汤川秀树

金扬

汤川秀树（1907-1981），日本核物理学家，因为在核力的理论基础上预言了介子的存在而获得1949年诺贝尔物理学奖.

爱好汉学

1907年1月23日，汤川秀树在日本东京出生.一年以后，他的父亲去京都大学担任地理学教授，全家也都跟着搬到了京都.日本京都已经有一千多年的历史，很早以前是日本的首都，历史十分悠久，汤川秀树就是在这座历史古城中长大的.他的父亲是一位著名的地质学家和地理学家，爱好十分广泛，家中藏书也十分丰富.在书香门第长大的汤川秀树受到了良好的文化熏陶，从小就喜欢读书.

日本和中国在历史上就有很深的渊源，日本人对于中国文化十分仰慕，很多人都接受过汉学教育.汤川秀树的祖父曾经办过私塾，讲授汉学.他的父亲也是从“四书五经”开始学起的，后来一直对中国古代文化典籍十分感兴趣.汤川秀树的外祖父也有很深的汉学功底，对于儒家的文化十分推崇.在汤川秀树懂事以后，外祖父就开始教他学儒家文化，当时教授的有《大学》、《论语》、《孟子》等.一直到了汤川秀树长到10多岁这种教育才停止.汤川秀树从小就接受汉学教育，博大和仁厚的孔孟思想在他的心里扎了根.

汤川秀树在上高中的时候，又对道家文化产生了兴趣.老子的学说十分玄妙，如“道可道，非常道，名可名，非常名”，也讲究辩证，如“有无相生，难易相成，长短相形，高下相盈，音声相和”“福兮祸之所伏，祸兮福之所倚”.汤川秀树从小就沉默寡言，这种思辨精神让他十分入迷.庄子又是另一种风格，汪洋恣肆，在他的作品中一个寓言接一个寓言，想象力得到了尽情的发挥，那种浓郁的浪漫主义色彩让汤川秀树一读起来就欲罢不能.他最喜欢的就是老子的“无为而无不为”，也常常幻想着能变成扶摇直上九万里的大鹏.

爱上物理

汤川秀树对文学是如此喜欢，他的同学以为他以后可能会走上文学道路.汤川秀树确实也想搞文学，但他后来之所以走上了研究物理学的道路，跟爱因斯坦有很大的关系.

20世纪20年代，爱因斯坦创建了广义相对论，他断言时空在大质量面前是弯曲的.连时间和空间都会发生弯曲，这种理论真的是石破天惊，但后来的天文观测证实这种理论是对的，一夜之间爱因斯坦成了全球最著名的科学家.世界各国的大学和科研机构都邀请爱因斯坦去访问，他的演讲在每个国家都引起了轰动，虽然大多数人听不懂爱因斯坦讲了什么.1922年爱因斯坦来到了日本东京，当他到达车站时，几万人赶来迎接，要亲眼看一下这个伟大的人物.爱因斯坦的到来，在日本掀起了一股物理热，汤川秀树也是在这个时候把志向转向了物理学的.

当汤川秀树将要从中学毕业时，他的父亲不想让他读大学，想让他去学些技术.汤川秀树比较内向，不善于交际，去学技术似乎很合适.但他母亲极力反对，她认为汤川秀树虽然话少一些，但将来未必没有出息.他的父亲为此有些犹豫，就去向汤川秀树的校长森外三郎了解情况，问他是什么意见.森外三郎却说，汤川秀树非常聪明，将来一定会有前途的，应该让他读大学.既然校长都这样认为，父亲也就没什么话说了.

正在这时候，东京发生了一场大地震，也影响到了京都.日本国的位置正处在地震带上，经常发生地震，所以国内很多人从事这方面的研究.他的父亲早年也非常热爱文学，但因为一场大地震，使他改变了方向，进入了地质学领域的研究当中.现在这场地震又让父亲想起了从前，于是他也想让汤川秀树去学习地质学，为国民造福.父亲给了汤川秀树一本地质学的书，让他去读一下，看看有没有兴趣.汤川秀树也对地震造成的破坏深有感触，于是就认真地去读这本书.这时候报考大学的志愿表发了下来，汤川秀树就在上面填了地质学.但不久，要成为一名物理学家的梦又在汤川秀树的心里升起，他发觉自己的真正爱好只有物理学，因此当第二次再填志愿表时，他坚决填上了物理学.

