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(《时光故事》第130期 20220601)

抱着咸菜坛子闯进清华的“乞丐教授”,与诺贝尔奖擦肩而过

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自20世纪初设立以来,诺贝尔奖就成为全球科学届对科学家研究成就的最高荣誉和褒奖。对于华人诺奖得主,大家比较熟悉的,比如最早获得诺贝尔物理学奖的李政道和杨振宁,近年来获得生理学或医学奖的屠呦呦,还有获得文学奖的莫言。

但曾有这样一位中国科学家,自己最先发现了科学事实,并启发了自己的同学,同学却获得了诺贝尔奖。这也让科学界的很多人,包括诺贝尔奖委员会主任都曾有过“世界欠他一座诺贝尔奖”的评价。

当年,他抱着一个咸菜坛子闯进清华,还受到过川普亲叔叔的鼎力相助,也为他的人生增添了一些传奇色彩。这位科学家就是我们今天的主人公赵忠尧。

与诺贝尔奖擦肩而过

赵忠尧1902年出生于浙江省诸暨县,1925年就进入清华大学担任助教。23岁的年纪,就能进入清华大学任教,在20世纪初的中国,已是非常体面的工作。但赵忠尧的志向远不止于此,当时掀起的科学救国风潮使得他深受振奋,与很多当时的进步青年一样,他选择踏上了留洋的道路。

1926年,赵忠尧进入了著名的加州理工学院,并师从1923年诺贝尔物理学奖获得者罗伯特·密立根。导师的精心栽培下,加上赵忠尧的刻苦勤奋,他的学术水平突飞猛进。他不分昼夜地进行实验和研究。很多实验都需要通宵达旦地进行,并且每隔一段时间就要记录数据,赵忠尧给自己上了闹钟,不管如何疲倦,只要闹钟一响,他都会在深夜准时醒来。

在布置博士论文时,密立根教授最初安排赵忠尧写一篇光学干涉仪方面的论文。仪器都已经准备好,两年内就可以完成实验,获得数据、写出论文,就能顺利毕业并得到博士学位。

而赵忠尧却提出,这个题目过于简单,比较容易获得学位,而他出国的本意是为了多学习一些实验技术,回国后可以派上用场,于是提出让密立根教授给他更换一个论文题目。

密立根无奈又给赵忠尧更换了一个更难的论文题目,让他测量硬γ射线(读音:Gamma ray射线 )通过各种物质时的吸收系数,以验证克莱因-仁科公式。赵忠尧在当助教时曾做过一些简单的吸收实验,凭他的经验,认为这个题目也不难做,所以他还想看看有没有更难的题目。

密立根一听,立刻火冒三丈,对赵忠尧说道:“这个题目很有意思,相当重要,我觉得你做这个比较合适,你要是不做,告诉我就是了,不必再考虑。”

赵忠尧看着老师严厉的样子,赶紧接受了这个题目。之后当论文完成时,赵忠尧才明白老师的一番用心。他后来回忆起这件事时说,这个题目不仅让他学到了实验技术,从物理学发展的角度看也是非常有意义的。

γ射线是从原子核里放射出来的光子,是波长极短的电磁波。当γ射线通过物体时,由于光子和物质中电子相碰撞,会将一部分能量传给电子,这种现象被称为γ射线“被物质吸收了”,而吸收量的多少可以由一个被称为“克莱因-仁科公式”的“吸收系数”来确定。这便是赵忠尧的博士论文研究内容。

在实验过程中,赵忠尧发现当γ射线通过轻元素时,射线的吸收量的确与“克莱因-仁科公式”相符。而当γ射线遇到铅元素的时候,会出现“反常吸收”的现象,此时实际测出的被吸收的γ射线能量,比根据“克莱因-仁科公式”计算出的理论值大了近40%。

由于赵忠尧的实验与事先的设想并不相符,导师密立根并不相信赵忠尧的实验结果,导致赵忠尧的论文被搁置了三个月。

幸亏赵忠尧的论文指导老师鲍文,坚信赵忠尧的实验结果是正确的,还说服了密立根将赵忠尧的论文送出,并将成果在美国的《物理评论》杂志上发表,同时提交给美国国家科学学术协会。

在此之后,正是受了赵忠尧研究的影响,他的一位同学安德森发现,这种“反常吸收”是因为正电子和电子相遇发生湮灭,由此安德森发现了正电子,从而获得了1936年的诺贝尔物理学奖。

安德森在回忆起这段往事时曾说,“赵忠尧当时正在我旁边的房间里做实验,研究γ射线对于铅的吸收和散射,而他发现这两个方面都大大超过了克莱因-仁科公式的预言。正是他的研究结果引起了我极大的兴趣。我曾打算建造一个能在磁场中工作的云雾室,以便研究赵忠尧的发现。”

1997年,前诺贝尔物理学家委员会主任埃克斯朋也在一篇文章中写道,“在γ射线的反常吸收和辐射方面,尽管赵忠尧是最早发现γ射线反常吸收的科学家之一,但诺贝尔奖却没有提到过这位物理学家,赵忠尧在世界物理学家心中是实实在在的诺贝尔奖得主。”

抱着咸菜坛子逃难的“乞丐教授”

1930年,在赵忠尧获得博士学位后,曾前往德国哈罗大学物理研究所工作,之后又在1931年来到英国剑桥大学的卡文迪许实验室,并与原子核物理学家卢瑟福一起工作。

当时中国爆发了“9·18”事变,日本开始了侵华战争。此时的赵忠尧面临着生命中的重要选择:留在英国不会经受战争之苦,而且科研条件和环境要比回国好上数倍。但赵忠尧不能接受眼睁睁看着故乡被侵略而自己在海外“逍遥”。于是他告诉了卢瑟福自己的决定:他准备回国。卢瑟福非常欣赏赵忠尧的科研才华和勤奋精神,特意将50毫克放射性实验镭赠送给了赵忠尧,作为他回国后继续研究之用。

