然而,他並沒有獲得應有的榮譽和名位,他一直是那樣孜孜不倦而又默默無聞,他從不張揚表現自己,以至不少人都不了解他對物理學所做出的劃時代貢獻和高尚的為人。
1998年5月28日,當他以96歲高齡辭別人世時,依然悄然無聲,他的神情極其安祥,因為他深以自慰的是:「這一生一直在為祖國兢兢業業地工作,沒有謀取私利,沒有虛度光陰」,他對得起時代、國家和人民!
他的遺體告別儀式也極其簡樸,只有科學界的後學、弟子、同事和敬仰者參加。
但是,世界物理學界的巨子對他的逝世卻異常震驚和悲痛。
傑出物理學家、諾貝爾獎得主李政道、楊振寧從大洋彼岸發來情真意切的唁電。
李政道的唁電說,趙老師發現正電子的工作,是與安德遜的實驗同樣具有劃時代重要性。他的逝世是全世界科學界的極大損失!
楊振寧的唁電稱,趙老師所作的關於正負電子對之產生及湮滅的工作是世界一流的,他的誠樸的處世態度是我們的榜樣!
他是誰?
他就是中國物理學界的先驅者之一、中國科學院院士趙忠堯教授。
這個名字在物理學界是顯赫的,但是,由於他的最輝煌的貢獻鮮為人知,輿論也從未宣傳他,所以中國今天的社會公眾,特別是年輕一代卻並不了解他。
為了讓歷史記住中華民族有這樣一個對物理學做出過輝煌貢獻的優秀子孫,為了向世人進一步證明中國人的智慧和才幹絲毫不比某他國家民族遜色,為了告慰為人類做出傑出貢獻的物理學家的英靈,也為了讓我們的年輕一代能為有趙忠堯這樣的傑出科學前輩而自豪,我作為一個記者,有責任把這位傑出科學家一生中最輝煌的那一頁追述出來,並把它獻給讀者。
一個調換的實驗題,把趙忠堯推到了偉大發現的門口
在本世紀20年代未。
已經是清華學堂大學本科教師的趙忠堯深深感到,中國物理科學與西方國家的差距太大,這種差距如果不儘快縮小,中國就要永遠落後。幾經考慮,他決心出國留學。1927年,25歲的趙忠堯抱著振興中國科學的宏願,自費赴美國深造。
他考入了美國加州理工學院研究生部,師從著名的物理學家密立根教授。富有經驗的密立根教授很快發現,趙忠堯——一個小個子中國青年,既聰明,又用功,很有培養前途。他根據趙忠堯的預試成績,竭力向中華教育基金會推薦;讓趙忠堯享受獎學金。此後3年內,趙忠堯每年都可領到一千美元的科研補助金。他把原來清華學堂發給的半費補貼轉讓給別的同學了。
密立根教授慧眼識才,但非常嚴厲。他開始給趙忠堯布置的博士論文是利用光學幹涉儀作實驗的題目。負責實驗指導的教師也告訴他,做這個題目的儀器已經準備好,你如果能如實測量記錄光學幹涉儀上的圖紋的周期變化,兩年內就可獲得實驗結果並撰寫論文,憑這篇論文就可順利取得博士學位
趙忠堯聽了非但沒有高興,反而臉上掛起愁雲。他對這位指導教師說,我遠涉重洋來美國求學,只想多學科學技術,好回國後報效祖國,能否取得學位並不是主要的。我想去找密立根教授,請他給我換一個難一點的、能學到更多本領的題目。實驗指導教師聽了頗為吃驚,勸趙忠堯千萬不要去找密立根教授請求換題目,這樣會招來麻煩的。其他教師和同學也都勸趙忠堯別去自找釘子碰。可是,趙忠堯也有股子倔勁,他還是去找密立根教授。密立根聽到趙忠堯說要求換個「難一點的」題目頗感意外,這在他的教學生涯中還不曾遇到過,但是,他居然沒有發火,竟同意給趙忠堯另選題目,這是從來沒有過的事。
