在中国数学学史上,他是一座壮歌!
在世界数学学史上,他也是一颗名星!
但是,他并没有获得应有的荣誉和名位,他仍然是那样孜孜不倦而又默默无闻,他从不张扬表现自己,以致不少人都不了解他对化学学所作出的划时代贡献和高尚的为人。
1998年5月28日,当他以96岁高龄辞他人世时,仍然渐次无声,他的神情非常安祥,由于他深以手淫的是:“这一生始终在为祖国兢兢业业地工作,没有攫取谋利,没有蹉跎时光”,他对得起时代、国家和人民!
他的尸体挥别典礼也十分俭朴,只有科学界的后学、弟子、同事和崇拜者出席。
然而,世界数学学界的巨擘对他的离世却异常惊讶和懊悔。
杰出数学学家、诺贝尔奖得主李政道、杨振宁从大洋彼岸发来情真意切的讣告。
李政道的讣告说,赵老师发觉正电子的工作,是与安德逊的实验同样具有划时代重要性。他的去世是全世界科学界的极大损失!
杨振宁的讣告称,赵老师所作的关于正负电子对之形成及湮没的工作是世界一流的,他的诚朴的处事心态是我们的榜样!
他是谁?
他就是中国数学学界的先驱者之一、中国科大学教授赵忠尧院士。
这个名子在数学学界是显赫的,然而,因为他的最辉煌的贡献鲜为人知,舆论也未曾宣传他,所以中国明天的社会公众,非常是年青一代却并不了解他。
为了让历史记住中华民族有这样一个对化学学作出过辉煌贡献的优秀子孙,为了向世人进一步证明中国人的智慧和才干丝毫不比某他国家民族逊色,为了缅怀为人类作出杰出贡献的数学学家的英灵,也为了让我们的年青一代能为有赵忠尧这样的杰出科学高手而自豪,我作为一个记者,有责任把那位杰出科学家一生中最辉煌的那一页上溯下来,并把它送给读者。
一个调换的实验题,把赵忠尧推到了伟大发觉的旁边
在本世纪20年代未。
早已是北大学堂学院专科班主任的赵忠尧深深倍感,中国数学科学与西方国家的差别太大,这些差别倘若不尽早缩小,中国就要永远落后。几经考虑,他决心出国留学。1927年,25岁的赵忠尧抱着振兴中国科学的宏愿,自费赴日本深造。
他考入了法国加洲理工大学研究生部,师从知名的化学学家密立根院士。富于经验的密立根院士很快发觉,赵忠尧——一个小个子中国青年,既聪明,又用功,很有培养前途。他按照赵忠尧的预试成绩,借以向中华教育基金会推荐;让赵忠尧享受奖学金。随后3年内,赵忠尧每年都可领取一千港元的科研补贴金。他把原先北大学堂发给的半费补助出售给别的朋友了。
密立根院长慧眼识才,但十分严厉。他开始给赵忠尧布置的博士论文是借助光学干涉仪作实验的题目。负责实验指导的班主任也告诉他,做这个题目的仪器早已打算好,你若果能如实检测记录光学干涉仪上的图纹的周期变化,五年内就可获得实验结果并撰写论文,凭这篇论文就可顺利取得博士学位
赵忠尧听了尚且没有高兴,反倒身上挂起愁思。他对那位指导班主任说,我远涉重洋来日本求学,只想多学科学技术,好归国后报效祖国,能够取得学位并不是主要的。我想去找密立根院士,请他给我换一个难一点的、能学到更多本领的题目。实验指导班主任听了颇为震惊,劝赵忠尧千万不要去找密立根院长恳求换题目,这样会引来麻烦的。其他班主任和朋友也都劝赵忠尧别去自找铁钉碰。但是,赵忠尧也有股子倔劲,他还是去找密立根院士。密立根看到赵忠尧说要求换个“难一点的”题目颇感意外,这在他的教学生涯中还不曾遇见过,而且,他竟然没有发火,竟同意给赵忠尧另选题目,这是从来没有过的事。
