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| | 汤川秀树
| | | | ． 发现“介子”理论
[日本1汤川秀树(1907—1981)
汤川秀树是日本科学史上的一位神奇人物，是日本首屈一指的理论物理学家。1949年因介子理论的提出并预言介子的存在，而荣获诺贝尔物理学奖，成为第一个获诺贝尔奖的日本人。这一振奋人心的消息，使第二次世界大战后一直在郁闷暗淡中度日的日本人重
新看见了希望和曙光。因此，他获奖的意义远远超出物理学本身，汤川秀树也迅速成为人们崇拜的偶像。但汤川本人对这一切却很淡然，他深深地知道人类对宇宙的探索是永无止境的，每个人都只是这个世界的一个匆匆过客。他把自己看成是一个普普通通的“旅人”，所以他将自己的自传取名为《旅人》(TheTraveler)，并深情地写道：“那些探索未知世界的人是不带地图的旅人。”
寡言少语的孩子
汤川秀树(YukawaHideki)是日本物理学家。1907年1月23日出生于日本首都东京一家姓小川的知识分子家庭，他原本叫小川秀树，后因成为汤川家的人赘女婿而改姓“汤川”秀树的父亲小川琢冶原本也不姓小川，而是田边藩的儒家浅井南溟的次子，后当了小川驹橘的养子，并进而成为小川家的入赘女婿。他是个地质学家，在秀树出生一年之后，携家由东京来到京都，任京都大学地质学教授。秀树的母亲小川小雪是一个接受了新思想的现代女性，婚后非常注重对儿女的培养，常常买来《孩子之友》给孩子们看，培养孩子们的现代意识与独立意识，对孩子成长有积极的影响。可以说，秀树几兄弟后来都成了独当一面的专家学者，除天赋之外，母亲有意识的教育是功不可没的。
幼时的秀树是兄弟姐妹几个中最不起眼的一个孩子。他从小性情孤独，不爱说话，对麻烦的事一概以“我不说”来应付，即使受了委屈，他也不愿意为自己辩解。究其原因，除天性如此外，与对父亲的畏惧有很大关系。父亲不苟言笑，对孩子很严厉，在孩子看来是欠温情与慈爱的。对父亲的畏惧使秀树不敢发表自己的意见，把幼小的心灵封闭起来。或许在他幼小的心灵里，沉默本身就意味着不满与反抗?
在家里沉默寡言的秀树在学校却要面对更多的人和事，这使他既尴尬又苦恼。在课堂上，他最怕老师突然提问，不是因为问题的答案，而是由于那紧张的气氛——几十双眼睛“唰”地盯上来，他就紧张得说不出话来。课后，他也不善于与同学交往，甚至害怕结交朋友，这除了因为天生性格内向外，与他小学一、二年级结交的好朋友一个个先后转学离开也有关系，一次次的失望使秀树的交友热情大减。
进人中学后，他似乎更加沉默寡言了。外表沉静的秀树，其实内心十分敏感，容易受到伤害。为了使自己内心保持平静与平衡，秀树总是尽量少和别人接触。他单枪匹马地勤奋学习，独自静静地思考问题，有一种不与更多的人交往以保证自己心灵自由的想法。中学的同学都叫他“权兵卫”，意思是不起眼的，不引人注目的。这个绰号当然很快由于秀树的优异成绩而消失，让同学刮目相看，但这也真实地反映了他不易引人注意，默默无闻的个性。
的确，秀树的沉默寡言是不引人注目的，但并非没有人发觉秀树深藏不露的聪明才智。秀树的祖母在老伴过世后搬来小川家住，很喜欢秀树，常带秀树出去玩儿，也最有耐心地看秀树搭积木、玩拼板，并称赞他：“秀树大概是这个家里最聪明的孩子。”秀树的母亲小雪与儿子的心是相通的，当丈夫为秀树是否上大学踌躇时，一向不大开口的母亲开口了：“我想秀树也应当上大学。孩子有各种类型，显眼的、锋芒毕露的孩子未必都能成为出色的人，不显眼的孩子往往一鸣惊人。”第三个独具慧眼的是秀树的中学校长森外三郎，他当着秀树父亲的面说：“秀树那样有才能的少年是非常罕见的。他的头脑非常灵
