明天我想和你談?wù)勔粋€(gè)中國(guó)人最先發(fā)覺(jué)量子糾纏，卻沒(méi)有獲得諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)的故事。
這個(gè)人就是吳健雄，一位偉大的數(shù)學(xué)女王。
量子糾纏是哪些呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是兩個(gè)或多個(gè)量子粒子之間存在一種神奇的聯(lián)系，促使它們的狀態(tài)總是互相關(guān)聯(lián)，雖然它們相隔很遠(yuǎn)。這些聯(lián)系趕超了精典數(shù)學(xué)學(xué)的范疇，被愛(ài)因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”。量子糾纏是量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)，也是探求量子熱學(xué)奧秘的重要手段。
你可能會(huì)想，那么重要的現(xiàn)象，是誰(shuí)第一個(gè)發(fā)覺(jué)的呢？是愛(ài)因斯坦嗎？不是。是諾貝爾獎(jiǎng)得主嗎？也不是。事實(shí)上，第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到量子糾纏的人，就是吳健雄。但她當(dāng)時(shí)并沒(méi)有意識(shí)到自己作出了多么偉大的發(fā)覺(jué)，也沒(méi)有得到應(yīng)有的認(rèn)可和榮譽(yù)。
于是，2022年，三位科學(xué)家因?qū)嶒?yàn)證明量子糾纏效應(yīng)獲得諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)。并且評(píng)委卻忘掉了另一位科學(xué)家——吳健雄，而她才是第一個(gè)觀察到量子糾纏的人。
盡管沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)，但她的成就遠(yuǎn)除了這么。
例如，你可能據(jù)說(shuō)過(guò)楊振寧和李政道，她們是1957年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)的得主，由于她們證否了一個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)中的重要定理——宇稱守恒定理。但你可能不曉得，她們的理論是靠一個(gè)男人的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的。這個(gè)男人就是吳健雄。她除了參與了原子彈的研發(fā)，還做了許多開(kāi)創(chuàng)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，闡明了自然界的奧秘，促進(jìn)了科技的進(jìn)步。被譽(yù)為“二十世紀(jì)最偉大亞裔男性化學(xué)學(xué)家”，也是“物理研究第一夫人”。
明天，我們就來(lái)認(rèn)識(shí)一下那位傳奇的女科學(xué)家。
吳健雄：穿唐裝造原子彈的女?dāng)?shù)學(xué)學(xué)家
吳健雄于1912年5月31日出生在浙江嘉興的一個(gè)書(shū)香門(mén)第。她從小就表現(xiàn)出了對(duì)科學(xué)的興趣和天賦，尤其是對(duì)數(shù)學(xué)和化學(xué)。她在1934年結(jié)業(yè)于如今的北京西南學(xué)院，并在1936年赴美求學(xué)，入讀日本加利福尼亞學(xué)院伯克利校區(qū)，并于1940年獲得博士學(xué)位。在哪里，她遇見(jiàn)了許多后來(lái)成為重要化學(xué)學(xué)家的人，例如奧本海默、勞倫斯、塞格瑞等。她也遇見(jiàn)了人生伴侶袁家騮，他是清朝大臣袁世凱的侄子。她們于1942年離婚，并育有一子。
1944年，吳健雄在阿根廷學(xué)院工作時(shí)出席了英國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”，主要研究鈾原子核裂變，幫助解決了核反應(yīng)堆連鎖反應(yīng)難以延續(xù)的困局。這項(xiàng)工作十分危險(xiǎn)和堅(jiān)苦，吳健雄除了要面對(duì)放射性物質(zhì)的恐嚇，還要忍受性別歧視和種族歧視。但她憑著著自己的才氣和刻苦，克服了種種困難，為原子彈的成功制造作出了重要貢獻(xiàn)。她為此經(jīng)常被中國(guó)媒體譽(yù)為“原子彈之母”，描畫(huà)她“穿著裙裝造原子彈”的傳奇。
但吳健雄奠定成就的實(shí)驗(yàn)卻是發(fā)生在1956年，當(dāng)時(shí)兩位理論化學(xué)學(xué)家李政道和楊振寧請(qǐng)吳健雄幫助證否數(shù)學(xué)學(xué)中所謂的“宇稱守恒定理”。這個(gè)定理簡(jiǎn)單地說(shuō)就是：假如你把一個(gè)化學(xué)系統(tǒng)置于穿衣鏡里看，它會(huì)跟原先一樣運(yùn)動(dòng)，只是左右相反。例如說(shuō)你把一個(gè)順秒針轉(zhuǎn)動(dòng)的指針置于穿衣鏡里看，它還會(huì)弄成逆秒針轉(zhuǎn)動(dòng)。并且李政道和楊振寧發(fā)覺(jué)，這個(gè)定理在弱互相作用中可能并不創(chuàng)立。弱互相作用是一種基本的數(shù)學(xué)力，它主要發(fā)生在原子核內(nèi)部，例如β衰變就是一種弱互相作用的過(guò)程。李政道和楊振寧提出了一個(gè)大膽的假定：假如一個(gè)原子核在β衰變時(shí)放出的電子，更傾向于順著核載流子的反方向釋出，這么這就說(shuō)明弱互相作用中宇稱不守恒。并且這個(gè)假定須要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