過了些日子,密立根教授把趙忠堯叫到辦公室,對他說,你不是要求換題目嗎?我想了很久,決定讓你做「硬伽馬射線通過物質時的吸收係數」這個題目。說到這裡,密立根教授把話打住,注意地看著趙忠堯。他發現站在他面前的這個中國年輕人並未顯出高興之意,好像還不甚滿意。於是,密立根教授沉下了臉,嚴肅地補了一句:「這個題目你再考慮一下。」趙忠堯心裡對這個題目的確還不甚滿意,因為,在他看來,這個題目仍是屬於實驗觀測性質,還不算是很精彩很過癮的難題。趙忠堯是個實在人,他根本沒有揣摩密立根教授的心理,便實話實說:「好,我考慮一下。」 密立根教授本來心裡就有點氣了,一聽趙忠堯說「再考慮一下」,心裡的氣就再也憋不住了,心想,我說讓你考慮一下,是出於禮貌,你倒真還要「考慮一下」,你到底想做什麼題目?他頗為不悅地對趙忠堯說,這是個很有意思、也很重要的題目,我看你的成績能勝任這個題目,才把這個好題目派給你。你要是不想做就不做好了,不必再考慮了。趙忠堯這時才發現自己惹密立根教授生氣了,他很後悔當時「再考慮一下」的表態。他馬上抱歉地對密立根教授說:密立根教授,我高興接受這個題目,並一定把它做好!這時,密立根教授臉上露出了笑容。
其實,在當時,密立根教授雖然認為這個題目很重要,但是,無論是密立根教授,還是趙忠堯,都沒有意識到,這個題目會把趙忠堯推到一個物理科學偉大發現的門口。
趙忠堯開始做硬伽馬射線吸收係數的測量實驗。這項工作看起來就是實驗觀察、記錄、計算問題,實際上是個理論難題,因為,在當時,物理學界普遍認為,硬伽馬射線通過物質時的吸收,主要是自由電子的康普頓散射引起的,用於計算吸收係數的是剛剛問世的克萊因-仁科公式。密立根要求趙忠堯不要使用這個公式計算數據,而是要全部採用實驗測量的數據,這樣,既增加數據的實在性,也可驗證克萊因-仁科公式是否正確。
趙忠堯開始了實驗研究。這項工作是極其艱苦、細緻的。趙忠堯每天上午要聽課,下午做實驗儀器準備,要到晚上才能進行實驗測量。實驗規定,每半小時左右取一次數據,一次實驗往往就是一個通宵,為了不耽誤取數據,趙忠堯特地弄了一個鬧鐘放在實驗室裡,提醒自己及時操作儀器。
這個實驗研究做了一年多時間。當對實驗測量數據進行總結計算時,趙忠堯發現了很奇特的現象:硬伽馬射線通過輕元素時的散射是符合克萊因-仁科公式的,而當硬伽馬射線通過重元素,比如鉛,所得的吸收係數比公式計算的結果大了約40%。趙忠堯既困惑又興奮,形成這種差異的原因是什麼呢?他一時無法回答,但他對自己的實驗操作、測量、計算是十分自信的。他認為,可以肯定,這個差異不是因操作差錯引起,而是一種新的物理現象。於是,他很快把這項實驗研究的成果寫成了論文,並於1929年底,把論文交給了密立根教授。
奇怪的是密立根教授未作任可反應,他也感到不解:實驗結果怎麼同預期目標如此不相符呢?趙忠堯的實驗測量做得完全準確可靠嗎,兩三個月過去了,密立根教授依然未發表意見。趙忠堯這時有點急了,因為,這個論文不通過或不發表就等於推遲了一個科學發現的報導,在科學競技場上,報導先後往往決定著一項研究的命運。這時,一位替密立根教授管理研究生工作的教授鮑文,看出了趙忠堯的焦急心情,他跑去對密立根教授說:「我對趙忠堯的實驗測量全過程很了解,從儀器操作、實驗設計、測量和計算的全過程都進行得非常嚴謹,實驗結果是可靠的。鮑文教授的這番話打消了密立根教授對趙忠堯實驗可靠性的疑慮,他終於同意趙忠堯將論文送出發表。