活，立意新奇敏锐，在班上是出类拔萃的。”驶向物理学的港湾
年轻时代的秀树与他的父亲一样是个文学爱好者，热心于文学诗歌的世界。年轻的旅人小川秀树并没有家人们想象的那样径直地将生命的航船驶进物理学的港湾，而是首先遨游于文学的海洋。
父亲小川琢治在秀树五六岁时就请外祖父小川驹橘开始教他诵读中国儒家的经典《大学》．《论语》、《孟子》等著作。四书五经是艰涩难懂的，秀树虽然对这强制性的灌输很反感，但外祖父执教严厉，只得认真对待，渐渐读得也流利了，甚至到后来能一字不落地背下来。秀树也不知不觉对汉字产生了感情，认为“获益匪浅”，为以后广泛的文学阅读打下了坚实的基础。但秀树骨子里是背离灌输给他的儒家思维方式的，他开始走近老子、庄子。敏感多思的秀树对老庄“无为无不为”的辩证思想着了迷，遭受压抑的偏狭情绪也在老庄悲观厌世思想中找到了知音。在秀树看来，老庄思想虽有一些消极的东西，但
也可以从中找到一种全新的思维方式。
秀树从小酷爱文学，博览包括日本、中国和西方各国在内的许多文学作品，如日本的《太阁记》，中国的《西游记》、《水浒传》等，中学时代，他曾被法国作家罗曼·罗兰的《约翰·克利斯朵夫》深深感动，俄国大文豪托尔斯泰的《人生论》也引起秀树深深的思索。此外，秀树还参加了学校的文学团体，参与创办这个团体的《近卫》杂志。
喜爱文学是由于文学本身的巨大魅力。在学校，秀树并不喜欢死记硬背，对需要背诵的学科，他得不到高分。他喜欢运用逻辑推理的数学，经过自己的思考解开数学难题。这一工作所带来的喜悦是难以言说的。初中时代的秀树对物理学的兴趣还没产生。甚至爱因
斯坦博土访日演讲，许多人都去听了，而秀树却没有去。但是自从进入高三以后，秀树对数学的兴趣没有初中时那么强烈了。一位机械的数学老师更使秀树仅存的一点数学兴趣也消失了。这位老师要求学生对他讲的内容一字不漏地记下来，考试要按他讲授的方法答题
才能得分。由于没有按老师的方法答题，秀树期末数学只得了66分，这使秀树大为不满，从此对数学没了兴趣，因为他可不想一辈子干这种“记忆”的数学事业。
高中的物理课是从二年级开始开设的，这时的物理课比初中的物理有趣。秀树在课后专心地解答书后的物理习题，每攻克一道难题，都会有一种奇妙的乐趣与收获感，从此他对物理的兴趣也与日俱增。1924年，秀树读到了赖赫的《量子论》，这一年刚好是从旧量子论到新量子论的过渡时期。秀树在阅读过程中渐渐领悟到，理论物理学还处在摸索阶段，存在着矛盾的混沌状态。在《量子论》结尾的一段更是深深地刺激和鼓舞了秀树：在这一切问题之上，如今到处飞翔着神秘的朦胧。在我们前面摆放着巨大的经验性的以及理论性的材料，应该照耀这朦胧的思想火焰还没燃烧起来。我们时代所付出的巨大努力，即将在不远的将来带来令人惊喜的成功。
在这巨大的鼓动与反复思索之后，秀树毅然在高中毕业时报考了京都大学物理系。年轻的旅人终于在选择的困惑之后将生命的航船驶向物理学的港湾。
艰苦跋涉于物理学的世界
人生的选择虽然是令人困惑的，但一旦选准方向，秀树便勇往直前，再也没有回头。因为自从1926年4月进入京都大学物理系学习之后，在前进的道路上除了成为物理学的研究专家之外，已别无其他选择，他只能沿着这条路坚忍地走下去。
虽然大学的专业是物理，但数学的基础作用仍是相当重要的。在大学的第一年，秀树常到处听数学课。在物理学方面，他听了玉城嘉十郎先生的力学和石野先生的热学，因为这两门课多少与新物理学量子论有点关系。但秀树的兴趣主要集中于正在兴起的新量子论