过了些日子,密立根院长把赵忠尧叫到办公室,对他说,你不是要求换题目吗?我想了好久,决定让你做“硬伽玛射线通过物质时的吸收系数”这个题目。说到这儿,密立根院长把话打住,注意地看着赵忠尧。他发觉站在他面前的这个中国年青人并未突显高兴之意,似乎还不甚满意。于是,密立根院长沉下了脸,严肃地补了一句:“这个题目你再考虑一下。”赵忠尧心中对这个题目的确还不甚满意,由于物理学家赵忠尧的简历,在他看来,这个题目仍是属于实验观测性质,还不算是很精彩很过瘾的困局。赵忠尧是个实在人,他根本没有揣测密立根院士的心理,便实话实说:“好,我考虑一下。”密立根院长原本心中就有点气了,一听赵忠尧说“再考虑一下”,心中的气就再也憋不住了,心想,我说让你考虑一下,是出于礼貌,你倒真还要“考虑一下”,你究竟想做哪些题目?他颇为不悦地对赵忠尧说,这是个很有意思、也很重要的题目,我看你的成绩能胜任这个题目,才把这个好题目派给你。你要是不想做就不做好了,何必再考虑了。赵忠尧这时才发觉自己惹密立根院长吵架了,他很懊悔当时“再考虑一下”的表态。他马上抱歉地对密立根院长说:密立根院士,我高兴接受这个题目,并一定把它做好!这时,密立根院长身上漏出了微笑。
虽然,在当时,密立根院长似乎觉得这个题目很重要,然而,无论是密立根院士,还是赵忠尧,都没有意识到,这个题目会把赵忠尧推到一个数学科学伟大发觉的旁边。
赵忠尧开始做硬伽玛射线吸收系数的检测实验。这项工作看上去就是实验观察、记录、计算问题,实际上是个理论困局,由于,在当时,数学学界普遍觉得,硬伽玛射线通过物质时的吸收,主要是自由电子的康普顿散射造成的,用于估算吸收系数的是刚才问世的克莱因-仁科公式。密立根要求赵忠尧不要使用这个公式估算数据,而是要全部采用实验检测的数据,这样,既降低数据的实在性,也可验证克莱因-仁科公式是否正确。
赵忠尧开始了实验研究。这项工作是十分坚苦、细致的。赵忠尧每晚早上要听课,晚上做实验仪器打算,要到下午才会进行实验检测。实验规定,每半小时左右取一次数据,一次实验常常就是一个熬夜,为了不耽搁取数据,赵忠尧特地弄了一个闹铃置于实验室里,提醒自己及时操作仪器。
这个实验研究做了一年多时间。当对实验检测数据进行总结估算时,赵忠尧发觉了很怪异的现象:硬伽玛射线通过轻元素时的散射是符合克莱因-仁科公式的,而当硬伽玛射线通过重元素,例如铅,所得的吸收系数比公式估算的结果大了约40%。赵忠尧既困扰又激动,产生这些差别的缘由是哪些呢?他一时难以回答,但他对自己的实验操作、测量、计算是非常自信的。他觉得,可以肯定,这个差别不是因操作差错导致,而是一种新的化学现象。于是,他很快把这项实验研究的成果写成了论文,并于1929年末,把论文交给了密立根院士。
奇怪的是密立根院长未作任可反应,他也倍感不解:实验结果如何同预期目标这么不相符呢?赵忠尧的实验检测做得完全确切可靠吗,两三个月过去了,密立根院长仍然未发表意见。赵忠尧这时有点急了,由于,这个论文不通过或不发表就等于延后了一个科学发觉的报导,在科学竞技场上,报导先后常常决定着一项研究的命运。这时,一位替密立根院长管理研究生工作的院长鲍文,看出了赵忠尧的焦躁心情,他跑去对密立根院长说:“我对赵忠尧的实验检测全过程很了解,从仪器操作、实验设计、测量和估算的全过程都进行得十分严谨,实验结果是可靠的。鲍文院士的这番话打消了密立根院长对赵忠尧实验可靠性的担忧,他总算同意赵忠尧将论文送出发表。