1930年5月,美國《國家科學院院刊》正式發表了趙忠堯的論文:《硬伽馬射線吸收係數測量》。趙忠堯在這篇論文中首先向世界宣布:硬伽馬射線通過不同物質的吸收係數是有很大差異的,通過輕元素時的吸收係數較小,符合克萊因-仁科公式,而通過重元素時,吸收係數大得多,比克萊因-仁科公式計算結果高得多。趙忠堯的發現給物理學界提出了一個引發科學思考的重要問題:硬伽馬射線對輕重元素吸收係數差異意味著什麼?就在趙忠堯從事這項開拓性實驗的同時,英國和德國的物理學家也在進行類似實驗測量。在趙忠堯發表論文之後不久,有三個研究單位也分別得到了與趙忠堯實驗研究類似的結果,他們也都發現:硬伽馬射線在通過重元素時的反常吸收,並推測這是由於原子核的作用所引起的,但是,無論如何、趙忠堯是最早的發現者。
趙忠堯自己提出並設計操作的實驗,首先發現了正負電子對的湮滅,發現了反物質的存在
趙忠堯是個出色的物理學研究者,當他發現了硬伽馬射線通過輕重不同元素吸收係數差異極大的奇特現象後,一個新的研究目標已經在腦海中出現了:要研究清楚硬伽馬射線與物質相互作用的機制。他決定做一個新的實驗,來觀測重元素對硬伽馬射線的散射現象。他把這個設想告訴了鮑文教授,徵求他的意見。鮑文教授對趙忠堯說:你已完成了測量吸收係數的論文,評博士學位已經夠了。當然,你如果要做進一步研究,也是很好的。趙忠堯見鮑文教授並未否定自己的實驗設想,就高興地對鮑文教授說:「我決定繼續研究,請先生能給予更多的指導。」
這時是1930年初,離趙忠堯畢業只有大半年時間。在這樣短的時間內,要完成一個開拓性的新實驗是非常困難的。不過,探求科學奧秘的強烈願望,給了趙忠堯巨大力量,他又夜以繼日地在實驗室幹開了。
沒想到實驗一開始就遇到了「困難」。按照趙忠堯的設計,實驗是在高氣壓電離室中進行,使用真空靜電計進行測量。當時,採用的真空靜電計是德國霍夫曼教授發明的一種新型真空靜電計,加州理工學院的工廠仿製了一批。這種靜電計中有一根極細的白金絲,是用包銀的白金絲拉制後,再用酸將外面的包銀腐蝕掉製成的。白金絲的上端通過一個焊點和電離室的中心電極相連,下端連接靜電計指針。趙忠堯接通電源後,奇怪的現象出現了:靜電計的指針在十幾分鐘後,仍波動不穩定。趙忠堯仔細檢查了儀器和實驗操作,都沒有發現問題,他只好跑去求教密立根教授,密立根教授來實驗室觀察後說,這種新產品我也沒有用過。但是你必須解決這個問題!
趙忠堯和一起參加實驗的同學感到納悶了,密立根教授為什麼這樣回答我們呢?有的說,這是密立根教授存心考考我們解決問題的能力,趙忠堯則認為,密立根教授回答至少說明我門實驗研究設計沒有問題,指針不穩定的問題經過努力是有可能解決的。
於是,趙忠堯就琢磨起來,他首先檢查是否是儀器周圍環境有振動,經過仔細檢查,可以排除環境振動幹擾的因素,接著又採用強化固定的辦法來減輕和消除振動,最後乾脆用彈簧把靜電計的支架掛住,又把支架放在用四個網球支撐的平板上來減振,沒想到所有阻振、減振的辦法都毫無效果,靜電計指針依舊劇烈地擺動著!
