諾獎委員會考慮過授獎給趙忠堯嗎？
趙忠堯（1902年6月27日－1998年5月28日）。圖源：tsinghua.org.cn
2022年6月27日，中國科學技術(shù)大學（以下簡稱“中科大”）物理學院以線上和線下相結(jié)合的方式隆重舉辦了“紀念趙忠堯先生誕辰120周年學術(shù)研討會”。國內(nèi)外多個機構(gòu)的多位著名物理學家紛紛上會回顧了趙先生的事跡。他們說，趙忠堯是我國核物理的奠基人，一生從事科研、教學工作，為國家培養(yǎng)了大量科學人才。他1928—1930年在加州理工學院讀博士期間進行了一系列有關γ射線與物質(zhì)相互作用的高難實驗，為當時的物理學發(fā)展，尤其是隨后的正電子的發(fā)現(xiàn)，做出了重大貢獻。他們還談到了趙忠堯?qū)ψ约旱挠绊?。譬如?976年諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中先生就在會上說：“趙忠堯院士的發(fā)現(xiàn)——光可以變成正負電子對，啟發(fā)我一系列的實驗?！盵注1]此會被“知識分子”“蔻享”“墨子沙龍”“中科院高能所”“現(xiàn)代物理知識”等網(wǎng)絡平臺直播，相關新聞稿出來后，又被網(wǎng)易、騰訊、新浪、知乎等多個影響力巨大的互聯(lián)網(wǎng)平臺轉(zhuǎn)載，產(chǎn)生了很大的影響。
本文兩位筆者均參加了這次會議。會議上令我們印象深刻的話語不是趙忠堯當年的研究有多重要，是否達到了諾貝爾獎級——已有很多這方面的報道，有些甚至說“這個發(fā)現(xiàn)原本可以讓他成為中國第一個諾貝爾獎的獲得者”[注2]以及“世界欠中國一個諾貝爾獎”[注3]——而是1957年諾貝爾物理學獎獲得者李政道委托其子李中清代讀的發(fā)言稿中的一段話：
二十多年前[注4]，瑞典皇家學會的Ekspong教授告訴我，當時瑞典皇家學會曾鄭重考慮過授予趙老師諾貝爾獎。不幸，有一位在德國工作的物理學家在文獻上報告她的結(jié)果和趙老師的觀察不同，提出了疑問。當然，趙老師的實驗和觀察是完全準確的，錯誤的是提出疑問的科學家?？墒窃?0年代初瑞典皇家學會以謹慎為主，沒有授予趙老師諾貝爾獎。Ekspong教授和我都覺得趙老師完全應該得諾貝爾物理獎。趙老師本來應該是第一個獲諾貝爾物理獎的中國人，只是由于當時別人的錯誤把趙老師的光榮埋沒了。[注5]
倘若此言屬實，則國人獲得諾貝爾獎提名的歷史將往前大幅推進，中國近代科學技術(shù)歷史也將被改寫。這是何等要緊的大事！
圖1 李政道教授（1926- ）。本圖由任知恕先生提供
諾貝爾獎評選方式是提名制，因此每年會產(chǎn)生一份提名名單，名單的保密期是50年。諾貝爾獎目前已經(jīng)在官網(wǎng)上公開1901—1970年之間的提名名單。趙忠堯的重大貢獻發(fā)生于1930年，若他獲得過諾貝爾獎提名，我們應當可以在諾貝爾獎官方網(wǎng)站上查看到。為了確保不發(fā)生遺漏，我們檢索了1901—1970年間每一年的物理學獎提名名單，但是均未見到趙忠堯的名字[注7]；我們又查化學獎提名名單，仍未見到趙忠堯的名字。不過，這個結(jié)果并未令我們灰心喪氣。因為，還有這樣一種可能性——趙忠堯在最初的推薦環(huán)節(jié)是被人提名過的，只是在后來的評選、討論過程中未能進入最終候選人名單。
