湯川秀樹

金揚

湯川秀樹（1907-1981），日本核物理學家，因為在核力的理論基礎上預言了介子的存在而獲得1949年諾貝爾物理學獎.

愛好漢學

1907年1月23日，湯川秀樹在日本東京出生.一年以后，他的父親去京都大學擔任地理學教授，全家也都跟著搬到了京都.日本京都已經有一千多年的歷史，很早以前是日本的首都，歷史十分悠久，湯川秀樹就是在這座歷史古城中長大的.他的父親是一位著名的地質學家和地理學家，愛好十分廣泛，家中藏書也十分豐富.在書香門第長大的湯川秀樹受到了良好的文化熏陶，從小就喜歡讀書.

日本和中國在歷史上就有很深的淵源，日本人對于中國文化十分仰慕，很多人都接受過漢學教育.湯川秀樹的祖父曾經辦過私塾，講授漢學.他的父親也是從“四書五經”開始學起的，后來一直對中國古代文化典籍十分感興趣.湯川秀樹的外祖父也有很深的漢學功底，對于儒家的文化十分推崇.在湯川秀樹懂事以后，外祖父就開始教他學儒家文化，當時教授的有《大學》、《論語》、《孟子》等.一直到了湯川秀樹長到10多歲這種教育才停止.湯川秀樹從小就接受漢學教育，博大和仁厚的孔孟思想在他的心里扎了根.

湯川秀樹在上高中的時候，又對道家文化產生了興趣.老子的學說十分玄妙，如“道可道，非常道，名可名，非常名”，也講究辯證，如“有無相生，難易相成，長短相形，高下相盈，音聲相和”“福兮禍之所伏，禍兮福之所倚”.湯川秀樹從小就沉默寡言，這種思辨精神讓他十分入迷.莊子又是另一種風格，汪洋恣肆，在他的作品中一個寓言接一個寓言，想象力得到了盡情的發揮，那種濃郁的浪漫主義色彩讓湯川秀樹一讀起來就欲罷不能.他最喜歡的就是老子的“無為而無不為”，也常?；孟胫茏兂煞鰮u直上九萬里的大鵬.

愛上物理

湯川秀樹對文學是如此喜歡，他的同學以為他以后可能會走上文學道路.湯川秀樹確實也想搞文學，但他后來之所以走上了研究物理學的道路，跟愛因斯坦有很大的關系.

20世紀20年代，愛因斯坦創建了廣義相對論，他斷言時空在大質量面前是彎曲的.連時間和空間都會發生彎曲，這種理論真的是石破天驚，但后來的天文觀測證實這種理論是對的，一夜之間愛因斯坦成了全球最著名的科學家.世界各國的大學和科研機構都邀請愛因斯坦去訪問，他的演講在每個國家都引起了轟動，雖然大多數人聽不懂愛因斯坦講了什么.1922年愛因斯坦來到了日本東京，當他到達車站時，幾萬人趕來迎接，要親眼看一下這個偉大的人物.愛因斯坦的到來，在日本掀起了一股物理熱，湯川秀樹也是在這個時候把志向轉向了物理學的.

當湯川秀樹將要從中學畢業時，他的父親不想讓他讀大學，想讓他去學些技術.湯川秀樹比較內向，不善于交際，去學技術似乎很合適.但他母親極力反對，她認為湯川秀樹雖然話少一些，但將來未必沒有出息.他的父親為此有些猶豫，就去向湯川秀樹的校長森外三郎了解情況，問他是什么意見.森外三郎卻說，湯川秀樹非常聰明，將來一定會有前途的，應該讓他讀大學.既然校長都這樣認為，父親也就沒什么話說了.

正在這時候，東京發生了一場大地震，也影響到了京都.日本國的位置正處在地震帶上，經常發生地震，所以國內很多人從事這方面的研究.他的父親早年也非常熱愛文學，但因為一場大地震，使他改變了方向，進入了地質學領域的研究當中.現在這場地震又讓父親想起了從前，于是他也想讓湯川秀樹去學習地質學，為國民造福.父親給了湯川秀樹一本地質學的書，讓他去讀一下，看看有沒有興趣.湯川秀樹也對地震造成的破壞深有感觸，于是就認真地去讀這本書.這時候報考大學的志愿表發了下來，湯川秀樹就在上面填了地質學.但不久，要成為一名物理學家的夢又在湯川秀樹的心里升起，他發覺自己的真正愛好只有物理學，因此當第二次再填志愿表時，他堅決填上了物理學.