趙忠堯不得不換個思路尋找問題,既然振動無法用物理的方法控制住,會不會是導電不良,電流不穩定引起的呢?趙忠堯在白金絲的焊點滴了一些導電的碳制黑墨水,指針果然變得既穩定又靈活了。實驗測量的第一個難題終於解決了。
趙忠堯開始觀測重元素對硬伽馬射線散射現象。他選擇了重元素鉛為觀測對象,又用輕元素鋁作為比照對象。這項實驗觀測從春天開始,直到9月份才結束,趙忠堯醞釀很久的暑期旅行計劃只能告吹,但是,實驗觀測獲得的重要結果卻使他沉浸在無比的歡悅中。
趙忠堯進行的這項實驗結果極為重要,他首次發現:伴隨著硬伽馬射線在重元素中的反常吸收,還存在一種從未見過的特殊輻射現象,這種輻射非常弱,要把它與很強的康普頓散射本底分開是很困難的。趙忠堯考慮到,康普頓散射主要是在朝前方向,便決定在朝後的方向測量,結果獲得了清楚的特殊輻射的信息。趙忠堯還進一步測得,這種特殊輻射的能量為0.5兆伏,大約等於一個電子的質量,輻射角的分布大致為各向同性。
趙忠堯把這個結果很快撰寫成第二篇論文《硬伽馬射線的散射》,於1930年10月在美國的《物理評論》雜誌發表。趙忠堯的指導老師密立根教授看到學生獲得如此重要的研究成果,心中好不得意,好不喜歡。在進行博士論文答辯時,他當著教授們的面「譏笑」起趙忠堯來:「這個小夥子不知天高地厚,當初我讓他做這個題目,他還嫌題目太簡單,說要「考慮考慮」吶!」教授們都知道密立根這番「譏笑」,既是為自己教出趙忠堯這樣的優秀學生而感到自豪,又是對趙忠堯表示一番疼愛。密立根話音剛落,教授們都哈哈大笑起來。
趙忠堯的實驗研究結果,特別是只有他一人測得輻射能量為0.5兆伏這個決定性的數據,引起了物理學界的重視。趙忠堯在加州理工學院的同學安德遜就對此非常感興趣,在趙忠堯研究的啟示下,1932年,安德遜在宇宙線的雲霧室照片上,觀察到了正電子的徑跡。此後,人們對反常吸收和特殊輻射才有了新的認識。
對這些實驗結果進一步分析,物理學家終於認定,反常吸收是由於部分硬伽馬射線經過原子核附近時轉化為正負電子對,而趙忠堯首先獨自發現的特殊輻射則是一對正負電子湮滅並轉化為一對光子的湮滅輻射!也就是說,如果把人們已經發現的電子稱為負電子的話,那未,趙忠堯及安德遜則第一次發現了正電子的存在;如果把已經發現的負電子稱為物質的話。趙忠堯則是在世界物理學界第一個觀測到正反物質湮滅的人,因而,他也是物理學史上第一個發現了反物質的物理學家。趙忠堯的發現意義是偉大的,他觀測到正負電子湮滅輻射比安德遜看到正電子徑跡整整早兩年,他的研究成果是對狄拉克提出的粒於空穴理論第一個提供了實驗驗證,它為後來正負電子對撞機的研製提供了理論基礎。趙忠堯的發現也向世界證明了中國人的聰明才智,中華民族的優秀兒女在人類科技領域是有智慧、有能力創造科學奇蹟的。
但是,在20世紀30年代,在蔣介石政府統治下的中國正在面臨帝國主義的侵略威脅。在美國乃至西方發達國家,對中國和中國人的歧視是嚴重的。
趙忠堯的研究方法是正確的,結果是確鑿的,正直的科學家們都為之歡欣。但是,一些人仿效趙忠堯進行重複實驗時,有的人並未做出趙忠堯的結果,這就引起了科學界對趙忠堯研究成果的認識不一。後來,勃萊克特、奧恰裡尼兩位科學家在他們的《電子對湮滅》的論文中,引述趙忠堯的研究工作成果又發生了不應有的錯誤。這兩位在當時頗有影響的物理學家,在試圖對電子對湮滅這個重大科學發現進行評述時,同時引述了當時在這個問題上三篇有關論文,他們是格雷和塔倫特於1932年發表的論文,梅特納和赫布菲爾德1931年發表的論文和趙忠堯1930年10月在美國《物理評論》發表的《硬伽馬射線的散射》的論文。引述者在注釋中,竟把趙忠堯1930年發表的論文,錯述成另外兩篇論文。更有甚者,引述者據以立論的惟一依據是趙忠堯觀測到的輻射能量0.5兆伏這個關鍵成果,其他兩篇論文、一篇根本沒有觀測到輻射,另一篇觀測到的是負結果。對於這個區別引述者並未說明,以至引起人們的誤解。現在;我們已無法、也無必要追究引述者何以發生這樣離奇的「系列錯誤」,但是,有影響學者這種錯誤在當時確實混淆了視聽,大大影響了科學界和社會輿論對趙忠堯重大研究成果的評價和認識。
