束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

2019年11月24日是著名物理學家李政道93歲誕辰,而我之所以在這一天想起了李政道,是因為李政道的生日與我是同一天,因此曾留下了深刻的印象,當自己過生日的時候,也就很自然地想起了這位天才而偉大的物理學家。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

李政道

1.李政道與束星北在國立浙江大學

李政道是出生於上海的蘇州人,祖父李仲覃曾是蘇州基督教衛裡會負責人,父親李駿康畢業於南京金陵大學,母親張明璋從上海啟明中學畢業,李政道在上海淪陷之後,前往江西贛南求學,其學生時代簡直是神一樣的存在。

他是1943年秋考入國立浙江大學的,當時浙大已經西遷貴州湄潭辦學,李政道入校之時還不滿17歲,由於其中學同學束慰曾叔叔束星北在物理系任教,因此在開學不久就拜訪了束星北教授,兩人就一些物理問題相談甚歡,因此很快就由化工系轉入物理系就讀,而束星北對這位侄子的同學也是格外看重和關照,曾一對一的對李政道進行指導。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

李政道

當時浙江大學物理系的師資力量也是十分強大的,主要有胡剛復、張紹忠、何增祿、束星北、王淦昌、盧鶴紱、丁緒寶、程開甲等教授,這些教授共同開創了浙大物理系的輝煌,束星北年長李政道19歲,李政道出生那一年,正是束星北自費踏上赴美留學之旅,他曾先後入讀拜克大學和加州大學,又前往英國愛丁堡大學和劍橋大學深造,之後又返美入麻省理工學院深造,束星北的遊學之旅比較獨特,似乎並不以追求學位為目的,儘管他沒有拿到博士學位,但還是取得了愛丁堡大學和麻省理工學院的碩士學位。

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束星北

儘管束星北是李政道物理學之路的引路人,然而李政道卻不滿足於浙大物理系所學,而是仰慕西南聯大物理系眾多物理大咖,因為那裡匯聚了葉企孫、饒毓泰、吳有訓、朱物華、鄭華熾、周培源、王竹溪、趙忠堯、吳大猷、張文裕、霍炳權、馬仕俊等著名物理學教授,尤其是仰慕吳大猷教授之名,因此於1944年從貴州湄潭輾轉千里到了昆明,投奔於吳大猷教授門下,當他千里迢迢抵達西南聯大物理系時,尚不滿18週歲,卻也是人小雄心大,只是常人也是很難理解其行為。

2.李政道與吳大猷在國立西南聯合大學

吳大猷也被李政道如此求賢若渴之舉驚著了,在徵得其他教授的意見之後,先安排李政道隨班聽課,如果考試合格就可以升入大學二年級,而李政道除了完成正常課堂學習之外,幾乎天天向吳大猷索要習題和各種物理學讀物,其如飢似渴的學習態度,讓吳大猷也是甚感欣慰,經常在其他教授面前誇獎李政道思維敏捷且稟賦異常,稱讚李政道是一個物理學方面的奇才,可在物理學領域有所作為。

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吳大猷

抗日戰爭勝利後不久,時任中國戰區參謀長阿爾伯特·魏德邁將軍向國民政府兵工署長俞大維將軍透露和建議,中國政府應該派員到美國學習原子彈製造技術,俞大維為此專門擬定並向國民政府呈遞了一份秘密專題報告,這可以說是“中國曼哈頓工程的計劃書”。

1945年11月,時任軍政部部長兼後勤部總司令陳誠、兵工署署長俞大維緊急約見了西南聯大物理學教授吳大猷、化學教授曾昭掄和數學教授華羅庚,共同商討原子彈製造方面的相關問題,最後達成了一致意見,即刻遴選合適人選,赴美國學習原子彈製造技術,並責成吳大猷、曾昭掄、華羅庚主持這項工作,吳大猷隨即主持起草了一份絕密的“可行性方案”,陳誠和俞大維皆認為可行並批准執行。

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俞大維

蔣介石為此還專門接見了吳大猷,吳大猷向蔣介石提出建議,原子彈是研製出來的,首要任務是培養人才,因為研究原子彈技術涉及到物理、化學和數學三個領域學科的知識和技術,具體人選最終由吳大猷等人遴選推舉確定,國民政府先行撥付10萬美元作為研究經費,並確定一個禮堂作為研究場所。