這里我們需要先對諾貝爾物理學獎獲獎名單產(chǎn)生過程有一個了解。該獎評選過程啟動于前一年的9月份，諾貝爾獎委員會首先向全球數(shù)以千計的有資格進行提名的專家（包括先前的諾貝爾獎獲得者、諾貝爾獎評委會委員、特別指定的教授、諾貝爾獎評委會特邀教授等）發(fā)出提名邀請，收到邀請的科學家們對下一年的諾貝爾獎候選人進行提名，這個過程最晚截止到該年的1月底。接下來的2月會由瑞典皇家科學院組織的諾貝爾物理學獎委員會的委員篩選提名并選擇初步候選人。3月—5月，這份名單會被委員會送到一些特別委任的專家手中，請他們對候選人的工作進行評估。6—8月，委員會再就收到的專家意見和推薦寫成一份報告，并且簽上委員會所有成員的名字，提交至瑞典皇家科學院，此時這份報告中就包含了最終候選人名單。在接下來的9月份，瑞典皇家科學院物理學部會召開兩次會議，對這份報告進行討論，獲得絕大多數(shù)投票的候選人即成為當年的諾貝爾物理學獎獲得者，而他/她（們）的名字會在10月初的發(fā)布會上發(fā)布。
按照這個程序，趙忠堯確實有可能在第一、二輪的提名過程中獲得過推薦，只是在接下來的討論、投票過程中被淘汰了。但諾貝爾獎委員會提名工作手冊中的一段話——“按類別和年份瀏覽提供了一個簡單的方法來列出某一特定年份的所有諾貝爾獎提名。只需選擇類別和年份，然后點擊列表?！盵注8]——又使我們對這個猜想缺乏把握。此話的言外之意是，官網(wǎng)上展示的名單就是當年所有被提名者名單，可是這個“所有”是指“所有海選收到的名單”還是“所有經(jīng)過篩選后寫進報告的名單”？我們無從確認。于是，我們嘗試就此問題發(fā)郵件向諾貝爾獎委員會進行求證，但迄今為止還未收到對方回信。
從事現(xiàn)代史研究，找當事人做口述史是基本研究方法之一?？紤]到李政道先生年事已高，不太可能從他那里問出新史料。因而我們考慮聯(lián)系李政道先生口中這位瑞典教授Ekspong，對其進行訪問。
我們查到有一位G?sta Ekspong出生于1922年，是瑞典斯德哥爾摩大學榮休教授、瑞典皇家科學院院士、諾貝爾物理學獎評選委員會前任主席（1987—1988）?？礃幼铀麘撌俏覀円业娜?。但萬分遺憾的是，這位教授已于2017年去世！向他本人求證的想法只能作罷。
圖2 G?sta Ekspong教授（1922-2017）圖源：ae-info.org
此路不通，筆者之一熊衛(wèi)民懊惱地與好友、加州州立理工大學普莫娜分校的王作躍教授談及此事。沒想到，柳暗花明又一村，熊衛(wèi)民驚喜地得知王作躍曾經(jīng)于2005年與Ekspong就此事有過郵件溝通。為了給New Dictionary of Scientific Biography（《科學傳記新辭典》）撰寫“趙忠堯”詞條，王作躍曾經(jīng)與李政道先生通過郵件。李先生在郵件中提到趙忠堯曾被考慮過諾貝爾獎一事，并告訴王作躍說Ekspong教授可以提供更多信息。于是王作躍在2005年3月26日向Ekspong發(fā)郵件求證此事（原文為英文，筆者將其譯成了中文，下同）：
李（政道）教授說，您曾告訴他——諾貝爾獎委員會在將1936年的諾貝爾物理學獎授予安德遜（C. D. Anderson）時，確實討論了趙的工作，但最后決定將趙排除在外，是因為他的結(jié)果與莉澤·邁特納（Lise Meitner）的結(jié)果明顯不一致。我想知道您能否就這個問題給我提供進一步的細節(jié)。
3月29日，王作躍收到了Ekspong的回信：
目前來看，你所說的只有部分是對的，而關于趙（忠堯）可能獲得諾貝爾獎這一部分是錯的。稍后我會查閱我的資料集，確認一下這件事，然后回信給你。
一周后，Ekspong向王作躍回信解釋道：
1989年《近代物理國際雜志A》（Vol.4, No 17 (1989), p 4325）發(fā)表了一篇關于趙忠堯和他的正電子湮滅輻射發(fā)現(xiàn)的文章。這篇文章的作者是李炳安和楊振寧。它很有深度，寫得非常好。引發(fā)這篇文章的是我與楊振寧的一次談話。我說，我在北京會見過趙老教授，趙老教授還為此次見面寫了一份關于他早期實驗的備忘錄。如果有人認為諾貝爾獎委員會曾考慮過趙（忠堯），那一定出于誤解。他（趙忠堯）沒有獲得提名，也沒有在因為正電子而給安德遜頒獎的過程中被考慮過。[注9]