發現正電子的研究成果獲得了諾貝爾獎,但是獲獎者的名單中卻沒有趙忠堯的名字
1936年瑞典皇家科學院決定對發現正電子這項舉世矚目的研究成果授予諾貝爾物理獎,但是,評獎揭曉時,獲獎者的名單中居然沒有1930年首先發現正負電子湮滅的趙忠堯的名字,只有1932年在雲室中觀測到正電子徑跡的安德遜的名字。
這是歷史的不公!對於這種不公,物理學界一直是議論紛紛。
直到半個世紀後,當諾貝爾獎評審情況解密之後,這個不公之謎才得以解開。首先,楊振寧和李炳安教授對原始文獻作了認真細緻的調查研究,以確鑿證據廓清了關於正電子發現有關研究的歷史本來面目,闡述清楚了趙忠堯教授在這項研究中首創的和獨到的主要責獻,使物理學界更多的科學家知道了這個歷史公案。諾貝爾獎得主李政道教授也不遺餘力在各種場合澄清這樁歷史公案,充分闡釋趙忠堯教授首先發現正電子的卓越功績。他還曾與前諾貝爾物理獎委員會主任愛克斯朋進行了溝通。據愛克斯朋說,1936年那次評審會也曾議論到趙忠堯博士在這項重大發現中所作的工作,但是,後來有兩組學者進行類似實驗時未獲得趙忠堯所發現的結果,因而評審會對趙忠堯實驗研究成果的科學可靠性發生疑問。後來查實的情況證明,這兩位學者之所以未能做出趙忠堯所獲得的結果,一個是方法做錯了,另一個則是由於儀器的靈敏度不夠所致。經許多科學家驗證,趙忠堯所進行的實驗研究方法是先進的,結果是正確可靠的。諾貝爾物理獎評審會上因兩個錯的實驗結果和勃萊克特、奧恰裡尼兩位科學家引文錯誤的消極影響,而對趙忠堯的首創性實驗研究成果質疑,實在是非常令人遺憾的。
因發現正電子而獲得諾貝爾獎的安德遜教授,到1983年在他出版的一本著作中也公道地承認:當趙忠堯先生的實驗結果出來時,他正在做自己的學位論文實驗。他的辦公室與趙忠堯的辦公室正好相鄰,他對趙忠堯所做實驗的經過與結果十分清楚,並懷有極大的興趣。他當時就意識到,趙忠堯先生的實驗已表明有多出的、未知的「新東西」存在。於是,他採用與趙忠堯不同的儀器,在有磁場的雲室中觀測硬伽馬射與物質的作用,結果他不但觀測到了電子的徑跡,同時觀察到與此質量相當、方向相反的反物質-正電子的徑跡。安德遜坦誠地承認,他的實驗是直接在趙忠堯的實驗結果的基礎上做出來的,並受到了趙忠堯實驗結果的直接啟發!
諾貝爾物理獎評審的歷史遺憾是無法彌補的,但是,所幸的是,由於正直的科學家們的努力和主持公道,趙忠堯首先發現正電子的卓越科學功績,已經在世界物理學界得到認同,特別是前諾貝爾物理獎委員會主任愛克斯朋1997年在他撰寫的一篇書評中坦誠地寫道:書中有一處令人不安的遺漏,在談到有關在重靶上高能(2.65兆伏)伽馬射線的反常吸收和輻射這個研究成果時,書中沒有提到中國的物理學家趙(忠堯),儘管他是最早發現硬伽馬射線反常吸收者之一,而且他還獨自首先發現了明顯的、向後的、多向同性的0.5兆伏射線輻射(後來被確認這就正負電子湮滅產生的輻射)。
因此,趙忠堯雖然未能獲得諾貝爾獎,但是,物理學家都認為,他是理該獲得諾貝爾獎的,他是發現正電子這項諾貝爾獎的首創的和主要的立功者,他在世界物理學家心中是實實在在的諾貝爾獎得主!