1930年5月,法国《国家科大学院刊》正式发表了赵忠尧的论文:《硬伽玛射线吸收系数检测》。赵忠尧在这篇论文中首先向世界宣布:硬伽玛射线通过不同物质的吸收系数是有很大差别的,通过轻元素时的吸收系数较小,符合克莱因-仁科公式,而通过重元素时,吸收系数大得多,比克莱因-仁科公式估算结果高得多。赵忠尧的发觉给数学学界提出了一个引起科学思索的重要问题:硬伽玛射线对轻重元素吸收系数差别意味着哪些?就在赵忠尧从事这项开拓性实验的同时,美国和加拿大的化学学家也在进行类似实验检测。在赵忠尧发表论文以后不久,有三个研究单位也分别得到了与赵忠尧实验研究类似的结果,她们也都发觉:硬伽玛射线在通过重元素时的反常吸收,并猜测这是因为原子核的作用所造成的,然而,无论怎样、赵忠尧是最早的发觉者。
赵忠尧自己提出并设计操作的实验,首先发觉了正负电子对的湮没,发觉了反物质的存在
赵忠尧是个出众的数学学研究者,当他发觉了硬伽玛射线通过轻重不同元素吸收系数差别极大的奇异现象后,一个新的研究目标早已在脑海中出现了:要研究清楚硬伽玛射线与物质互相作用的机制。他决定做一个新的实验,来观测重元素对硬伽玛射线的散射现象。他把这个构想告诉了鲍文院士,征询他的意见。鲍文院长对赵忠尧说:你已完成了检测吸收系数的论文,评博士学位早已够了。其实,你若果要做进一步研究,也是挺好的。赵忠尧见鲍文院士并未否定自己的实验构想,就高兴地对鲍文院士说:“我决定继续研究,请先生能给与更多的指导。”
这时是1930年初,离赵忠尧结业只有大半年时间。在这样短的时间内,要完成一个开拓性的新实验是十分困难的。不过,探索科学奥秘的强烈心愿,给了赵忠尧巨大力量,他又夜以继日地在实验室干开了。
没想到实验一开始就碰到了“困难”。根据赵忠尧的设计,实验是在高气压电离室中进行,使用真空静电计进行检测。当时,采用的真空静电计是美国霍夫曼院士发明的一种新型真空静电计,加洲理工大学的鞋厂仿造了一批。这些静电计中有一根极细的白金丝,是用包银的白金丝拉制后,再用酸将外边的包银腐蚀掉制成的。白金丝的左端通过一个焊点和电离室的中心电极相连,上端联接静电计表针。赵忠尧接通电源后,奇怪的现象出现了:静电计的表针在十几分钟后,仍波动不稳定。赵忠尧仔细检测了仪器和实验操作,都没有发觉问题,他只得跑去求教密立根院士,密立根院长来实验室观察后说,这些新产品我也没有用过。并且你必须解决这个问题!
赵忠尧和一起出席实验的朋友倍感疑惑了,密立根院长为何这样回答我们呢?有的说,这是密立根院长存心考考我们解决问题的能力,赵忠尧则觉得,密立根院长回答起码说明我门实验研究设计没有问题,表针不稳定的问题经过努力是有可能解决的。
于是,赵忠尧就寻思上去,他首先检测是否是仪器周围环境有震动,经过仔细检测,可以排除环境震动干扰的诱因,接着又采用加强固定的办法来减少和清除震动,最后干脆用弹簧把静电计的支架缠住,又把支架置于用四个足球支撑的平板上来阻尼,没想到所有阻振、减振的办法都毫无效果,静电计表针仍然剧烈地摆动着!