真相得以大白：趙忠堯先生未曾獲得過諾貝爾物理學獎的提名，李政道先生對此有誤解。至于李先生為何會有此誤解，Ekspong教授未在郵件中敘及。在和筆者討論此事時，王作躍教授說：“我可能當時以為Ekspong會為此事與李先生澄清，所以我沒有為此事去信李先生，但現(xiàn)在看來他們之間也沒有為此事溝通過。”
無論如何，本著“吾愛吾師吾更愛真理”的精神，對于這個問題我們只能得出如下結(jié)論：李政道先生的理解有誤，諾貝爾獎委員會并未考慮過授獎給趙忠堯。
1. 完成于加州理工的兩個實驗
趙忠堯1927年赴美國加州理工學院攻讀實驗物理博士學位，師從1923年諾貝爾物理學獎獲得者密立根（Robert. A. Millikan）教授。起初密立根給他出的題目與利用光學干涉儀有關，想學更多東西的趙忠堯覺得題目有點簡單，想挑戰(zhàn)難度更大一些的實驗，密立根于是將題目換成“硬γ射線通過物質(zhì)時的吸收系數(shù)”[注10]。趙忠堯嫌難度不夠大還想再考慮考慮，沒成想惹得密立根當場發(fā)火。當此情景，趙忠堯只得接受了這個題目并開始著手準備。1928—1929年間，趙忠堯一直在從事這個實驗，盡管為此犧牲了許多睡眠時間，但結(jié)果沒有辜負他的付出。通過實驗，他發(fā)現(xiàn)硬γ射線在通過輕元素時的散射是符合克萊因-仁科 (Klein-Nishina)公式的，而當硬γ射線通過重元素譬如鉛時，所測得的吸收系數(shù)比公式的結(jié)果大了約40%。
1929年底，趙忠堯?qū)嶒灲Y(jié)果整理成論文“硬γ射線的吸收系數(shù)”（The Absorption Coefficient of Hard γ- Rays）[2]提交給密立根，卻不曾想兩三個月沒有回音。原來是密立根對趙忠堯的實驗中與公式有異的結(jié)果不太相信，出于謹慎就沒讓他發(fā)表出去。趙忠堯心中甚為焦急，幸得鮑文[注11]教授十分了解其實驗的全過程，鮑文教授的保證打消了密立根的顧慮，于是，這篇論文在密立根的推薦下于1930年6月15日發(fā)表在美國的《國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。后來發(fā)現(xiàn)，幾乎與趙忠堯同時間，另外有兩組科學家也在實驗中發(fā)現(xiàn)了重元素對硬γ射線的反常吸收這一現(xiàn)象并且各自獨立發(fā)表了論文，他們分別是英國劍橋的塔蘭特（G. T. P. Tarrant）以及德國的莉澤·邁特納和霍普菲爾特（H. H. Hupfeld）[3]。這個差點被趙忠堯拒絕的實驗，在接下來的時間將引導他走向更大的科學發(fā)現(xiàn)。
重元素對硬γ射線的散射情況與克萊因-仁科公式預測的結(jié)果不一致，這引起了趙忠堯的極大興趣。原本他可以憑借上述實驗論文于半年后順利畢業(yè)，但作為一名優(yōu)秀的實驗物理學家，他無法對實驗中的反?，F(xiàn)象置若罔聞。趙忠堯決定進一步研究硬γ射線與物質(zhì)相互作用的機制，弄明白重元素對硬γ射線的反常吸收現(xiàn)象。1930年春，他開始設計第二個實驗。這個實驗比之上一個難度大很多，實驗過程中還遭遇了設備問題[注12]，但趙忠堯一一化解了那些困難，甚至放棄了準備許久的暑期旅行，終于在當年9月份完成了測試。很快，他將實驗結(jié)果寫成第二篇論文“硬γ射線的散射”(Scattering of Hard γ-Rays)[4]，并于1930年10月將其發(fā)表在美國的《物理評論》(The Physical Review)雜志上[5]。在論文中，趙忠堯總結(jié)了他的實驗結(jié)果：
⑴伴隨著硬γ射線在重元素中的反常吸收，還存在一種特殊輻射——額外散射；