上。秀树的大姐夫是个数学迷，对秀树选择物理很是不解，问他：“秀树，你为什么对新物理学如此感兴趣?数学不是更好吗?你能够在数学中知道自己是对与错，”秀树回答说：“新物理学今后怎么发展，我不清楚。但正因为不清楚，才使它变得有趣。”这一回答多少显示出秀树探索者的气质。
1926年，薛定谔的波动力学出台了。秀树对他的理论着了迷，他整天泡在图书馆里，系统地阅读薛定谔的论文，因为这些论文思想方法单纯，理论阐述透彻，很符合秀树的“口味”。从大学二年级到三年级初整整一年多，秀树完全钻进薛定谔的沦文中去了。进入三年级必须把专业定下来，接受一位老师的固定指导。秀树与学友朝永君一起进了玉城嘉十郎老师的研究室。玉城先生曾留学英国剑桥大学，精通流体力学和相对论，但对刚刚创立的量子力学几乎不感兴趣。不过玉城先生是个开明的老师，他尊重学生的自由意志与独立选择，只要不超出物理学范围，不管研究什么，他都不加干涉。于是秀树与朝永君一起开始了专攻量子力学的历程。
专攻量子力学，要学习的东西浩如烟海，而且主要只能靠自觉，因为当时身边无论老师和同学都不精通新兴的量子力学。秀树下定决心要在三年级期间赶到理论物理学的第一线。因而大学三年级是秀树特别紧张忙碌的一年。然而，在秀树拼命接近理论物理学第一
线期间，新量子力学也取得了长足的进展。量子力学这一新名称下的完整的理论体系也正渐渐地接近完成，这使秀树暗暗着急：“是不是我秀树生不逢时?是不是我下手太晚?留给我的未知旷野到底在哪里?”
诚然，量子力学接近完成，取得了很大成功，但并没有将新物理学的两大支柱——量子论与相对沦融合起来。1928年，英国年轻的天才物理学家狄拉克发现了对电子的相对论式的波动方程，将量子论与相对论初步融合起来。这对秀树又是一次重大刺激，他意识到
自己必须学习狄拉克的新理论。1929年3月，秀树大学毕业，玉城研究室没有留研究生的习惯，秀树等人便以义务劳动的副手资格留在玉城研究室继续学习。
1929年秋，海森堡和狄拉克访日演讲再次刺激秀树，并使秀树很快认识到自己面前的研究课题还有两大尚未开恳的处女地：一是把相对论式的量子力学向前推进，二是把量子力学运用到原子核研究上去。
在当时，研究原子核还不是物理学界的主流，大多数学者满足于研究核外电子，而且狄拉克的新电子沦已在这方面取得很大成功，而原子核内部结构仍是个谜。喜欢挑战自我的秀树决定走进这一未知的领域。但研究并不是一帆风顺，经过艰苦跋涉并没有什么突破，悲观伤感困扰着这位郁郁不得志的年轻旅人。
介子理论的创立
1932年这一年，无论是对秀树还是对物理学来说，都是发生巨大变化的一年。
对于秀树，封闭的心灵找到了知音，他在这年4月与汤川肠胃病医院前任院长汤川玄洋的女儿汤川澄子结婚，并在婚后搬到了大孤岳父家住，成为汤川家的入赘女婿，从此改姓“汤川”。同时，秀树被聘为京都大学物理学讲师。
对于物理学，这是核物理学史上最富有成果的一年。在物理学界划时代的事件竟然发生了三起：第一是中子的发现，第二是正电子的发现，第三是加速器纯粹人为的破坏原子核的成功。中子的发现成为解开原子核之谜的一把钥匙，把原子核看成由质子和中子组成
的设想，同时涌现在当时很多物理学家的脑海中。