曾昭掄推薦了王瑞駪和唐敖慶,華羅庚推薦了孫本旺和徐賢修,而吳大猷則推薦了李政道和朱光亞,在這6名被推薦的人選中,當時身份不是講師就是助教,只有李政道是在讀學生,而且還是一個正在讀大二的學生,由此可以看出吳大猷對李政道的偏愛,他以一個物理大師的眼光,洞察出李政道潛在的物理才華與能力。

1946年9月,當吳大猷、曾昭掄、華羅庚等人帶領王瑞駪、唐熬慶、孫本旺、李政道、朱光亞等人抵達美國學習原子彈製造技術時,卻被告知美國不會向任何國家開放原子彈研製技術,因此原定的學習計劃被迫流產,所有參與人員自行解散並各尋出路。

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吳大猷夫婦

吳大猷到母校密歇根大學擔任客座教授,推薦朱光亞入密歇根大學研究生院學習原子核物理專業,推薦李政道到芝加哥大學師從物理大師費米教授學習核反應堆技術,費米是1938年諾貝爾物理學獎得主,曾被譽為“中子物理學之父”,他曾參與了“美國曼哈頓工程”,吳大猷將李政道推薦給費米教授,再一次看出他對李政道的厚愛並給予的希望。

3.李政道與費米在芝加哥大學

令人十分稱奇的是,李政道此時大學尚未畢業,身上連一張大學本科畢業文憑都沒有,竟然就被費米教授收為弟子,這簡直是一件不可思議的事情,唯一的推測和解釋,就是費米教授基於對推薦者吳大猷的信任,再就是對李政道的面試和考核令費米教授十分滿意,那麼費米教授是怎樣一個人呢?

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費米

恩利克·費米(1901—1954)是美籍意大利物理學家,其青少年時代是在羅馬度過的,其母親是小學教師,這個偉大的母親影響了費米的一生,而將費米引上物理學之路的,則是其父親的同事阿爾迪,正是在阿爾迪的啟蒙之下,費米在中學時期就閱讀了許多物理書籍和大學課程,而費米教授也許從李政道身上看到了自己當年的影子。

費米是在比薩皇家學院物理系度過了自己的大學時代,並於1922年以《倫琴射線的實驗研究》通過了論文答辯而獲得博士學位,這一年費米才21歲,是名副其實的“娃娃博士”,1923年被其恩師可比諾教授推薦到德國哥廷根大學,在量子力學大師馬克斯·玻恩教授麾下從事研究工作,當時的哥廷根大學是世界近代自然科學研究中心,費米在此如魚得水,與泡利、海森堡、狄拉克等後來的物理大咖相識並相互影響。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

左起:泡利、海森堡、費米

費米從德國回到意大利後,先後在佛羅倫薩大學和羅馬大學執教,他的一篇《論理想單原子氣體的量子化》論文發表後,轟動了世界理論物理學界,此論文也成為理論物理領域最具代表性的著作,並由此聲名鵲起,於1929年被推選為意大利皇家科學院第一屆院士,而且是最年輕的院士,費米當年僅28歲。

自從居里夫人發現了人工放射現象並提煉出“鐳”元素之後,在世界物理學界引起一場革命,而居里夫人大女兒伊雷娜·約里奧·居里與丈夫約里奧·居里用粒子轟擊一些元素之後,發現這些元素可以生成另一種具有放射性的新元素——中子,這個發現被公佈後,立即在世界物理學界引起巨大的轟動效應,費米受此啟發,也開始了類似的實驗和研究。

從上世紀三十年代開始,由費米率領的實驗小組,從“鐳”中提起一種“氡”的氣體,將氡與另一種物質混合後就可以放射出中子,然後用中子轟擊當時元素週期表中的列出的所有元素,看看究竟會發生什麼情況。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

費米

這樣的實驗成果是豐碩的,而最為引人注目的是,當用中子轟擊“鈾”時,奇蹟出現了,鈾元素被強烈地激活了,併產生出多種元素,此後不久,費米的實驗小組又意外地發現:中子在到達被輻射物質之前,與含氫物質中的氫原子核碰撞後速度大大降低,這種降低了速度的“慢中子”,更容易引起被輻射物質的核反應,最終用“慢中子”轟擊原子核這一方法被世界各國科學家採用,費米也因此榮獲1938年諾貝爾物理學獎。