⑵這種“額外散射”的波長為22.5 X.U.，對應于能量為0.5 MeV的光子；
⑶這種“額外散射”的角分布大致為各向同性。
在論文結(jié)尾的討論處，趙忠堯?qū)λl(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象給出了他自己的猜想和解釋：
（a）核外作用——①常規(guī)的光電效應；②核外電子的康普頓散射。但由于與實驗數(shù)據(jù)不符合都被否定了。
（b）原子核的作用——①一種散射，但機制還不清楚；②光電吸收或核子躍遷后的再發(fā)射。
因為原子核內(nèi)部能級分裂更大，因此波長變化可以通過任一過程進行計算，而考慮到反常射線的強度分布是各向同性的，因此它更有可能是來自于再發(fā)射過程。趙忠堯總結(jié)道，盡管反常吸收和額外散射的最終解釋還不明確，但毫無疑問它們一定是與原子核的作用有關。
2. 與正電子擦肩而過
實際上，趙忠堯的第一個實驗發(fā)現(xiàn)的“反常吸收”是由于部分硬γ射線經(jīng)過原子核附近時轉(zhuǎn)化為正負電子對；而他第二個實驗中發(fā)現(xiàn)的“特殊輻射”正是一對正負電子湮滅并轉(zhuǎn)化為一對光子的湮滅輻射。短短一年內(nèi)，即能在兩個實驗中先后觀察到正負電子對產(chǎn)生與湮滅的過程，這對一個實驗物理學家來講何其幸運！可惜的是，趙忠堯本人未能完全認識這一現(xiàn)象的本質(zhì)。
但無論如何，“反常吸收”“額外散射”成為當時的物理學家無法忽視的重要發(fā)現(xiàn)。這在李炳安和楊振寧于1989年7月在International Journal of Modern Physics(《近代物理國際雜志A》)上發(fā)表的文章C. Y. Chao, Pair Creation and Pair Annihilation (《趙忠堯，電子對產(chǎn)生與湮沒》)中有介紹：“在隨后的兩年，即1931—1932年，反常吸收和附加散射線吸引著理論物理學家極大的注意，并激發(fā)著重要的進一步的實驗研究?！盵6]
曾與趙忠堯同期在加州理工學院做博士研究的安德遜后來在一篇文章中回憶道：“我在加州理工學院(1927—1930)的論文是關于X射線產(chǎn)生的光電子的空間分布的云室研究。在此期間，趙忠堯在離我很近的一間屋子里，用電子顯微鏡研究ThC" γ射線在鉛中的吸收和散射。他發(fā)現(xiàn)γ射線的吸收和散射都超過了克萊因-仁科公式的預測。他的研究結(jié)果引起了我極大的興趣，我決定建造一個在磁場中操作的云室，以詳細研究從插入云室中的鉛板中發(fā)射出的γ射線產(chǎn)生的二次電子[注13]?！盵7]
1932年，安德遜在宇宙線的云室照片中發(fā)現(xiàn)了正電子徑跡，后來還因此獲得了1936年的諾貝爾物理學獎。就在安德遜發(fā)現(xiàn)正電子之后的幾個月，來自英國的實驗物理學家布萊克特 (Patrick Maynard Stuart Blackett)與意大利的年輕物理學家奧恰里尼(Giuseppe Paolo Stanislao Occhidini)用帶觸發(fā)裝置的云室又得到了更多的正電子。發(fā)現(xiàn)正電子之后，人們開始關注“正電子在通過物質(zhì)時會有什么性質(zhì)？”，布萊克特與奧恰里尼嘗試用狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）關于湮滅截面的計算來解答這個問題，也正是在此過程中，他們提議趙忠堯發(fā)現(xiàn)的額外散射線是電子對湮滅所產(chǎn)生的。幾個月之后，奧本海默 (J. R. Oppenheimer)和普萊塞特（M. S. Plesset）的研究指出了電子對在重原子核的庫倫場中產(chǎn)生的機制，他們的計算結(jié)果與早些時候發(fā)現(xiàn)的實驗上的反常吸收相符合[6]。這些工作使得越來越多的物理學家逐漸接受狄拉克的QED（Quantum Electrodynamics，量子電動力學）理論，以正電子的產(chǎn)生和湮滅來解釋趙忠堯等所觀察到的γ射線反常吸收和散射。令人困惑的是，趙忠堯的工作在此過程中起到如此重要的作用，為何沒在當時獲得應有的聲望？