孤军奋战

1926年，汤川秀树考入了京都大学物理系，开始专心学习物理.他的思想十分开放，一直关注国际上物理学的研究方向.对于那些著名物理学家的情况了如指掌，有什么新成果出现，有什么新思想提出，他都非常清楚.1929年他在京都大学毕业后，就留校任教，1933年又到新建的大阪大学任教，正式开始物理学研究.

从明治维新开始，日本经济获得了大发展，到了20世纪初期的时候已经成为东方的强国，但与西方列强相比还差得远，国内的科学研究也远远落后于西方国家.在日本科学界有一位领导人物名叫长冈半太郎，早年曾经留学英国，看惯了西方人的冷眼，从此他立志要在科学上超过西方人.当他成为科学界的领导以后，就号召广大青年学者发奋图强，他希望能在有生之年看到他们作出成绩.

汤川秀树是长冈半太郎的学生，深受老师的影响，立志要振兴日本的科技.当时秀树决心在量子物理学领域做出成绩.但日本的物理研究还是很落后的，量子物理学更是一片空白，当他遇到困难时，也没人能帮助他.他的父亲建议他去国外留学，这样可以获得更快的提高.但汤川秀树拒绝了这个建议，他决心在日本这个封闭的环境里孤军奋战，凭借个人的力量作出成绩，什么时候成功了，再把成果拿给外国科学家看一看.

奇怪的力

自从原子被发现以后，人们开始逐渐了解了它的结构：它是由原子核与核外电子组成的，原子核由质子和中子构成，核外电子围着原子核旋转.质子和电子由于电性不同而互相吸引，但是原子核中的质子和中子是怎么结合在一起的呢？中子不带电不能吸引质子，质子带正电还会互相排斥，但它们却结合得非常紧密，这是为什么呢？物理学家认为这需要一种力，就给这种未知的力取了一个名字——核力.核力不会是电磁力，因为中子不带电；也不会是万有引力，因为它的作用范围非常小；而且它比别的力的强度都大得多，可以把上百个质子和上百个中子束缚在一个原子核里.人们知道的就这么多.这种力是如此的奇怪，很多优秀的科学家都为此付出过艰辛的努力，但最终都失败了.

世界上很多优秀的科学家一直都在思考这个问题，汤川秀树也常常为此失眠.他的睡眠本来就不好，躺在床上的时候也经常在思考问题.于是他就把笔记本放在枕边，一旦来了灵感就开始写写算算.“原子核是怎么结合在一起的”，如果能想明白这个问题将会是重大发现，可是现在一点头绪也没有.有时候，汤川秀树为此彻夜难眠，常常躺在床上盯着天花板，一直到天亮.

尽管如此艰难，汤川秀树始终没有放弃.汤川秀树始终铭记长冈半太郎说过的话：如果不能进入先进研究者的行列并作出成绩，那么人生就毫无意义.

初战失利

当时物理学家已经知道，电磁力是通过交换光子而引起的一种力.汤川秀树丛中得到灵感，他认为核力是质子和中子在交换电子时产生的.这是通过类推法得出的，已经非常接近事实.1933年4月他在日本一个物理学会上提交了一篇论文《关于核内电子问题的考虑》，在文中他认为核力是由中子和质子因交换电子产生的.这是汤川秀树第一次发表自己的研究成果，但马上就遭到了否定.到哥本哈根学习过的日本教授仁科芳雄指出，这种想法是不合理的，不符合众所周知的物理理论.

汤川秀树通过深入思考后也逐渐明白，这种力不可能是由交换电子产生的，自己的想法确实有问题.答案还是没有找到，一切又要重新开始，汤川秀树的心里依然无比坚定，他一定要解决这个问题.

1934年，他从《物理学报》上看到了费米的一篇文章，费米在文章中完善地描述了某些元素的原子核里不断放出电子的原因，使人们相信了中微子的存在.费米的理论也许可以解释核力是怎么产生的，汤川秀树看完后差点晕倒.难道自己努力奋斗了这么久，却被别人捷足先登了吗？汤川秀树真是不甘心.但事后证明这是一场虚惊，费米提出的不是核力.

这件事让汤川秀树有一种紧迫感，他的灵感也在这种紧迫感下被激发出来.他想，也许我根本就不应该用已知的粒子来解释核力，而应该寻找一种新的粒子来解释它.思路一旦转换，很快就得出了正确的结论.

