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日本物理学家——汤川秀树

汤川秀树(1907~1981),日本物理学家,大阪大学哲学博士,历任京都帝国大学、东京帝国大学教授。1948年赴美国任哥伦比亚大学教授,1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树,以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。他是第一个获得诺贝尔奖的日本人。1955年回国。他从电磁理论得到启发,于1935年提出了关于核子力的“介子理论”。

1907年1月23日 生于东京。
  1913年 入小学,成绩优良,喜欢数学、科学哲学,受中国儒、老、庄典籍不少影响。
  1929年 毕业于京都大学物理系。
  1932年 任京都大学讲师。
  1933~1939年 在大阪大学任教,研究原子核和量子场论。
  1938年 获大阪帝国大学博士学位。
  1939年 回京都大学任物理学教授,直到1970年。
  1943~1945年 兼任东京大学教授。他从1946年起主编英文杂志《理论物理学进展》,向国外介绍日本理论物理学的研究成果。
  1948年 受聘为美国普林斯顿高级研究院客座教授。
  1949年 由于其核力理论荣获诺贝尔物理学奖。
  1949~1951年 任哥伦比亚大学教授。
  1953~1970年 任京都大学基础物理学研究所第一任所长。
  1957年 参加世界和平运动大会,呼吁和平利用原子能。
  1975年 以后长期患病。
  1981年9月8日 在京都逝世。

1907年1月23日出生在东京的一个知识分子家庭。第二年,全家搬到京都。父小川琢治是京都大学地学教授,也是一位著名的地质学家和地理学家,而且兴趣十分广泛,爱好考古、书画、刀剑、围棋和中国文化,家中藏有丰富的书籍。生活在书香之家,汤川秀树从小就喜爱图书,养成了爱读、多想、勤写的好习惯。他的父亲是个开明的人,不象其他日本家庭那样硬要孩子遵命选择职业,而是谆谆诱导汤川秀树自己去抉择未来。

勤奋向上的汤川秀树在他迈进大学的门槛时,决定专心致志地攻读物理学,还特地选定了当时新兴的量子物理学当作自己进击的目标。那个时候,日本的科学还是很落后的,量子物理学更是一片空白。汤川秀树的决定是十分大胆的,也是带有风险的,但是他毫不畏惧,充满信心地开始了对微观世界的探索。他千方百计地搜集和购买各种关于量子物理的书刊,广泛阅读欧洲、美国的科学家们最新发表的论文,虚心拜一位有名的物理学教授为师。这样,汤川秀树在大学里打下了坚实的知识基础。

1932年因入汤川家改姓汤川,并来到大阪,担任帝国大学的讲师,同时,继续从事原子核结构的研究。他废寝忘食地思索,患了轻微的失眠症,白天头脑总是模模糊糊的,一到晚上又难以入眠,而且头脑越来越清醒。他躺在床上看着天花板,对原子核结构的五花八门的想法便都浮现在脑海里。可是第二天,脑子昏昏沉沉,又什么都忘得一干二净了。怎么办呢?汤川秀树索性在枕头旁边准备好笔和本子,待思想的火花一出现,马上抓住记下来。说也奇怪,他晚上以为想得很妙、很有价值,第二天一看笔记,却毫无价值。经过无数次的失败、艰辛的探求,他终于在1934年10月,发现了基本粒子的一个崭新的天地?介子家庭,为量子物理学的发展作出了卓越的贡献。

汤川秀树是一位没有到过欧美留学,而是在日本国土生土长起来的理论物理学家。汤川秀树自谦地说:“我不是非凡的人,而是在深山丛林中寻找道路的人。”但是,他的成功告诉人们:在落后的条件下,勤奋探求,勇往直前,同样可以到达光辉的顶点。他的成功,他的荣誉,成为激励日本人民在战后废墟上进行建设的精神力量。

1935年,汤川秀树提出“介子论”,对质子和中子的结合做了很圆满的解释。汤川秀树假设质子和质子间,质子和中子间,中子和中子间,都另有一种交互吸引的作用力,在近距离时,远比电荷间的库仑作用力为强,但在稍大距离时即减弱为零,这种新作用称为核子作用或强作用。它是由于交换一种粒子称为介子而生的交互作用。

他说,质子(为费米子)和中子会扭曲周围的空间(核力场),为了抵消此一扭曲,遂产生了虚介子(介子为玻色子),藉着介子的交换,质子和中子才能结合在一起.结合相对论和量子理论以质子和中子间新粒子的交换(介子叫“π介子”)描述原子核的交互作用,汤川秀树推测粒子的质量(介子)大约是电子质量的200倍,这是原子核力介子理论的开端。质量为电子200倍的粒子在宇宙射线中被发现,那时物理学家最先想到的是,它就是汤川秀树的π介子,后来才发现它是μ介子。