李炳安與楊振寧的文章《趙忠堯，電子對產(chǎn)生與湮沒》專門探討了這個問題。該文認為，趙忠堯的貢獻遲遲未獲肯定，主要是兩個因素造成的。首先，彼時的物理學界還未完全接受量子電動力學，狄拉克在1928年就建立了狄拉克方程，暗示了電子可能有負能態(tài)，但是他在1929年提出的“無窮電子?！崩碚撘恢鳖H受物理學家們的爭議?！胺戳Ｗ印彼坪踔淮嬖谟谖锢韺W家的腦中和筆下，沒人能想到此時有一個華人科學家已經(jīng)在實驗中觀測到了“反粒子”存在的痕跡；1933年，布萊克特與奧恰里尼在他們的論述“電子對湮滅”的著名論文中建議“反常吸收”和“額外散射射線”分別是由于電子對產(chǎn)生和電子對湮滅引起的。李炳安和楊振寧稱贊這是一個“偉大的建議”，因為“這些事使物理學家對狄拉克的理論的正確性所具有的感性認識發(fā)生了變化?！辈既R克特與奧恰里尼論證這個建議的關鍵證據(jù)是“湮滅輻射的光譜在0.5MeV處達到峰值，這與‘實驗中發(fā)現(xiàn)的’一致”，此處他們引用了三篇論文：“*格雷和塔蘭特，Proc. Roy. Soc. A136, 662(1932)；邁特納和霍普菲爾特，Naturwiss. 19, 775(1931)；趙忠堯，Phys. Rev. 36, 1519(1931)。”正是這個引用，使得趙忠堯工作的價值被極大的模糊了。首先，趙忠堯兩篇文章均發(fā)表于1930年，卻被他們引述成1931年。其次，這三篇文章都與額外散射射線有關，但是只有趙忠堯的文章給出了正確的精確值0.5 MeV，邁特納和霍普菲爾特的文章比趙忠堯的文章晚一年，并且根本沒有發(fā)現(xiàn)額外射線。格雷和塔蘭特的文章比趙忠堯的文章晚兩年，他們在約0.47 MeV處發(fā)現(xiàn)了這樣一個額外散射射線，但是他們在約0.92 MeV處還發(fā)現(xiàn)了一個分量，這反而導致人們對于趙忠堯?qū)嶒灥慕Y(jié)果產(chǎn)生了困惑。布萊克特與奧恰里尼這篇文章在當時產(chǎn)生了極大的影響，可是這一粗心導致的錯誤注解卻讓趙忠堯的工作在獲得應有認可的道路上遭遇了不幸[6]。
從以上介紹可以看出，趙忠堯的這兩個實驗具有先驅(qū)性價值，確實可稱為“接近諾貝爾獎級的成果”。
圖3 密立根教授（1868-1953）圖源：Flickr
我們無法向當事人進行求證了，只能提出一些猜測，然后探討其可能性。猜測之一是，密立根并不看重趙忠堯這位中國學生。有一些這方面的材料。在《我的回憶》一文中，趙忠堯提到，自己初到加州理工學院試圖兩易題目，導致密立根發(fā)火。當他憑借出色的實驗論文《硬γ射線的吸收系數(shù)》通過博士答辯時，密立根還不忘揶揄趙忠堯當初不知天高地厚，嫌自己布置的題目太簡單[5]。趙忠堯?qū)ψ约旱膶熕坪跻灿行┎粷M，《竺可楨全集》中曾記載：“據(jù)正之[注14]云，趙忠堯以Millikan密立根之指示，已將發(fā)現(xiàn)positron（正電子），事為M所壓，遲發(fā)表一月余，后卒為Anderson所發(fā)明云?！盵8]另外，安德遜遲至1979年做口述史訪談才公開披露當年受到趙忠堯?qū)嶒瀱l(fā)一事，而且在口述史中提到趙忠堯時竟稱呼其為“中國佬”[注15]，體現(xiàn)出安德遜似乎有種族歧視的傾向[注16]。1948年底至1950年8月，趙忠堯重去加州理工學院，在開洛輻射實驗室工作了近兩年，但并沒留下他和密立根、安德遜的密切交往的記錄，包括和他們的合影?？磥恚w忠堯在加州理工求學時，和導師密立根、同學安德遜的關系可能并不是非常密切，并不算十分友好。
