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在量子物理学中,存在一条称为“宇称守恒”的定律,其基础是自然遵循对称性的理念。该定律认为,在一个镜像般的世界里,即使一切都被颠倒,物理定律也会以同样的方式运行。自20世纪初以来,实验证据表明事实确实如此:无论是引力还是电磁力,左右之差几乎无关紧要。因此,物理学家们理所当然地认为宇称是宇宙的基本原理。
但在20世纪50年代,哥伦比亚大学的一位实验物理学家吴健雄设计了一项挑战甚至颠覆了这项定律的实验。她证明了,令整个物理学界震惊的是,物理学并非总是遵循宇称守恒。事实上,纵观她的一生,这位女性证明了宇称并非默认规律;她打破了性别和种族障碍,并最终被誉为“物理学界第一夫人”。
吴健雄于1912年出生在上海附近的一个小渔村,她的父母支持女性接受教育。她还在中国上大学时就展现出了非凡的物理学天赋。在女教授顾静薇的鼓励下,她立志在美国攻读博士学位。1936年,她乘船抵达旧金山,并入读加州大学伯克利分校,在那里她研究铀的核裂变。
那时她24岁,身处一个语言不通的新国家,而《排华法案》(禁止华人劳工移民)正处于全面实施阶段。在此之前,《佩奇法案》已生效,该法案以华人女性意图从事性工作为由,实际上禁止了她们的移民。吴健雄之所以能够进入美国,是因为她是学生身份,但她仍然不符合获得公民身份的资格。纽约历史学会教育副总裁莱斯利·海耶斯说:“当时一定充满了巨大的紧张和冲突。‘我要去一个不受欢迎的地方,但如果我不去,我就无法实现我的目标和梦想。’”
1940年获得博士学位后,她与另一位华裔美国物理学家结婚,两人搬到东海岸,希望能获得一个终身教职。当时的各大研究机构普遍不愿意雇佣女性、有色人种或犹太人,而第二次世界大战期间亚洲仇恨情绪的抬头更是雪上加霜。“她因亚洲人身份受到歧视,但更因女性身份而受到歧视,”蔡建强在他的吴健雄传记中写道。
尽管如此,在女子学院短暂任教后,她成为了普林斯顿大学物理系第一位女性教职员工。但这份工作持续不久;1944年,哥伦比亚大学聘请她参与曼哈顿计划,在那里她将就如何维持核链式反应为陷入困境的恩里科·费米提供建议。
战后,吴健雄回到哥伦比亚大学继续研究。1949年,她成为第一个设计出实验证明费米β衰变理论的科学家,她的才华和一丝不苟的精神声名远扬。β衰变是一种放射性衰变,中子会自发衰变成质子和一个高速电子(也称为β粒子)。1956年,哥伦比亚大学的理论物理学家李政道和普林斯顿大学的杨振宁寻求吴健雄的专业知识,以回答一个引人深思的问题:宇称在宇宙中是否真的守恒?
“θ-τ之谜”——一个近期在粒子物理学中发现的悖论——让这条定律受到了质疑。θ和τ是两种性质完全相同的基本粒子,不同之处在于一种衰变成两个较小的粒子,另一种衰变成三个。这种不对称性令物理学界困惑。杨振宁和李政道深入研究文献,试图找出是否有人真正证明过粒子的核总是对称地表现。正如他们所发现的,没有人这样做过。因此,在他们撰写理论论文期间咨询过的吴健雄,开始着手设计一个实验来证明事实并非如此。
在接下来的几个月里,两位男士与吴健雄保持着几乎持续的沟通。核物理学家诺埃米·本泽尔-科勒在她撰写的吴健雄传记中写道,她设计并进行的这项里程碑式的实验“为弱相互作用中的宇称守恒概念敲响了丧钟”。吴健雄的发现引起了轰动,甚至促成了诺贝尔物理学奖的诞生——但只颁发给了杨振宁和李政道。吴健雄在证明他们提出的理论方面的开创性工作却被忽视了。
海耶斯说,尽管她的才华让她能在理论科学家们工作的空间里工作,“但一旦在那里,她就不被当作同行来看待。”然而,尽管在她整个职业生涯中经常遭受歧视——在此期间,她赢得了该领域除诺贝尔奖之外的所有奖项——吴健雄直到1981年退休才停止研究。
纵观她的一生,她一直是推动女物理学发展的直言不讳的倡导者——她毕生致力于推动真正重要的领域建立起(对女性的)公平对待。“为什么我们不鼓励更多女性投身科学?”她在1964年麻省理工学院的一次研讨会上问道。“我想知道,微小的原子和原子核,或者数学符号,或者DNA分子,是否会偏爱男性或女性的待遇。”