吴有训的学生 著名物理学家吴有训辉煌的一生(一)

  吴有训于1897年4月26日出生在今江西省高安市荷岭乡一个名叫石溪吴村的小村庄。父亲吴起辅,在汉口帮人做生意,直到晚年才回到家乡,与人合开了一个店铺,维持生计。吴有训的母亲是一位典型的中国传统女性,勤劳节俭,在她的辛勤操持下,吴家的日子过得虽不算富裕,但亦不至于有冻馁之虞。

吴有训后来回忆起母亲时,认为她是一位精力充沛、讲究实效的女性,一位慈祥而又严厉的母亲,她的言传身教对自己的一生影响极大。

早年求学

  吴有训7岁时入家塾,习旧学。12岁时,有一位从云南归来的族叔,受族人之托,办起了一所新式的私塾。他授课之余,还会讲些诸如“物竞天择,适者生存”之类的话题。吴有训和他的小伙伴们似懂非懂,但兴趣盎然。

  带着一身泥土气息的农家子弟吴有训,先到县城,又到省城,少年时代几乎全是陪伴着书本度过的。由于家境本不富裕,他十分珍惜这来之不易的机会,始终保持着那股谦虚好学、奋发向上的劲头。1916年7月,吴有训毕业于江西省立第二中学,同时考入南京高等师范学校。南京高等师范学校坐落在鸡鸣山南麓的明代国子监原址上,当时与北京高师、武昌高师、广州高师并列为中国最早成立的四大国立高等师范学校。

  当年的南高以培养新式老师为职责,学制为四年,预科一年,本科三年。吴有训就学于该校的理化部。上三年级时,在美国哈佛大学获博士学位的胡刚复归国,到南高任教。胡先生可说是我国最早从事X射线研究的学者,具有较高的学术水平,吴有训就是在他的引导下得以接触到X射线有关基础知识,由此逐渐培养起对X射线研究的浓厚兴趣。

  吴有训在这四年,就已表现出一种不喜空谈,崇尚实干的精神。他抱定科学救国的理想,而这一点也贯穿了吴有训的一生。

  从南高毕业后,他在中学教了一段时间的书,然后在1921年以优异成绩考取江西省赴美国官费留学生。1921秋,吴有训从上海乘海轮赴美国,进入芝加哥大学物理系学习,实现了自己献身科学的第一个目标。

参与康普顿效应的发现与实验

  芝加哥大学是美国历史悠久的著名学府之一,也是美国当时的物理学研究与教学的一个中心。值得注意的是,芝加哥大学与中国早年的科学界有过密切的关系,中国现代物理学界的许多老一辈物理学家青年时代都曾在此求学,如李耀邦、饶毓泰、叶企孙、周培源等。

  吴有训留学美国的第三年,年轻的物理学家A.H.康普顿来到芝加哥大学任教。吴有训成为他的研究生,从事X射线问题的研究。

  康普顿在到芝加哥大学之前,曾先后工作于英国剑桥大学和美国密苏里的圣路易斯华盛顿大学,并初步发现了一种后来以他的名字命名的现象:康普顿效应。他发现:当用单色X射线作射线源,对一些较轻的元素(如碳)进行散射实验时,经元素散射后的X射线的波长发生些微变化,从经典物理学的角度看,这完全是一种异常现象。

康普顿对异常现象选择了量子论式的解释,这就是他著名的X射线量子散射理论。但这个发现当时并没有立即获得物理学界的广泛承认,一方面是因为这种效应与经典理论有很大的冲突,另一方面是康普顿所获得的实验证据还不充分,使相当多的物理学家不敢贸然相信,大家基本上持一种感兴趣的观望态度,等待着进一步的实验事实。

  科学界对康普顿的量子散射理论的怀疑,首先在于他所依据的基本实验,因为只有石墨样品一种实验样品。虽然这个实验本身完全无懈可击,但毕竟只使用了一种材料,这很难说明效应的普遍意义。吴有训设计出最佳实验配置后,即把主攻方向定在证实康普顿效应的普遍适用性方面。

他陆续使用多达15种不同的样品材料进行X射线的散射实验,结果无一不与康普顿的理论相符合,从而形成了对此理论广泛适用性的强有力证明。由于吴有训高超的实验技巧,使这些验证工作不管是在精密度还是可靠性方面,都无可挑剔。

这些工作当然得到了康普顿本人的极端重视和高度评价,他把吴有训所获得的15种物质X射线散射光谱与他自己的那张石墨散射光谱,一并收入了他于1926年写成的专著《X射线与电子》中去,作为其量子散射理论的主要实验证据,这部著作于1935年再版时更名为《X射线之理论与实验》。

康普顿在书中这样写道:实验“与理论的这种吻合并非出于偶然,图Ⅲ-48(按:指吴有训的那张15种物质X线散射光谱)的光谱就是证明;这是一张由吴博士所获得的根据各种元素的散射得到的、与前述(按:指他本人的那张石墨散射光谱)相类似的光谱。

”后来在许多论及康普顿效应的著作中都引用了吴有训的光谱。

  吴有训对康普顿效应的另一项重要证明工作,是用公认的精确无误的实验,消除了来自美国哈佛大学的著名X射线专家W.杜安尼及其助手G.L.克拉克对康普顿效应的两项质疑。此外,吴有训在发展康普顿散射理论方面也有很重要的贡献,这就是他用精确的实验,解决了康普顿散射光谱中变线与不变线之间的能量或强度的比率问题。

这项工作当即就得到了美国物理学界的关注和重视。1925年11月,美国物理学会第135届会议就定在吴有训所在的实验室召开。

会上宣读或交流的论文共有60篇,吴有训的论文排在第一位,他报告的题目是《康普顿效应中的变线与不变线之间能量的分布》。这项工作被列为会议的重要议题,文章后来发表于美国《物理学评论》上,是该杂志1926年2月号的首篇论文。

  吴有训亲身参与了发现和确立康普顿效应中期以后的大量实验验证工作,最后以“康普顿效应”为题完成了自己的博士论文,并获博士学位。而康普顿则在1927年因为这项工作而获得诺贝尔物理学奖。

  吴有训在效应的发现和实验验证过程中发挥了重要作用。但他本人从来都未将自己与康普顿相提并论,认为自己只是康普顿教授的学生而已。在这里,我们看到了一位真正的中国科学家的谦虚品格和坦荡胸怀。康普顿在自己的晚年,很有感慨地说道:吴有训是他平生最得意的两个学生之一。(另一位学生是L.W.阿尔瓦莱兹,在吴有训之后十年获得博士,于1968年获得诺贝尔物理学奖。)

我要回到祖国去

  1926年秋,已近而立之年的吴有训,经过五年的一流科学研究工作的磨练,已成长为一名出色的实验物理学工作者。在获得博士学位后不久,吴有训便打点行装,婉谢康普顿的极力挽留,踏上了归途。