圖4 趙忠堯（右1）和羅時鈞（右2）、沈善炯（右3）。1950年11月攝于東京，沈善炯先生提供
但我們恐怕并不能把這作為密立根不提名趙忠堯的原因。因為，密立根與安德遜也不密切，也不那么友好。安德遜也曾在自己的口述史中直言不諱自己與密立根的摩擦。密立根向來習慣于給學生指派實驗題目，他為學生選擇題目的依據(jù)從來不是學生的興趣愛好，而是它在物理學領域的重要性[注17]。當安德遜博士畢業(yè)，想征得密立根同意在加州理工再多留一年繼續(xù)在云室中做趙忠堯的實驗時，密立根斷然拒絕了這個請求，迫使得安德遜只得另謀出路。即使后來密立根同意安德遜留下來，也是因為他要求安德遜使用云室研究宇宙線——密立根感興趣的研究，而非安德遜想研究的硬γ射線。后來安德遜因在宇宙線的云室照片中發(fā)現(xiàn)了正電子而獲得諾貝爾獎，可安德遜不認為這得益于密立根的安排，他甚至覺得如果密立根能讓他一開始就用云室研究硬γ射線，他能更早發(fā)現(xiàn)正電子[注17]。由此可以看出，密立根與至少某些學生之間的相處似乎火藥味十足，隨時都可能爆發(fā)矛盾。
盡管如此，密立根還是提名安德遜為諾貝爾物理學獎候選人。在1913—1952年間，密立根共進行過20次提名，其中包括1943年的一次化學獎提名[5]。雖然均未見到趙忠堯的名字，但是在1934—1936年諾貝爾物理學獎的提名名單中，密立根均只提名了安德遜一人。1941—1952年間，密立根連續(xù)10年提名了安德遜（即認為應該給他第二個諾貝爾獎）和內(nèi)德梅耶（Seth.H.Neddermeyer，1907—1988），后者是安德遜在加州理工的同事，1937年，他倆共同在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了μ子。諾貝爾物理學獎是多么重要的榮譽，密立根提名了安德遜13次，提名了內(nèi)德梅耶10次，很難說他對學生只有嚴厲沒有關愛。但為何他偏偏冷落了趙忠堯？是否這個問題的關鍵不在于密立根與學生的關系，而在于他對趙忠堯工作的認識？也即，密立根之所以沒有提名趙忠堯，有可能是因為他沒覺得趙忠堯的工作達到了諾貝爾獎的水平。
1. 欠缺理論直覺的實驗物理學家
1930年，趙忠堯在兩個實驗中均發(fā)現(xiàn)了異?，F(xiàn)象。他設計實驗探索了第一個現(xiàn)象，卻沒能像安德遜一樣設計云室實驗對第二個異?，F(xiàn)象做進一步的探索——他止步于對此提出疑問和假設，沒有進一步探索異?，F(xiàn)象背后的機理。這當然和他不得不歸國，而國內(nèi)科研基礎非常薄弱、嚴重缺乏科研經(jīng)費和相關儀器設備有關?？晌覀儾荒芎鲆暳硪粋€很重要的原因：他和當時的多數(shù)實驗物理學家一樣，與理論物理學家之間缺乏溝通，對后者的最新理論不甚了解，自然也就很難迅速將新理論與新實驗現(xiàn)象聯(lián)系到一起。從“硬γ射線吸收系數(shù)”實驗中發(fā)現(xiàn)反常吸收現(xiàn)象的除了趙忠堯還有另外兩組科學家，與趙忠堯一樣，他們也傾向于將這種反常吸收歸因于某種原子核效應，而均未考慮過將此現(xiàn)象與狄拉克的“反粒子”理論聯(lián)系到一起，從而錯失了重大發(fā)現(xiàn)的機會。