諾貝爾科學獎這樣崇高榮譽對任何一個科家來說都是神聖的、夢寐以求的和極為難得的,而趙忠堯明明創造了足可以獲得諾貝爾獎的科學成就,卻因他人的過錯而失之交臂,這對趙忠堯來說當然是不幸的,但是,趙忠堯對此卻一直淡然處之,從安德遜獲得諾貝爾獎後這幾十年裡,他出不曾為這件事抱怨抱屈過。1959年,他在向學生講課時,曾很客觀淡然他說起這個故事,但是,絕不言及安德遜是在他的研究成果的基礎上,受他的研究啟發而進行實驗研究等情況。
面對不公,趙忠堯毫不沮喪,始終樂觀豁達「兢兢業業地為祖國工作」
對於這樣明明白白的不公,趙忠堯為什麼能如此淡然豁達呢?半個世紀後,他在《我的回憶》中向我們揭開了這個謎。他說:「我對自己走過的道路重新進行了回顧與思考,惟一可以自慰的是,60多年來,我一直在為祖國兢兢業業地工作,說老實話,做老實事,沒有謀取私利,沒有虛度光陰。」他還曾多次說,科學研究不是為了個人榮譽,不是為了私利.而是為人類謀幸福!
這些樸實而又閃光的思想語言,不僅是趙忠堯的高尚的人生觀吐露,也是這位傑出學者的一生為人處事的如實寫照。
正因為他「不為個人榮譽和私利」,而是「為人類謀幸福」而從事科學研究,所以面臨錯失諾貝爾獎時,他不抱怨,不呼「冤」,不洩氣,始終如一地鍾情於科學事業。
正因為他熱愛祖國,堅定不渝為「祖國兢兢業業地工作」,所以,當新中國誕生後,他冒著巨大風險,把在國外設計、製造、購買的靜電加速器設備器件、技術資料帶回祖國,使剛剛誕生的人民共和國在1955年就有了第一臺700千伏的質子靜電加速器。他為此在歸國途中被日本當局扣壓,關進監獄達兩個月,就在獄中,趙忠堯還認認真真地學起日文來。後來,他又主持研製成2.5兆伏高氣壓質子靜電加速器,使我國較早地邁人了核物理研究行列,較早地培養起一批核物理研究人才、較旱地躋身世界核大國之林。
正因為他堅定地幹「為人類謀幸福」,一生「為祖國兢兢業業地工作」,因而,在開拓我國核物理研究,開創我國核科學事業,培養科技人才,關心祖國科技發展的事業中,他始終孜孜不倦,默默無聞,努力奮鬥,艱苦工作,從不計較名譽、地位,從不居功表功,從不向領導和組織伸手,甚至在他受到不應有的屈辱,不公和冷落時,他也心懷坦蕩,安之若素、從不抱怨叫屈。
寫到這裡,我的腦海裡跳出了「功」與「名」兩個字。按道理說,功與名是個正相關係,即功大者名大,功小者名小,但是,人類社會情況非常複雜,功與名有時呈反相關係!即有功者無名,無功者有名,功大者名小,功小者名大,甚至有功者、有大功者還落個罵名。這種反相關係往往釀出了許多悲劇。這種反相關係和悲劇的出現,同時代、社會和文明制度、價值觀、機遇、人際關係、當事者自身的追求、性格等都有關係。
但是,人間正道是滄桑,時間和歷史是公正無私的,這種被扭曲的反相關係總有一天會被糾正過來,事物的本來面目終會大白於天下。趙忠堯的功與名一直是反相關係,但是,事隔若干年後,真相終於大白。筆者之所以向讀者追述趙忠堯生命中那最閃光的篇章,就是為了讓全國社會公眾能了解並記住趙忠堯為物理學所建立的卓越功勳。對趙忠堯來說,有沒有得到諾貝爾獎,並不重要,歷史和人民的了解和理解,才是最珍貴的,才是最令人欣慰的!