秀树决定做更深人的探索，他在考虑在构成原子核的基本粒子质子和中子之间所作用的力——即核力是靠什么传递的。也就是说，秀树已经开始思索核力是靠交换什么粒子这一更深层次的问题。他想到了将核力场与电磁场做类比。因为电磁场理论是人们熟知的：荷电粒子间的电磁作用是通过以波动形式在空间传播的电磁场来传递的，而量子论认为电磁波又具有粒子行为，即电磁作用是通过交换光子来传递的。那么，原子核中质子和中子又是通过什么粒子来实现核力作用呢?当时秀树认为是电子，并称为“核内电子”。这表明秀树还试图通过已知基本粒子来解释这种未知的核力。
1934年，费米发表《p衰变理论》，通过引进泡利的“中微子”假说解决了原子核衰变过程中能量守恒问题，这向秀树显示了引进新粒子而取得成功的先例。秀树很快想到：质子和中子之间的相互作用是否也能通过交换“电子一中微子”来传递呢?但几乎同时，苏联物理学家塔姆和伊万年科发表了这方面的计算结果，电子和中微子交换的力过于微弱以致无法说明核力。这些事实清楚地告诉秀树：既然已知的基本粒子包括新发现的中微子都不能解决核力传递问题，那么何不跳出书籍粒子去寻找属于核力场的新粒子呢?这样，他离
真理仅差一步之遥了，也仅仅在这个时候他才找到自己的真正出路——预言一种“新粒子”的存在。
1934年10月的一个晚上，在清楚认识核力短程性的基础上，他进一步认识到核力作用的距离与他所要找的新粒子的质量成反比关系。利用量子沦的普朗克常数。爱因斯坦的E=MC2和所假设的核力方程，秀树估算出这种未知粒子的质量约为电子质量的200倍。由于这种粒子的质量介于电子质量和质子质量之间，故称为“介子”。秀树很快将这一成果写成英文论文《论基本粒子的相互作用》，发表在《日本数学物理学会记事》上。这一成果并没有立即引起有关学者的关注，在西方科学界遭冷遇两年之久。1937年，美国安德逊等人在宇宙射线中发现了类似汤川秀树所预言的介子的一种新的荷电粒子。这时秀树介子理论才开始受到关注，秀树也与他的学生先后联名发表《论基本粒子的相互作用》的第二、第三、第四篇论文，其理沦成果受到国际同行的普遍肯定。1938年，秀树也因介子理论的成功获大阪大学科学博士学位，1943年日本政府授予他文化勋章。1947年，人们发现安德逊等人发现的粒子并非秀树预言的介子，这些粒子(后来称为M介干)与核力毫不相干，不能起到传递核力的作用。1947年5月，美国的鲍威尔等人发现了新的粒子，它与核子发生强
相互作用，被证实为秀树所预言的介子，即后来所称的v介子。
介子理论的创立标志着人类对物质的认识又向前跨进了一步，即从认识原子核进入到认识基本粒子，具有划时代的意义。为此，1949年瑞典科学院授予秀树诺贝尔物理学奖。1948—1949年秀树应聘到美国普林斯顿高等研究院担任物理学客座教授，1949—1951年在美国纽约哥伦比亚大学担任物理学客座教授。鉴于科学发现在第二次世界大战中被用来制造杀人武器，而不是用于为人类造福，秀树感到无比遗憾与不安。1953年他参加了保卫世界和平七人委员会，1955年他积极地成为反对使用核武器和制止战争的“罗素一爱因斯坦宣言”的签署人之一，为人类和平进步事业作出了巨大贡献。1970年秀树从京都大学退休，成为大阪大学和京都大学的名誉教授。1981年9月8日，因患急性肺炎和心脏病突发逝世。
汤川秀树是一位卓越的理论物理学家，他提出介子理论并预言介子的存在，在理论上的辉煌成就可以与狄拉克的正电子预言相媲美，正如1949年奥本海默所说：“汤川博士关于介子的预言，是过去1o年中为数不多的真正有成果的思想之一……无论是作为一个普
通的人还是一位科学家，他都深深受到了与他同时代的所有同行们的爱戴。”
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