李炳安和楊振寧在他們的文章中描述道，1930年前后的物理學領域正是一個“極其活躍、令人興奮又十分混亂的時期”，新理論、新想法層出不窮[6]。實驗物理學家們不僅要做出好的實驗研究，還要對這些理論有足夠的靈敏度，才能找到實驗現(xiàn)象的理論解釋。趙忠堯是絕佳的實驗物理學家，動手能力也是毋庸置疑的，從他克服實驗室器材缺陷一事中即可看出，更不用提他回國后帶頭建立起中國的核物理研究事業(yè)。但若論及物理學的理論直覺，他恐怕也是有所欠缺的，他也因此錯失了發(fā)現(xiàn)反電子的機會。
因理論直覺有所欠缺而錯失重大發(fā)現(xiàn)的實驗物理學家遠不止趙忠堯等人。就在安德遜發(fā)現(xiàn)正電子之前的1931年，F(xiàn)·約里奧·居里（Frederic Joliot-curie,1900—1958）和他的夫人I·約里奧·居里（Irene Joliot-Curie，1897—1956）在用α粒子轟擊金屬鈹時，發(fā)現(xiàn)了“高能質(zhì)子”的痕跡，他們錯誤地將這種“鈹輻射”解釋為是一種康普頓效應。而熟知盧瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937）“中子”理論的查德維克（James Chadwick，1891—1974）則認為“鈹輻射”是一種中性粒子流。查德維克重新進行了實驗，發(fā)現(xiàn)這種粒子的質(zhì)量近似于質(zhì)子質(zhì)量而不帶電，于是第三種基本粒子——中子被發(fā)現(xiàn)了，查德維克也因此獲得了1935年的諾貝爾物理學獎[9]。小居里夫婦事后承認，他們根本不知道盧瑟福曾提出過“存在中子”的理論假設。作為實驗物理學家，他們只埋頭于自己的實驗，沒有注意學術(shù)思想的廣泛交流，導致自身缺乏敏感性和想象力，從而錯失了發(fā)現(xiàn)中子的機會[10]。
2. 作出發(fā)現(xiàn)與解釋發(fā)現(xiàn)是難度不同的兩件事
趙忠堯的確是第一個觀察到正負電子對產(chǎn)生與湮滅現(xiàn)象的人，而且他的工作啟發(fā)了許多物理學家（包括后來獲得諾貝爾獎的安德遜），但他自己并沒能對這種現(xiàn)象做出正確的解釋，并沒能充分認識到他所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象——他的認識還停留在發(fā)現(xiàn)了一種硬γ射線的散射射線上。由現(xiàn)象而準確反推原因是一件很難的事情，就像我們知道了一個數(shù)學運算的結(jié)果，但很難由結(jié)果而推斷前面是何種數(shù)學運算一樣。EKspong在1996年的報告中明確地說：“正電子的發(fā)現(xiàn)完全是偶然的，它與任何其它工作，包括狄拉克的理論都沒有關系?！盵1]是在安德遜發(fā)現(xiàn)正電子之后，布萊克特和奧恰里尼才想到使用趙忠堯所發(fā)現(xiàn)的反?，F(xiàn)象來解釋正電子性質(zhì)。趙忠堯的工作對于發(fā)現(xiàn)正電子來說是奠基性的、前瞻性的，但不是直接性的。
做出發(fā)現(xiàn)，與提出解釋發(fā)現(xiàn)的理論是難度不同的兩回事。從諾貝爾獎的頒發(fā)歷史來看，該獎明顯更青睞后者，也即它更看重的不是第一個發(fā)現(xiàn)的人，而是第一個給出解釋、因而理解了所作發(fā)現(xiàn)的人。譬如，2020年的諾貝爾化學獎頒發(fā)給了美國化學家詹妮弗·杜德娜（Jennifer A Doudna）和法國生物化學家埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier），以獎勵她們“開發(fā)了一種基因編輯的方法”，即CRISPR-Cas9[注18]。