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荒野的开拓者汤川秀树

作者:jnscsh   时间:2022-02-10 08:37:30   浏览次数:

1935年,身为大阪帝国大学讲师的汤川秀树发表了一篇论文,预言存在“介子”这样一种未知的粒子,它产生了使原子核得以结合的力。这一先驱性的研究,让汤川秀树在14年后荣获了诺贝尔物理学奖。

1949年的日本,到处笼罩在战败的阴影下,来自汤川秀树的这份奖项成为了日本民众的一针强心剂。而出乎我们意料的是,不论是汤川秀树对自然科学知识的汲取,还是他在介子方面的研究工作,全都是在日本国内完成的。1939年,32岁的汤川秀树才第一次迈出国门,赴欧洲参加一个学术会议。

发现“介子”

汤川秀树因提出介子理论成为了日本历史上第一个获得诺贝尔奖的人。在这之前日本物理学界的研究工作没有得到应有的重视,但是,正确的东西迟早会被世人所认识。汤川秀树幸运地在有生之年获得了世界物理学界的认可。

当时人们都知道,原子作为基本单位组成了世界上的一切事物。原子的体积是极其微小的,不要说用人的肉眼,就是用显微镜都不可能看到。但通过对原子结构的推测与验证,人们已经可以把这种结构放大来形象地展现出来。如果把原子比作太阳系的话,原子核正是处于太阳系中心位置的太阳,而围绕原子核运动的电子则是各个行星。如同太阳通过万有引力吸引运转的行星一样,原子核也有一种力量在控制着运转的电子,这种力量是电子靠原子核的正电性和电子的负电性形成的。

太阳内部有其自身的物质构成。同样,原子核内部也有其物质结构。汤川秀树所发现的介子,就是位于原子核内部的组成之一。

而在这之前,原子核的结构是物理学界的一个谜。根据已有的知识,原子核内部存在着阳子和中子两种粒子。阳子带正电,中子不带电。根据同性相斥,异性相吸的原理,为什么阳子和中子会构成原子核那样坚实的结构?除非它们之间还有另外一种粒子的存在。汤川秀树正是致力于研究这“第三种粒子”的理论物理学家。

汤川秀树通过无数个日夜的苦思冥想,终于想出了一种具有新的特性的粒子,并把它称为“介子”。根据他的分析,介子的重量处于阳子和电子之间。介子的作用不可小觑,正是它把阳子与中子紧密联系起来,它是阳子与中子的中介。

此时,“介子理论”还只是汤川秀树的一种推测,要获得公认,还必须要经过反复的论证,同时还需要找出“介子”的实体。

1937年,美国的物理学家安德森通过实验,发现了介子的存在,并证明了它的质量,这一切都与汤川秀树的推测相吻合。

又过了11年的时间,美国用机械制作介子获得了成功,汤川秀树的介子理论终于获得了世界的认可。

1949年,诺贝尔奖向世人揭晓,汤川秀树以其介子理论推动了人类对物质认识的极大进步而荣获诺贝尔物理学奖。

20世纪30年代的日本学术界根基不深,特别是在基础物理领域,一直落后于美国等发达国家。而当时有人曾无端地预测:“倭人不可能获得诺奖。”这个预测犹如一个魔咒,1949年以前,这个魔咒一直未被打破。看似广袤的学术界,有很多已经被前辈踏过的痕迹,也有很多无人涉足的全新领域,汤川秀树发现了一片荒野,并将之开拓。汤川秀树对自己的成就十分“轻描淡写”,他曾经这样描述自己取得的成绩:“我只是乘着一门新科学的高涨势头做着我自己所喜欢做的事情。”并且表达了自己对未来的期望:“我希望成为一个周游各地的旅行者和一个荒野的开拓者。”

偏爱中国文学

汤川秀树如此优秀,一方面是遗传了父母的良好基因,另一方面是受书香世家的耳濡目染。1907年1月23日,汤川秀树出生于日本东京。少年时代的汤川秀树,没有显示出物理方面的才华,而是对文学颇有兴趣。他曾在自传中这样写道:“家里的书抓住了我,同时也给了我想象的翅膀。”