四处碰壁

汤川秀树利用测不准理论和相对论，再考虑到核力作用范围，经过深入思考和周密的计算后解决了这个疑问.他认为：核力是由一种粒子的传递产生的，这种粒子的质量大约是电子质量的200倍，它可以带正电，也可以带负电，或者不带电，电荷量和质子的电荷量相等.因为这种粒子的质量在电子和质子之间，所以汤川秀树给它起名叫“介子”.1934年11月，在大阪召开的物理学学会上，汤川秀树正式向外界公布了他的介子理论.

但在这个时候物理学界存在一种不良的倾向，人们不愿意接受新粒子.这时候的物理学家们认为，基本粒子只有三种——电子、质子和中子，没有其他的新粒子存在.当时很多科学家都发现了一些新粒子，但他们都不敢承认自己的发现.比如泡利发现了中微子，过了很久才敢发表这种见解，但他依然认为自己做了一件蠢事.他提出了中微子的概念以后，立即就后悔了，因为中微子在当时无法进行检验，无法证明是对是错，他觉得自己太草率了.狄拉克根据理论提出应该存在一种粒子具有电子的质量但却带正电荷，但因为舆论都反对新粒子的出现，所以他就违心地称这种新粒子为质子，实际上它明显与质子不同，就是以后被发现的正电子.当时很少有人敢提出有新粒子的存在，人们宁愿相信自己的实验错了，或者计算有问题.

在这样的情况下，汤川秀树提出了介子理论应该说是有些不合时宜的，立刻就有很多人提出了反对意见.当时粒子研究领域的权威人物玻尔和海森堡就不赞成这种观点.在1937年玻尔访问日本时，汤川秀树询问玻尔对介子理论的看法，玻尔并没有过多地从理论上审视这个问题，而是反问汤川秀树：“难道你希望有新粒子出现吗？”这对汤川秀树来说是一种沉重的打击，但他没有气馁，他坚信自己是对的.他又把有关介子理论的论文投稿到美国一家著名的学术刊物，审查人正是大师级的人物奥本海默，奥本海默认为不应该有新粒子存在，拒绝发表这篇文章.

举世瞩目

1937年，安德森和内德梅厄在进行宇宙射线的实验时发现了一些新粒子，经过测量得出它的质量大约是电子的200倍.当时日本与欧洲在科学上的来往并不多，汤川秀树的介子理论因为没有人承认，所以影响不大，他们也没有听说过.但当奥本海默得知这一消息后却万分高兴，难道这就是一直在找的介子吗？这种新粒子和汤川秀树预言的介子在质量上是如此相近，人们不得不重新审视汤川秀树的论文.很多人开始接受了介子理论，给这种新粒子起名叫“？滋介子”.

正当汤川秀树为此欢欣鼓舞的时候，意外的消息传来了.随着对这种新粒子的深入研究，人们发现它不是汤川秀树预言的介子，因为它的寿命比预想中的介子长得多，而且在物质中传播时，也没有与原子核发生强烈的反应.这就不对了，既然介子是在原子核中起重要的传递作用的，就应该能与原子核发生强烈的反应，但研究发现反应很平淡.于是人们认定，？滋介子绝对不是汤川秀树预言的介子，而它也不该叫介子，后来就更名为？滋子.

尽管汤川秀树的愿望落空了，但科学家们开始对他的理论重视起来.？滋子的出现也让人们开始思考这样一个问题：它与介子的质量如此接近，会不会在其他方面也有联系呢？科学家们纷纷提出一些假设，然后动手去检验他们的想法.？滋子的出现使人们开始在寻找介子方面展开了行动，只要介子是真正存在的，人们总会找到它.

在寻找？滋子和介子的联系的过程中，有人提出了这样一种观点，？滋子是介子衰变的产物.这个假设非常诱人，而且很可能是正确的，人们只要按着这个思路找到重现衰变过程就找到介子了，但这需要时间.汤川秀树依旧在默默地等待，这一等就等到了1947年.这一年，英国物理学家鲍威尔教授，利用放在气球上的核乳胶研究高空宇宙射线时，记录下了介子衰变为？滋子的反应过程，终于找到13年前汤川秀树预言中的介子.

汤川秀树的介子理论由此得到了世界的公认，1949年他因此而获得了诺贝尔物理学奖.他的老师长冈半太郎终于在去世前一年亲眼看见了他的学生获得了诺贝尔物理学奖.汤川秀树是第一位获诺贝尔奖的日本人，也是第二位从未到国外学习而获得诺贝尔物理奖的亚洲人.汤川秀树的获奖轰动了日本，也轰动了全世界，他的坚持终于获得了回报.