赵忠尧不得不换个思路找寻问题,既然震动难以用数学的方式控制住,会不会是导电不良,电压不稳定造成的呢?赵忠尧在白金丝的焊点滴了一些导电的碳制黑墨水,表针果然显得既稳定又灵活了。实验检测的第一个困局总算解决了。
赵忠尧开始观测重元素对硬伽玛射线散射现象。他选择了重元素铅为观测对象,又用轻元素铝作为比照对象。这项实验观测从夏天开始,直至9月份才结束,赵忠尧酝酿许久的暑假旅行计划只能告吹,然而,实验观测获得的重要结果却使他沉溺在无比的欢悅中。
赵忠尧进行的这项实验结果极为重要,他首次发觉:伴随着硬伽玛射线在重元素中的反常吸收,还存在一种未曾见过的特殊幅射现象,这些幅射十分弱,要把它与很强的康普顿散射本底分开是很困难的。赵忠尧考虑到,康普顿散射主要是在朝前方向,便决定在朝后的方向检测,结果获得了清楚的特殊幅射的信息。赵忠尧还进一步测得,这些特殊幅射的能量为0.5兆伏,大概等于一个电子的质量,幅射角的分布大致为各向同性。
赵忠尧把这个结果很快撰写成第二篇论文《硬伽玛射线的散射》,于1930年10月在日本的《物理评论》杂志发表。赵忠尧的指导老师密立根院长见到中学生获得这么重要的研究成果,心里好不得意,好不喜欢。在进行博士论文答辩时,他当着院士们的面“讥笑”起赵忠尧来:“这个姑娘不知天高地厚,当年我让他做这个题目,他还嫌题目太简单,说要“考虑考虑”呐!”教授们都晓得密立根这番“讥笑”,既是为自己教出赵忠尧这样的优秀中学生而倍感自豪,又是对赵忠尧表示一番疼爱。密立根话音刚落,院长们都哈哈大笑上去。
赵忠尧的实验研究结果,非常是只有他一人测得幅射能量为0.5兆伏这个决定性的数据,导致了化学学界的注重。赵忠尧在加洲理工大学的同事安德逊就对此十分感兴趣,在赵忠尧研究的启示下,1932年,安德逊在宇宙线的云雾室相片上,观察到了正电子的径迹。随后,人们对反常吸收和特殊幅射才有了新的认识。
对这种实验结果进一步剖析,化学学家总算认定,反常吸收是因为部份硬伽玛射线经过原子核附近时转化为正负电子对,而赵忠尧首先只身发觉的特殊幅射则是一对正负电子湮没并转化为一对光子的湮没幅射!也就是说,假如把人们早已发觉的电子称为负电子的话,那未,赵忠尧及安德逊则第一次发觉了正电子的存在;假如把早已发觉的负电子称为物质的话。赵忠尧则是在世界数学学界第一个观测到正反物质湮没的人,因此,他也是数学学史上第一个发觉了反物质的化学学家。赵忠尧的发觉意义是伟大的,他观测到正负电子湮没幅射比安德逊见到正电子径迹整整早三年,他的研究成果是对狄拉克提出的粒于空穴理论第一个提供了实验验证,它为后来正负电子对撞机的研发提供了理论基础。赵忠尧的发觉也向世界证明了中国人的聪明才智,中华民族的优秀儿女在人类科技领域是有智慧、有能力创造科学奇迹的。
然而,在20世纪30年代,在蒋介石政府统治下的中国正在面临帝国主义的侵略恐吓。在日本乃至西方发达国家,对中国和中国人的歧视是严重的。
赵忠尧的研究方式是正确的,结果是确凿的,正直的科学家们都为之欢欣。而且,一些人效仿赵忠尧进行重复实验时,有的人并未作出赵忠尧的结果,这就导致了科学界对赵忠尧研究成果的认识不一。后来,勃莱克特、奥恰里尼两位科学家在她们的《电子对湮没》的论文中,援引赵忠尧的研究工作成果又发生了不应有的错误。这两位在当时颇具影响的化学学家,在企图对电子对湮没这个重大科学发觉进行评析时,同时援引了当时在这个问题上三篇有关论文,她们是格雷和塔伦特于1932年发表的论文,梅特纳和赫布菲尔德1931年发表的论文和赵忠尧1930年10月在日本《物理评论》发表的《硬伽玛射线的散射》的论文。援引者在注释中,竟把赵忠尧1930年发表的论文,错述成另外两篇论文。更有甚者,援引者据以立论的唯一根据是赵忠尧观测到的幅射能量0.5兆伏这个关键成果,其他两篇论文、一篇根本没有观测到幅射,另一篇观测到的是负结果。对于这个区别援引者并未说明,因而导致人们的误会。现今;我们已难以、也无必要追究援引者何以发生这样诡异的“系列错误”,然而,有影响学者这些错误在当时确实混淆了视听,大大影响了科学界和社会舆论对赵忠尧重大研究成果的评价和认识。