孤軍奮戰

1926年，湯川秀樹考入了京都大學物理系，開始專心學習物理.他的思想十分開放，一直關注國際上物理學的研究方向.對于那些著名物理學家的情況了如指掌，有什么新成果出現，有什么新思想提出，他都非常清楚.1929年他在京都大學畢業后，就留校任教，1933年又到新建的大阪大學任教，正式開始物理學研究.

從明治維新開始，日本經濟獲得了大發展，到了20世紀初期的時候已經成為東方的強國，但與西方列強相比還差得遠，國內的科學研究也遠遠落后于西方國家.在日本科學界有一位領導人物名叫長岡半太郎，早年曾經留學英國，看慣了西方人的冷眼，從此他立志要在科學上超過西方人.當他成為科學界的領導以后，就號召廣大青年學者發奮圖強，他希望能在有生之年看到他們作出成績.

湯川秀樹是長岡半太郎的學生，深受老師的影響，立志要振興日本的科技.當時秀樹決心在量子物理學領域做出成績.但日本的物理研究還是很落后的，量子物理學更是一片空白，當他遇到困難時，也沒人能幫助他.他的父親建議他去國外留學，這樣可以獲得更快的提高.但湯川秀樹拒絕了這個建議，他決心在日本這個封閉的環境里孤軍奮戰，憑借個人的力量作出成績，什么時候成功了，再把成果拿給外國科學家看一看.

奇怪的力

自從原子被發現以后，人們開始逐漸了解了它的結構：它是由原子核與核外電子組成的，原子核由質子和中子構成，核外電子圍著原子核旋轉.質子和電子由于電性不同而互相吸引，但是原子核中的質子和中子是怎么結合在一起的呢？中子不帶電不能吸引質子，質子帶正電還會互相排斥，但它們卻結合得非常緊密，這是為什么呢？物理學家認為這需要一種力，就給這種未知的力取了一個名字——核力.核力不會是電磁力，因為中子不帶電；也不會是萬有引力，因為它的作用范圍非常??；而且它比別的力的強度都大得多，可以把上百個質子和上百個中子束縛在一個原子核里.人們知道的就這么多.這種力是如此的奇怪，很多優秀的科學家都為此付出過艱辛的努力，但最終都失敗了.

世界上很多優秀的科學家一直都在思考這個問題，湯川秀樹也常常為此失眠.他的睡眠本來就不好，躺在床上的時候也經常在思考問題.于是他就把筆記本放在枕邊，一旦來了靈感就開始寫寫算算.“原子核是怎么結合在一起的”，如果能想明白這個問題將會是重大發現，可是現在一點頭緒也沒有.有時候，湯川秀樹為此徹夜難眠，常常躺在床上盯著天花板，一直到天亮.

盡管如此艱難，湯川秀樹始終沒有放棄.湯川秀樹始終銘記長岡半太郎說過的話：如果不能進入先進研究者的行列并作出成績，那么人生就毫無意義.

初戰失利

當時物理學家已經知道，電磁力是通過交換光子而引起的一種力.湯川秀樹叢中得到靈感，他認為核力是質子和中子在交換電子時產生的.這是通過類推法得出的，已經非常接近事實.1933年4月他在日本一個物理學會上提交了一篇論文《關于核內電子問題的考慮》，在文中他認為核力是由中子和質子因交換電子產生的.這是湯川秀樹第一次發表自己的研究成果，但馬上就遭到了否定.到哥本哈根學習過的日本教授仁科芳雄指出，這種想法是不合理的，不符合眾所周知的物理理論.

湯川秀樹通過深入思考后也逐漸明白，這種力不可能是由交換電子產生的，自己的想法確實有問題.答案還是沒有找到，一切又要重新開始，湯川秀樹的心里依然無比堅定，他一定要解決這個問題.

1934年，他從《物理學報》上看到了費米的一篇文章，費米在文章中完善地描述了某些元素的原子核里不斷放出電子的原因，使人們相信了中微子的存在.費米的理論也許可以解釋核力是怎么產生的，湯川秀樹看完后差點暈倒.難道自己努力奮斗了這么久，卻被別人捷足先登了嗎？湯川秀樹真是不甘心.但事后證明這是一場虛驚，費米提出的不是核力.

這件事讓湯川秀樹有一種緊迫感，他的靈感也在這種緊迫感下被激發出來.他想，也許我根本就不應該用已知的粒子來解釋核力，而應該尋找一種新的粒子來解釋它.思路一旦轉換，很快就得出了正確的結論.