但事實上，最早關注到CRISPR的是日本科學家石野良純（Yoshizumi Ishino），第一個投入研究的是西班牙科學家弗朗西斯科·莫西卡（Francisco Mojica），且自CRISPR被發(fā)現(xiàn)以來全球眾多科學家都在研究它或者應用它。使得2020年諾貝爾化學獎花落兩位女科學家頭上的是兩人2012年發(fā)表于《科學》雜志的奠基性文章“一種可編程雙RNA引導的DNA內(nèi)切酶在適應性細菌免疫中的應用”(A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity)，在這篇文章中她們首次解釋了CRISPR的工作原理[11]。
回到1936年的諾貝爾物理學獎來，該年度的提名名單中做與正電子相關工作的還有前文提到的布萊克特與奧恰里尼，他們緊隨安德遜之后采用帶觸發(fā)裝置的云室得到了更多的正電子，且二人一直嘗試解釋正電子的產(chǎn)生機制和性質(zhì)[5]。對比趙忠堯的工作，這些投入到理論探索中的科學家們顯然在挑戰(zhàn)更高的山峰。趙忠堯的工作當然意義重大，但是在此后接二連三的漂亮工作面前，難以說它是蓋過眾星之孤月。
獲得諾貝爾獎的工作很少，接近諾貝爾獎水平的工作卻有很多?？峙纶w忠堯的工作只能歸類到接近諾貝爾獎水平的工作之中。若這項工作獲得了諾貝爾獎，當然不能說是錯頒，可它沒獲得諾貝爾獎，也難以說成是虧欠。
常在國內(nèi)媒體中見到趙忠堯、王淦昌或者其他某位中國科學家與諾貝爾獎擦肩而過之類報道。趙忠堯先生雖然真做出了很重大的成就，但畢竟沒有獲得諾貝爾獎的最終提名，用這樣的話來形容他，不免有言過其實之嫌；而用這樣的話來形容那些連相關實驗都并未真做、只是有過相關想法、與可能獲得諾貝爾獎的工作擦肩而過的人，則更是夸大其詞了。
讀趙忠堯先生的《我的回憶》，我們能體會到他的淳樸，感受到他溢于言表的愛國之心、愛科學之心。雖說他自謙“才能微薄”，但在中國剛剛草創(chuàng)科學、科學家還只能當“鋪路小工”的年代，他就能做出接近諾貝爾獎級的成果，是令人十分景仰的。回顧往事是為了更好的前行，讓我們發(fā)揚他的精神，繼續(xù)前進！
致謝：
在本文初稿形成的過程中，加州州立理工大學普莫娜分校的王作躍教授提供了重要史料和修改建議；筆者在第九屆中國技術(shù)史與技術(shù)遺產(chǎn)論壇報告此文時，內(nèi)蒙古師范大學的段海龍教授等提出了有啟發(fā)性的建議。在此一并致以誠摯的謝意。
本文原刊于《科學文化評論》.2022（5）：89-103.，《賽先生》獲作者與《科學文化評論》授權(quán)在微信公眾號上首發(fā)。
熊衛(wèi)民，1974年生，湖南南縣人，北京科技大學科技史與文化遺傳研究院特聘教授。
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[5]趙忠堯. 我的回憶——在美國留學時期(1927—1931年冬)[J]. 現(xiàn)代物理知識, 1992(05):2—3.
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[7] Looking back on books and other guides[J]. Physics Today, 1981,34(11): 247.
[8]竺可楨. 竺可楨全集第8卷[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2006.
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[11] Lander, E. S. The heroes of CRISPR[J]. Cell. 2016,164(1-2): 18—28.
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