赵忠尧非常激动,镭是居里夫人1911年经过千辛万苦才从氯化镭中分离提取出来的一种放射性元素,而居里夫人也由此获得了诺贝尔化学奖。在1931年,镭是非常昂贵和稀有的,赵忠尧相信这50毫克镭将为中国的原子能事业带来巨大的影响,于是他克服万难,将这50毫克镭带回了中国。

回国后,赵忠尧在清华大学任物理系教授。1937年,抗日战争全面爆发,为了保留宝贵的高等教育资源,清华北大等高校决定南迁。1937年秋天,清华大学迁到了长沙。

一天,时任清华大学建筑系教授的梁思成正在家收拾东西,门外响起了急促的敲门声,梁思成打开门,发现是赵忠尧。赵忠尧急匆匆地告诉梁思成,一样重要的东西落在了学校。原来,清华师生撤离时,赵忠尧不在学校,他把50毫克镭藏在了实验室的隐蔽处。如果把这50毫克镭留在学校,被日本人发现,将会给中国带来巨大威胁。

梁思成听后立刻开车带赵忠尧回到了清华,往日的校园已一片狼藉。赵忠尧来到实验室,在乱七八糟的角落中找到了装着镭的铅筒,这才松了一口气。趁着夜色,两人离开清华园。考虑到当时兵荒马乱的,赵忠尧认为,如果遇到日本人或土匪强盗打劫将十分麻烦,而且像他和梁思成这种知识分子,非常容易被日本人拦下盘查,于是他决定自己一个人走,并乔装打扮成一个乞丐,将装镭的铅筒装进一个破咸菜罐里。

从北京到长沙,千里之遥,赵忠尧一路风餐露宿,遇到有人问起咸菜罐,他就谎称里面装着自己父亲的骨灰,一路丢弃了所有的行李,像呵护婴儿般整日把咸菜罐搂在怀里。

1937年10月,一个蓬头垢面的乞丐在长沙清华校园门口,拉住了外出送客的梅贻琦校长,用沙哑的声音喊了一声梅校长后,放声痛哭起来。

梅贻琦愣了一下,定睛一看,才发现这个乞丐竟是赵忠尧,连忙关切地问道,赵教授,你这是怎么回事啊。数十日的日夜兼程,赵忠尧的胸口已被罐子磨得伤痕累累,里面的50毫克镭却毫发无损。而这50毫克镭也随着赵忠尧日后从长沙迁到昆明,并为日后中国的原子能技术研究起到了至关重要的作用。

川普的亲叔叔是他科研道路上的“恩人”

1945年,美国在日本广岛和长崎投下两颗原子弹,让世界见识了核武器的威力。第二年,美国在太平洋上的比基尼岛进行原子弹试爆,并邀请赵忠尧到现场观摩。这让他激动不已,低头思忖着中国何时才能拥有第一颗自己的原子弹。

作为一名核物理科学家,赵忠尧深知要研究核武器,加速器是必不可少的仪器设备,但当时加速器需要40万美元,而他费尽周折只拿到5万美元的经费,于是他决定放弃自己之前的研究课题,进行加速器的研制。

时任麻省理工实验室的约翰·川普教授,也就是美国前总统川普的叔叔,对这位中国青年颇有好感,并向赵忠尧指点了“Van de Graaf”静电加速器的设计和制造技术,并找当地工厂定制加工了关键的元器件,以便赵忠尧可以日后带回国。此外,川普教授还将实验室的老旧加速器无偿赠送给赵忠尧,让他带回去升级改造。

靠着这些从美国带回国的器材和零部件,赵忠尧主持建成了中国第一台70万电子伏特质子静电加速器,为后续的核科学研究提供了基础,并间接促成了1964年中国第一颗原子弹的试爆成功。

一生都没有得到应有的荣誉

1950年8月29日,赵忠尧与钱学森、邓稼先等一百多位中国留美学者登上了美国“威尔逊总统号”客轮。传说中,从事核科学等敏感学科研究的学者们,刚上船,就遭到了FBI的搜查。赵忠尧与另外两名学者更是被再三盘问后,被扣以与核武器机密相关的“间谍嫌疑”,被转移到关押日本战犯的巢鸭监狱。

据说,此事被曝光后,引起了国际舆论的高度关注,之后,FBI于10月28日释放了三位科学家。

从监狱出来后,美国政府又把三人送到中华民国驻日代表处,台湾驻日代表苦口婆心地劝说三人,希望他们能前往台湾。但赵忠尧等人执意要回到大陆。最终,经过近三个月的辗转,他们才于11月28日回到国内。

回国后,赵忠尧立刻投入到了科研工作中。他利用自己带回来的实验设备,先后于1955年和1958年建成了中国最早的70万伏和200万伏高气压型质子静电加速器。之后,赵忠尧负责筹建中国科学技术大学近代物理系并任系主任,并参与中国高能物理研究所的筹建工作。

1998年,赵忠尧与世长辞。但他的名字仍旧少有人知,但是提到他的学生,却无人不知无人不晓:邓稼先、钱三强、程开甲、王淦昌、朱光亚……获得诺贝尔奖的杨振宁和李政道,也对他当年的教导感念不已。但他本人,却一生都没有得到应有的荣誉。

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