四處碰壁

湯川秀樹利用測不準理論和相對論，再考慮到核力作用范圍，經過深入思考和周密的計算后解決了這個疑問.他認為：核力是由一種粒子的傳遞產生的，這種粒子的質量大約是電子質量的200倍，它可以帶正電，也可以帶負電，或者不帶電，電荷量和質子的電荷量相等.因為這種粒子的質量在電子和質子之間，所以湯川秀樹給它起名叫“介子”.1934年11月，在大阪召開的物理學學會上，湯川秀樹正式向外界公布了他的介子理論.

但在這個時候物理學界存在一種不良的傾向，人們不愿意接受新粒子.這時候的物理學家們認為，基本粒子只有三種——電子、質子和中子，沒有其他的新粒子存在.當時很多科學家都發現了一些新粒子，但他們都不敢承認自己的發現.比如泡利發現了中微子，過了很久才敢發表這種見解，但他依然認為自己做了一件蠢事.他提出了中微子的概念以后，立即就后悔了，因為中微子在當時無法進行檢驗，無法證明是對是錯，他覺得自己太草率了.狄拉克根據理論提出應該存在一種粒子具有電子的質量但卻帶正電荷，但因為輿論都反對新粒子的出現，所以他就違心地稱這種新粒子為質子，實際上它明顯與質子不同，就是以后被發現的正電子.當時很少有人敢提出有新粒子的存在，人們寧愿相信自己的實驗錯了，或者計算有問題.

在這樣的情況下，湯川秀樹提出了介子理論應該說是有些不合時宜的，立刻就有很多人提出了反對意見.當時粒子研究領域的權威人物玻爾和海森堡就不贊成這種觀點.在1937年玻爾訪問日本時，湯川秀樹詢問玻爾對介子理論的看法，玻爾并沒有過多地從理論上審視這個問題，而是反問湯川秀樹：“難道你希望有新粒子出現嗎？”這對湯川秀樹來說是一種沉重的打擊，但他沒有氣餒，他堅信自己是對的.他又把有關介子理論的論文投稿到美國一家著名的學術刊物，審查人正是大師級的人物奧本海默，奧本海默認為不應該有新粒子存在，拒絕發表這篇文章.

舉世矚目

1937年，安德森和內德梅厄在進行宇宙射線的實驗時發現了一些新粒子，經過測量得出它的質量大約是電子的200倍.當時日本與歐洲在科學上的來往并不多，湯川秀樹的介子理論因為沒有人承認，所以影響不大，他們也沒有聽說過.但當奧本海默得知這一消息后卻萬分高興，難道這就是一直在找的介子嗎？這種新粒子和湯川秀樹預言的介子在質量上是如此相近，人們不得不重新審視湯川秀樹的論文.很多人開始接受了介子理論，給這種新粒子起名叫“？滋介子”.

正當湯川秀樹為此歡欣鼓舞的時候，意外的消息傳來了.隨著對這種新粒子的深入研究，人們發現它不是湯川秀樹預言的介子，因為它的壽命比預想中的介子長得多，而且在物質中傳播時，也沒有與原子核發生強烈的反應.這就不對了，既然介子是在原子核中起重要的傳遞作用的，就應該能與原子核發生強烈的反應，但研究發現反應很平淡.于是人們認定，？滋介子絕對不是湯川秀樹預言的介子，而它也不該叫介子，后來就更名為？滋子.

盡管湯川秀樹的愿望落空了，但科學家們開始對他的理論重視起來.？滋子的出現也讓人們開始思考這樣一個問題：它與介子的質量如此接近，會不會在其他方面也有聯系呢？科學家們紛紛提出一些假設，然后動手去檢驗他們的想法.？滋子的出現使人們開始在尋找介子方面展開了行動，只要介子是真正存在的，人們總會找到它.

在尋找？滋子和介子的聯系的過程中，有人提出了這樣一種觀點，？滋子是介子衰變的產物.這個假設非常誘人，而且很可能是正確的，人們只要按著這個思路找到重現衰變過程就找到介子了，但這需要時間.湯川秀樹依舊在默默地等待，這一等就等到了1947年.這一年，英國物理學家鮑威爾教授，利用放在氣球上的核乳膠研究高空宇宙射線時，記錄下了介子衰變為？滋子的反應過程，終于找到13年前湯川秀樹預言中的介子.

湯川秀樹的介子理論由此得到了世界的公認，1949年他因此而獲得了諾貝爾物理學獎.他的老師長岡半太郎終于在去世前一年親眼看見了他的學生獲得了諾貝爾物理學獎.湯川秀樹是第一位獲諾貝爾獎的日本人，也是第二位從未到國外學習而獲得諾貝爾物理獎的亞洲人.湯川秀樹的獲獎轟動了日本，也轟動了全世界，他的堅持終于獲得了回報.