汤川秀树的父亲小川琢治,是著名的地理学家;汤川秀树的祖父是汉学家,对中国古代文学有很深的造诣;小川琢治的养父,也是他的岳父,曾担任过师范学校的校长;汤川秀树的母亲是一位接受过新式教育、会讲英语、思想新潮的女子。在家人的言传身教之下,汤川秀树从小对各种知识就有很强的求知欲。

在汤川秀树四五岁的时候,家里就开始了对他的启蒙教育。由于汤川秀树的父母无暇照看,所以,负责他启蒙教育的担子落在了外公的身上。而最初的启蒙教育,竟然是对汉学文化的学习。

汤川秀树的外公驹橘在明治时期以前是和歌山一带的武士,精通汉学文化;明治维新之后又改学西方文化,到晚年仍然保持订阅《泰晤士报》的习惯。外公虽然深受西方文化影响,但是他的教育理念和方式仍然停留在对汉文古籍的“读而不讲”上。

这种枯燥的学习方式对于天真烂漫的汤川秀树而言,无疑是一种“酷刑”。年幼的他不认识一个汉字,却要在外公的指字棒下逐字逐句地朗读一整篇的汉学文章,有时候甚至还要背诵和默写。汤川秀树所学习的文章大部分源于四书五经,如《大学》《论语》《孟子》等。

每晚,汤川秀树都会有30分钟至1个小时的时间,在外公的指字棒下懵懂地跟着念。有时候念着念着就走神了,有时候不经意间就睡着了。在这时,他总是被指字棒敲打课桌的声音惊醒。

经过一段时间的学习后,这样枯燥的学习方式渐渐有了成效。汤川秀树不仅可以流利地阅读难懂的文章,而且还能完整地将一篇文章背诵下来。外公慈爱地摸着他的头说:“记性到底不错嘛。”

不论这种学习方式如何,汤川秀树克服了最初对于汉字的恐惧,同时,将汉字这个“拦路虎”除掉,他对汉学文化的学习就明显容易得多,这造就了汤川秀树对汉学文化的极高造诣。

汤川秀树还十分喜欢阅读中国的长篇小说。在日本,江户时代就有《水浒传》《三国志》和《西游记》这三部著作的全译本。据汤川秀树回忆,他在上小学前后也曾沉醉于阅读友朋堂文库中收录的这三部小说的全译本。尽管这三部著作都很有意思,但最吸引他的还是《水浒传》。他通过反复的阅读,竟能将梁山一百单八将的名字全都默记下来。

汤川秀树进入大学后,正值《国译汉文大成》大型丛书出版,他从中抽出了《红楼梦》。一经阅读就再也放不下了,他每天都沉醉其中。“我感觉《红楼梦》的世界是一个与世隔绝的美丽的大花园,其中描写的是被围在深宅大院中的贾府的主人、仆人等数百人之间发生的种种事情。对于不了解这样一个复杂大家族结构的我们而言,这的确是一个不可思议的世界。”30年后,当汤川秀树再一次拿起《红楼梦》阅读的时候,他又有了一番新的体味。“我再一次造访了久违的《红楼梦》世界。我感觉到,过去我只是沉湎于《红楼梦》酿造出的氛围和情绪,而对每个主人公内心的细微活动却全然没有注意到……我参照着贾府系谱和贾府宅邸的假想图,对《红楼梦》世界背后的组织及支配每个人的行为准则逐渐明朗起来,于是,在看到这个世界的美丽的同时,我也看到了它的丑陋。”

迈入物理学的世界。

汤川秀树高中三年级的时候,就明确地表示要成为物理学家,而使其下定决心的则是他在中学时期来自日本物理学家长冈半太郎的“鼓励”。这位曾经怀疑过东方人在自然科学方面的研究能力,而后又在光谱学、地球物理学等方面证明了东方人研究能力的科学家曾说过:“我如果不能进入先进的研究者行列,并对某一学术领域做出贡献,那么生而为人就没有意义。”这样激励人心的话语使汤川秀树深感振奋,激动不已。而在1923年,著名物理学家爱因斯坦到日本讲学,也给汤川秀树留下了极为深刻的印象,进一步激发了他学习物理、勇攀现代物理学高峰的决心。

