

二战结束后,吴健雄的实验物理研究不断深入,并进一步投入到β衰变的研究中

早年间其实有过科学家研究过β衰变,但是阿尔瓦雷茨的实验结果与恩里科·费米的理论相悖。


因此吴健雄怀疑是不是实验过程中出了问题,为了验证这个想法,她又重新改进了整个实验过程。

最终得到的结果与费米的理论一致,从而证实阿尔瓦雷茨的结果差异是来自实验误差。


在此期间,吴健雄还结识了李政道

或许李政道大家不太熟悉,但与李政道同行的,还有我国着名物理学家杨振宁。

当时两人正在研究一个十分困难的问题,宇称到底是否守恒?

(“宇称”在量子力学中被称作宇称变换,三维空间坐标系在其中一维的变换)


当时科学界的主流观点认为,宇称是守恒的,然而李、杨两人的研究却认为宇称其实是不守恒的

为了验证电磁相互作用以及强相互作用中的守恒状态,二人只能找到吴健雄利用超低温实验室进行研究

吴健雄二话没说,直接推掉了与丈夫的蜜月假期,选择在实验室里工作。

最终在她的研究下,通过对钴-60样品进行实验,其β衰变产生的同位素粒子轨迹不对称,从而验证了李、杨两人的理论。


宇称不守恒在吴健雄的帮助下进一步推动了现代物理学的研究,这对建立标准模型来讲十分重要。

李、杨两人也在后来获得了诺贝尔奖,而吴健雄连获多年的诺贝尔物理学奖提名

吴健雄的物理研究可以说推动着20世纪现代物理学的进展。

后来新中国成立后,中美建交缓和,吴健雄也多次回到中国访问,并接受了周恩来总理的接见。


后来这位伟大的教授在1981年退休,最终在1997年2月16日去世。

在她的墓碑上写着:一个永远的中国人

当人们回想起这位女性科学家时,可能会思考起男女之间在科学研究中是否存在一种性别偏向。

但事实证明,性别在科学研究中只是一个名词,而不是形容词。

女性同样可以很伟大,并且也一样能获得卓越的成就。