這時(shí)侯，吳健雄就登場(chǎng)了。她是β衰變方面的專家，她設(shè)計(jì)了一個(gè)精致的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)李政道和楊振寧的理論。她用一種稱作鈷-60的放射性物質(zhì)，把它冷卻到接近絕對(duì)零度，并置于一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)中，致使鈷-60原子的載流子都排列成一致的方向。之后她用偵測(cè)器來(lái)檢測(cè)鈷-60原子在β衰變時(shí)放出的電子的方向。假如宇稱守恒，這么電子的方向應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)的，跟原子載流子沒(méi)有關(guān)系。并且假如宇稱不守恒2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)量子糾纏，這么電子的方向應(yīng)當(dāng)跟原子載流子有關(guān)系，更多地朝著載流子的辯題向飛出。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人驚訝：電子確實(shí)更多地朝著載流子的辯題向飛出！這就證明了弱互相作用中宇稱不守恒！這個(gè)結(jié)果打破了數(shù)學(xué)學(xué)界對(duì)于自然對(duì)稱性的信念，也為后來(lái)的數(shù)學(xué)學(xué)發(fā)展開(kāi)辟了新的視野。李政道和楊振寧由于這項(xiàng)理論成果獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，但吳健雄卻被忽視了。這引發(fā)了許多人對(duì)于諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)是否存在性別歧視和種族歧視的指責(zé)。
吳健雄似乎沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)，但她也獲得了許多國(guó)際和國(guó)外的獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)。
比如：
這種榮譽(yù)都證明了吳健雄在數(shù)學(xué)學(xué)界的杰出地位和影響力，也反映了她在中印兩岸的廣泛敬愛(ài)和認(rèn)可。吳健雄是中國(guó)歷史上最偉大的女科學(xué)家之一，也是世界上最優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家之一。
不僅參與了曼哈頓計(jì)劃和證否了宇稱守恒定理之外，吳健雄還有其他一些知名的實(shí)驗(yàn)。諸如：
那回到開(kāi)頭，為何吳健雄沒(méi)有由于發(fā)覺(jué)量子糾纏獲得諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)呢？首先，諾貝爾獎(jiǎng)只頒給仍然健在的人。其次，吳健雄其實(shí)首先觀察到了粒子的量子糾纏，但因?yàn)闀r(shí)代背景和個(gè)人審視，并沒(méi)有在當(dāng)時(shí)深入剖析或揭示這一效應(yīng)，因而與諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂。
不過(guò)，一個(gè)諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)并不能夠定她的成就。如此多重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，雖然都展示了吳健雄對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)的深刻理解和高超方法。她除了就能追隨時(shí)代的時(shí)尚，還能否推動(dòng)時(shí)代的新潮。她對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)的貢獻(xiàn)是難以用言語(yǔ)來(lái)評(píng)判的。
吳健雄在1997年2月16日在倫敦去世，享年85歲。依照她的心愿，吳健雄的骨灰安放到家鄉(xiāng)中國(guó)四川成都蘇州木瀆鎮(zhèn)。在她的母?，F(xiàn)西南學(xué)院的校園內(nèi)，還構(gòu)建了吳健雄記念館。楊振寧、李政道、丁肇中三位諾貝爾獎(jiǎng)得主2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)量子糾纏，也在1995年發(fā)起成立了吳健雄學(xué)術(shù)基金會(huì)，記念那位“二十世紀(jì)最偉大亞裔男性化學(xué)學(xué)家”。