1937年1月23日,費米的恩師、意大利科學界的靈魂人物可比諾教授逝世,費米失去了保護傘,費米實驗小組被迫解散,而費米妻子羅拉具有猶太人血統,因此家人也面臨法西斯主義的迫害,就在費米尋求出國躲避迫害之時,費米意外收到了從斯德哥爾摩打來的國際長途,瑞典皇家科學院秘書鄭重通知費米獲得了1938年諾貝爾獎物理學獎。

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費米

由於瑞典皇家科學院是持反法西斯主義立場的,費米一家的出國簽證也是一波三折,官方沒有舉行任何歡送儀式,而費米一家的出行似乎更像是一次私人旅行,當費米出現在諾貝爾獎頒獎大廳主席臺時,與他比鄰而作的是美國作家賽珍珠,她獲得了1938年諾貝爾文學家,費米在領取諾貝爾獎之後,沒敢再回到法西斯主義盛行的意大利,而是全家前往美國紐約定居,並於1944年加入美國籍。

哥倫比亞大學主動為費米提供了教職,不久費米與到美國參加學術會議的尼爾斯·玻爾相見,得知德國科學家用中子轟擊鈾元素之後,得到的不是費米實驗小組的結果,而是生成比鈾輕一半的物質,費米再一次扎進實驗室,利用美國先進的實驗設備進行反覆試驗,實驗結果是:一箇中子把一個鈾原子核轟擊成兩半而釋放出能量,同時又跑出兩個以上中子,這些新中子又去轟擊更多的原子核,這就是核裂變,而費米稱這種現象為“鏈式反應”。

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費米

為了趕在德國科學家利用核裂變生產核武器之前,美國的一些科學家聯名愛因斯坦等人給羅斯福總統寫了一封建議信,羅斯福總統很快批准了這項計劃,這就是人所共知的“曼哈頓工程”,而費米是其中的重要成員之一,這個團體中還有一名中國女性,她就是著名核物理學家吳健雄。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

吳健雄

研製原子彈必須首先建立核反應堆,而這個重任就落在了費米身上,他把實驗室安排在芝加哥大學運動場的看臺地下,誰也不會想不到,如此重大機密實驗,最初是在這樣簡陋的場所內進行的,最終原子彈被研製出來並試爆成功,為了早日結束戰爭,美國空軍在廣島和長崎上空投下了兩顆原子彈,促使日本無條件投降。

第二次世界大戰結束之後不久,費米到芝加哥大學進行基礎研究,因為美國在芝加哥建立了幾個基礎科學研究所,這就是李政道為什麼會被吳大猷送到芝加哥大學費米麾下的原因,1950年6月李政道獲得了芝加哥大學哲學博士學位,這位既無學士學位,也無碩士學位的中國留學生,從大學二年級直接攻讀博士學位,也僅僅是用了四年時間,李政道拿到芝加哥大學博士學位時還不滿24週歲,比號稱“娃娃博士”的鄧稼先還年輕兩歲,儘管他們都是在同一年取得博士學位的。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

李政道夫婦

李政道被芝加哥大學留校擔任助理研究員,開始從事流體力學中的湍流、統計物理的相變及凝聚態物理的極化子的研究,不久又相繼在加州大學伯克利分校和普林斯頓高等研究院從事研究工作,1953年又前往哥倫比亞大學從事粒子物理和場論領域的研究,29歲就成為正教授,是哥倫比亞大學有史以來最年輕的教授。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

李政道

正當李政道在物理學領域辛勤耕耘之時,其導師費米的身體狀況卻每況愈下,由於費米曾在實驗中遭到輻射而罹患癌症,於1954年11月28日在芝加哥病逝,100號化學元素鐨就是為了紀念費米而命名的,而在其逝世的前一年,曾被選為美國物理學會主席。

束星北、吳大猷和費米是李政道求學之路上的恩師

李政道與楊振寧在諾貝爾獎頒獎現場

在普林斯頓高等研究院期間,李政道曾與西南聯大和芝加哥大學學長楊振寧合作,並於1956年共同提出宇稱不守恆理論,最終與楊振寧憑此共同獲得了1957年諾貝爾物理學獎。


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