发觉正电子的研究成果获得了诺贝尔奖,并且得奖者的名单中却没有赵忠尧的名子
1936年西班牙皇家科大学决定对发觉正电子这项举世瞩目的研究成果授予诺贝尔化学奖,然而,评比出炉时,得奖者的名单中竟然没有1930年首先发觉正负电子湮没的赵忠尧的名子,只有1932年在云室中观测到正电子径迹的安德逊的名子。
这是历史的不公!对于这些不公,数学学界仍然是议论纷纷。
直至半个世纪后,当诺贝尔奖评审情况揭秘以后,这个不公之谜才得以解开。首先,杨振宁和李炳安院士对原始文献作了认真细致的调查研究,以确凿证据厘清了关于正电子发觉有关研究的历史原本面目,论述清楚了赵忠尧院士在这项研究中首创的和独特的主要责献,使数学学界更多的科学家晓得了这个历史公案。诺贝尔奖得主李政道院士也不遗余力在各类场合澄清这桩历史公案,充分诠释赵忠尧院长首先发觉正电子的卓越战功。他还曾与前诺贝尔化学奖委员会书记爱克斯朋进行了沟通。据爱克斯朋说,1936年那次评审会也曾议论到赵忠尧博士在这项重大发觉中所作的工作,而且,后来有两组学者进行类似实验时未获得赵忠尧所发觉的结果,因此评审会对赵忠尧实验研究成果的科学可靠性发生疑惑。后来查实的情况证明,这两位学者之所以无法作出赵忠尧所获得的结果,一个是方式做错了,另一个则是因为仪器的灵敏度不够所致。经许多科学家验证,赵忠尧所进行的实验研究方式是先进的,结果是正确可靠的。诺贝尔化学奖评审会上因两个错的实验结果和勃莱克特、奥恰里尼两位科学家引文错误的悲观影响,而对赵忠尧的首创性实验研究成果指责,实在是十分令人遗憾的。
因发觉正电子而获得诺贝尔奖的安德逊院士,到1983年在他出版的一本专著中也公道地承认:当赵忠尧先生的实验结果下来时,他正在做自己的学位论文实验。他的办公室与赵忠尧的办公室刚好相邻,他对赵忠尧所做实验的经过与结果非常清楚,并怀有极大的兴趣。他当时就意识到,赵忠尧先生的实验已表明有多出的、未知的“新东西”存在。于是,他采用与赵忠尧不同的仪器,在有磁场的云室中观测硬伽玛射与物质的作用,结果他不但观测到了电子的径迹,同时观察到与此质量相当、方向相反的反物质-正电子的径迹。安德逊坦率地承认,他的实验是直接在赵忠尧的实验结果的基础上做下来的,并遭到了赵忠尧实验结果的直接启发!
诺贝尔化学奖评审的历史遗憾是难以填补的,而且,所幸的是,因为正直的科学家们的努力和主持公道,赵忠尧首先发觉正电子的卓越科学战功,早已在世界数学学界得到认同,非常是前诺贝尔化学奖委员会书记爱克斯朋1997年在他撰写的一篇书评中坦率地写道:书中有一处令人不安的遗漏,在提到有关在重靶上高能(2.65兆伏)伽玛射线的反常吸收和幅射这个研究成果时,书中没有提及中国的化学学家赵(忠尧),虽然他是最早发觉硬伽玛射线反常吸收者之一,并且他还只身首先发觉了显著的、向后的、多向同性的0.5兆伏射线幅射(后来被确认这就正负电子湮没形成的幅射)。
为此,赵忠尧似乎无法获得诺贝尔奖,然而,化学学家都觉得,他是理该获得诺贝尔奖的,他是发觉正电子这项诺贝尔奖的首创的和主要的立功者,他在世界数学学家心里是实实在在的诺贝尔奖得主!
