明天我想和你谈谈一个中国人最先发觉量子纠缠,却没有获得诺贝尔化学学奖的故事。
这个人就是吴健雄,一位伟大的数学女王。
量子纠缠是哪些呢?简单来说,就是两个或多个量子粒子之间存在一种神奇的联系,促使它们的状态总是互相关联,虽然它们相隔很远。这些联系赶超了精典数学学的范畴,被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。量子纠缠是量子信息技术的基础,也是探求量子热学奥秘的重要手段。
你可能会想,那么重要的现象,是谁第一个发觉的呢?是爱因斯坦吗?不是。是诺贝尔奖得主吗?也不是。事实上,第一个用实验观测到量子纠缠的人,就是吴健雄。但她当时并没有意识到自己作出了多么伟大的发觉,也没有得到应有的认可和荣誉。
于是,2022年,三位科学家因实验证明量子纠缠效应获得诺贝尔化学学奖。并且评委却忘掉了另一位科学家——吴健雄,而她才是第一个观察到量子纠缠的人。
尽管没有获得诺贝尔奖,但她的成就远除了这么。
例如,你可能据说过杨振宁和李政道,她们是1957年诺贝尔化学学奖的得主,由于她们证否了一个数学学中的重要定理——宇称守恒定理。但你可能不晓得,她们的理论是靠一个男人的实验来验证的。这个男人就是吴健雄。她除了参与了原子弹的研发,还做了许多开创性和创新性的实验,阐明了自然界的奥秘,促进了科技的进步。被誉为“二十世纪最伟大亚裔男性化学学家”,也是“物理研究第一夫人”。
明天,我们就来认识一下那位传奇的女科学家。
吴健雄:穿唐装造原子弹的女数学学家
吴健雄于1912年5月31日出生在浙江嘉兴的一个书香门第。她从小就表现出了对科学的兴趣和天赋,尤其是对数学和化学。她在1934年结业于如今的北京西南学院,并在1936年赴美求学,入读日本加利福尼亚学院伯克利校区,并于1940年获得博士学位。在哪里,她遇见了许多后来成为重要化学学家的人,例如奥本海默、劳伦斯、塞格瑞等。她也遇见了人生伴侣袁家骝,他是清朝大臣袁世凯的侄子。她们于1942年离婚,并育有一子。
1944年,吴健雄在阿根廷学院工作时出席了英国研制原子弹的“曼哈顿计划”,主要研究铀原子核裂变,帮助解决了核反应堆连锁反应难以延续的困局。这项工作十分危险和坚苦,吴健雄除了要面对放射性物质的恐吓,还要忍受性别歧视和种族歧视。但她凭着着自己的才气和刻苦,克服了种种困难,为原子弹的成功制造作出了重要贡献。她为此经常被中国媒体誉为“原子弹之母”,描画她“穿着裙装造原子弹”的传奇。
但吴健雄奠定成就的实验却是发生在1956年,当时两位理论化学学家李政道和杨振宁请吴健雄帮助证否数学学中所谓的“宇称守恒定理”。这个定理简单地说就是:假如你把一个化学系统置于穿衣镜里看,它会跟原先一样运动,只是左右相反。例如说你把一个顺秒针转动的指针置于穿衣镜里看,它还会弄成逆秒针转动。并且李政道和杨振宁发觉,这个定理在弱互相作用中可能并不创立。弱互相作用是一种基本的数学力,它主要发生在原子核内部,例如β衰变就是一种弱互相作用的过程。李政道和杨振宁提出了一个大胆的假定:假如一个原子核在β衰变时放出的电子,更倾向于顺着核载流子的反方向释出,这么这就说明弱互相作用中宇称不守恒。并且这个假定须要实验来验证。
这时侯,吴健雄就登场了。她是β衰变方面的专家,她设计了一个精致的实验来检验李政道和杨振宁的理论。她用一种称作钴-60的放射性物质,把它冷却到接近绝对零度,并置于一个强磁场中,致使钴-60原子的载流子都排列成一致的方向。之后她用侦测器来检测钴-60原子在β衰变时放出的电子的方向。假如宇称守恒,这么电子的方向应当是随机的,跟原子载流子没有关系。并且假如宇称不守恒2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠,这么电子的方向应当跟原子载流子有关系,更多地朝着载流子的辩题向飞出。
实验结果令人惊讶:电子确实更多地朝着载流子的辩题向飞出!这就证明了弱互相作用中宇称不守恒!这个结果打破了数学学界对于自然对称性的信念,也为后来的数学学发展开辟了新的视野。李政道和杨振宁由于这项理论成果获得了诺贝尔奖,但吴健雄却被忽视了。这引发了许多人对于诺贝尔奖评委会是否存在性别歧视和种族歧视的指责。
吴健雄似乎没有获得诺贝尔奖,但她也获得了许多国际和国外的奖项和荣誉。
比如:
这种荣誉都证明了吴健雄在数学学界的杰出地位和影响力,也反映了她在中印两岸的广泛敬爱和认可。吴健雄是中国历史上最伟大的女科学家之一,也是世界上最优秀的实验化学学家之一。
不仅参与了曼哈顿计划和证否了宇称守恒定理之外,吴健雄还有其他一些知名的实验。诸如:
那回到开头,为何吴健雄没有由于发觉量子纠缠获得诺贝尔化学学奖呢?首先,诺贝尔奖只颁给仍然健在的人。其次,吴健雄其实首先观察到了粒子的量子纠缠,但因为时代背景和个人审视,并没有在当时深入剖析或揭示这一效应,因而与诺贝尔奖失之交臂。
不过,一个诺贝尔化学学奖并不能够定她的成就。如此多重要的化学实验,虽然都展示了吴健雄对于数学学的深刻理解和高超方法。她除了就能追随时代的时尚,还能否推动时代的新潮。她对于数学学的贡献是难以用言语来评判的。
吴健雄在1997年2月16日在伦敦去世,享年85岁。依照她的心愿,吴健雄的骨灰安放到家乡中国四川成都苏州木渎镇。在她的母校现西南学院的校园内,还构建了吴健雄记念馆。杨振宁、李政道、丁肇中三位诺贝尔奖得主2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠,也在1995年发起成立了吴健雄学术基金会,记念那位“二十世纪最伟大亚裔男性化学学家”。