19岁的汤川秀树考入了京都大学物理系,还特地选定了当时新兴的量子物理学当作自己奋斗的目标。那个时候,日本的科学还是很落后的,量子物理学更是一片空白。汤川秀树的决定既大胆,又备具风险,但是他毫不畏惧,充满信心地开始了对微观世界的探索。当时学校并没有开设量子力学课程的能力,汤川秀树就依靠自己的努力坚持了下来。他千方百计地搜集和购买各种关于量子物理的书籍,广泛阅读欧洲、美国等国的科学家们最新发表的论文,他在物理学知识的海洋中迫切地吸收着所需要的知识,充实着自己。

19岁迈入大学物理系到27岁提出介子理论,汤川秀树的成功可谓“神速”。他没有到过欧美留学,是在日本土生土长起来的理论物理学家。他曾自谦地说:“我不是非凡的人,而是在深山丛林中寻找道路的人。”在他的研究工作遇到困难的时候,父亲曾建议他出国学习,但被他拒绝了。他说:“在完成可以称之为我的工作之前,我不想到国外去。我将尽可能地去干,不管失败多少次。”

他于迷茫中没有让自己丧失在一个抱怨的世界里,而是凭借着这样的一份执着,改变生活,转向新的环境,在新的起点上游刃有余地掌控自己真正想要追求的生活。

维护世界和平

“我们时常能够意识到,我们生活在一个了不起的时代。无论是对于个体(单个)的人亦或是全(体)人类来说,或好或坏、或善或恶,具有重大意义的事件总在不断发生。当我们追溯这些事件的根源时,多数情况下会联系到科学的进步,尤其是进入20世纪以来,以物理学为中心的自然科学的迅速进步。今天,人类所面临的危机主要以核武器的出现及核武器的高性能化为直接原因……总之,由于现代科学为人类提供了种种新的可能性,而使得这个时代成为了不起的时代。在这些可能性中,一些将人类引向幸福与繁荣,一些则将人类引向恐怖与毁灭”——汤川秀树(1961年9月)。

汤川秀树年轻时将自己的注意力集中在了学习和研究上,对社会上的事情表现得漠不关心,他很少参加其他活动。然而,一件与物理学有关的事件却改变了汤川秀树的思想,使他从此以后,开始把视线转移到了社会中,他积极地参与到了保卫世界和平的队伍中。

这件事就是第二次世界大战末期,美国在日本广岛、长崎投放了两颗原子弹。这两颗原子弹几乎毁掉了广岛、长崎两地,很多国人因此丧生,更严重的是,几十年以后这两个地方的生态环境也没能得到恢复。虽然汤川秀树当时还不可能知道原子弹对于环境的危害,但这一件事带给他的震撼无疑是巨大的。

汤川秀树不能理解,科学研究本是为了推进人类文明的进步,可是为什么如今竟然有人在从事毁灭人类的工作。热核武器的成功研制及发展,使得同样身为物理学家的汤川秀树再也无法保持沉默。他深知原子武器的威力与危害,从那一刻起,他的社会责任感被唤醒了。

1950年,汤川秀树被任命为京都大学基础物理研究所所长。他用诺贝尔奖的奖金创造更好的研究条件,仍然致力于科学研究。另外,他还积极地为和平利用核能而奔走呼吁,直至1970年退休。

为了唤醒人们对核武器危害的认识,英国数学家、哲学家罗素率先发起和平运动,该运动立即得到爱因斯坦以及美籍加拿大实业家伊顿先生的支持。1955年7月,罗素与爱因斯坦在伊顿家乡普格瓦许小渔村召开了会议,这是第一次由科学家共同讨论世界和平问题的会议。这次会议上发表了著名的《罗素—爱因斯坦宣言》。宣言中有这样的一句誓词:“我们以人的身份向人类呼吁:记住你们的人道,忘掉其余的一切!”

汤川秀树也出席了此次会议,并在宣言上签署了自己的名字,其他的一些诺贝尔奖得主,如法国的约里奥·居里等人也都签了字。然而令人感到难过的是,爱因斯坦两天后便去世了。

爱因斯坦逝世以后,保卫世界和平的运动依然进行着。1957年之后,汤川秀树继续积极地出席各种禁止核武器的国际会议。在日本京都国际会馆门口至今还立着一块汤川秀树的字碑,字碑上刻着汤川秀树的和平信念,也是所有爱好和平的人们的共同心愿——“世界是一家”。

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