诺贝尔科学奖这样崇高荣誉对任何一个科家来说都是神圣的、梦寐以求的和极为难得的,而赵忠尧明明创造了足可以获得诺贝尔奖的科学成就,却因别人的过失而失之交臂,这对赵忠尧来说其实是不幸的,并且,赵忠尧对此却始终淡然处之,从安德逊获得诺贝尔奖后这几六年里,他出不曾为这件事责怪抱屈过。1959年,他在向中学生授课时,曾很客观淡然他说起这个故事,然而,绝不言及安德逊是在他的研究成果的基础上,受他的研究启发而进行实验研究等情况。
面对不公,赵忠尧毫不羞愧,一直豁达乐观“兢兢业业地为祖国工作”
对于这样明明白白的不公,赵忠尧为何能这么淡然宽容呢?半个世纪后,他在《我的追忆》中向我们揭露了这个谜。他说:“我对自己走过的公路重新进行了回顾与思索,唯一可以手淫的是,60多年来,我仍然在为祖国兢兢业业地工作,说老实话,做老实事,没有攫取谋利,没有蹉跎光阴。”他还曾多次说,科学研究不是为了个人荣誉,不是为了私欲.而是为人类谋幸福!
这种朴素而又闪光的思想语言,除了是赵忠尧的高尚的人生观诉说,也是那位杰出学者的一生为人处世的如实缩影。
正由于他“不为个人荣誉和私欲”,而是“为人类谋幸福”而从事科学研究,所以面临错失诺贝尔奖时,他不责怪,不呼“冤”,不泄气,仍然如一地钟情于科学事业。
正由于他热爱祖国,坚定不渝为“祖国兢兢业业地工作”,所以,当新中国诞生后,他冒着巨大风险,把在美国设计、制造、购买的静电加速器设备元件、技术资料带回祖国,使刚才诞生的人民共和国在1955年就有了第一台700千伏的质子静电加速器。他因此在回国途中被英国当局扣压,关进看守所达两个月,就在狱中物理学家赵忠尧的简历,赵忠尧还认认真真地学起英文来。后来,他又主持研发成2.5兆伏高气压质子静电加速器,使我国较早地迈人了核化学研究行列,较早地培养起一批核化学研究人才、较旱田荣登世界核大国之林。
正由于他坚定地干“为人类谋幸福”,一生“为祖国兢兢业业地工作”,因此,在开拓我国核化学研究,开创我国核科学事业,培养科技人才,关心祖国科技发展的事业中,他仍然孜孜不倦,默默无闻,努力拼搏,坚苦工作,从不计较名誉、地位,从不居功表功,从不向领导和组织伸手,甚至在他遭到不应有的屈辱,不公和疏远时,他也心怀坦荡,安之若素、从不责怪叫屈。
讲到这儿,我的脑海里跳出了“功”与“名”两个字。按道理说,功与名是个正相关系,即功大者名大,功小者名小,然而,人类社会情况十分复杂,功与名有时呈反相关系!即有功者无名,无功者有名,功大者名小,功小者名大,甚至有功者、有大功者还落个唾骂。这些反相关系常常酿出了许多惨剧。这些反相关系和惨剧的出现,同时代、社会和文明制度、价值观、机遇、人际关系、当事者自身的追求、性格等都有关系。
然而,人间正道是苍凉,时间和历史是公平无私的,这些被扭曲的反相关系总有三天会被纠正过来,事物的原本面目终会大白于天下。赵忠尧的功与名仍然是反相关系,然而,事隔若干年后,真相总算大白。笔者之所以向读者上溯赵忠尧生命中那最闪光的篇章,就是为了让全省社会公众能了解并记住赵忠尧为数学学所构建的卓越功勋。对赵忠尧来说,有没有得到诺贝尔奖,并不重要,历史和人民的了解和理解,才是最珍稀的,才是最令人惊讶的!