在大阪大学工作不久,在1935年汤川秀树提出介子学说,以“基本粒子的相互作用”为题,发表了介子场论文。当时,量子电动力学正处于草创阶段,人们已逐渐认识到,电磁相互作用可以看作是在荷电粒子之间交换光子,光子是电磁场的“量子”,它以光速运动因而静质量为零。参照这一理论,汤川把核力设想为带有势函数u(x,y,z,t)的特定场中的相互作用,这种场导致所谓u量子,u量子是核强相互作用时交换的粒子,其静质量约为电子的200倍(后来命名为“介子”),即质子和中子通过交换介子而相互转化(《论基本粒子的相互作用》)。

他预言,作为核力及β衰变的媒介存在有新粒子即介子,还提出了核力场的方程和核力的势,即汤川势的表达式。按照这一理论,质子和中子通过介子可以带正、负电荷或者是中性的,一个介子可以转化为一个电子和不带电的轻子(即中微子)。交换介子而互相转化,核力是一种交换介子的相互作用。1937年c.d.安德森等在宇宙线中发现新的带电粒子(后被认定为μ子)之后,经c.f.鲍威尔等人的研究,于1947年在宇宙射线中发现了另一种粒子,认定是汤川秀树所预言的介子,被命名为π介子。由于在核力理论的基础上预言介子的存在。

汤川秀树和坂田昌一等人在1937年展开了介子场理论的研究。1947年提出了非定域场理论,试图解决场的发散问题。在1953年9月在京都召开的国际理论物理学会上,汤川秀树发表了非定域场的统一理论。

汤川喜欢沉思,不好交际,但思想上勇于探索,敢于提出创见。他的预言,正如狄拉克正电子预言一样,显示了理论的巨大威力。汤川理论推动了介子物理学的发展。他的成就促成了日本物理学的发展。例如他1942年“论场论的基础”一文启发了朝永振一郎提出重正化理论。他领导的研究所成了生物物理学和宇宙学等新学科的中心。他还积极参加了反对核武器的世界和平运动。

1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树,以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。他是第一个获得诺贝尔奖的日本人。

汤川秀树还笃好中国古籍,研读过《庄子》,不仅在科普著作中常引用《庄子》的话,而且他的物理学理论研究,也有受《庄子》思想的启发之处。

汤川秀树说:“我之所以把庄子作为话题,是由于早在2300年前,庄子就已经洞察了现代人类状况的这种不可思议的感觉”,特别是由于中国古代哲学思想已经以种种方式渗透在他的心中,并为他“作为科学家树立个性起到了作用。”

自从我年近五十岁以来,我一直在考虑一个问题:不但是我自己,包括年轻的研究人员,怎样才能充分发挥创造力?而且我也一直试图从更加客观的观点来探讨这个创造力的问题。

在我自己的物理学领域中,当某人发现了某种新的自然现象或某种新的事实时,或是当某人发现了一条新的原理、一条新的自然定律时,创造力就是起了重要作用的;多亏这些发现,我们对于自然现象的理解或认识才能得到一个很大的发跃。被纳入自然定律中的那种我们对大自然的理解发展成一个包括了这些定律的理论体系,结果就可以把一个较大范围内的事实理解成一个整体。
潜在能力的挖掘

在很多情况下,创造力是按它的结果来判断的。

例如,爱因斯坦发现了相对原理。连那些根本不知道什么是相对原理的人们也相信爱因斯坦是一位了不起的天才,而且相信这儿发生的是一种创造轿车的了不起的表现。

当人们从爱因斯坦的传记中读到他年轻时并没有显示出特殊的才华时,或者当读到他某门功课考不及格时,人们对于他的惊叹更是有增无减。假如爱因斯坦当时在班上总是首屈一指的,人们的印象就不会那么深刻。想到后来做出伟大发现的人至少有过一次考试不及格。这常常会使人们对自己非常得意。但是,假如他没有做出伟大发现,假如他没有成为一个著名的科学家,那么最后的评语就会是,他从学生时代起就没什么出息。

以成败论英雄也许是非常自然的,但是这却无助于阐明创造力的本质。人们倒是应当考虑,为什么会有这样一种创造力的表现,创造力表现出来之前的事态如何,以及在此以前创造力一直隐藏在什么地方。

创造力不是一种天外飞来的东西。遗传、环境等等无疑都会起到它们的作用,但是,不管人们多么想显示创造力,最重要的问题却是这种显示创造力的可能性始终是存在的,某种隐藏着的东西,潜伏着的东西,将会显露出来,表现出来。

因此,我觉得,创造力的问题最终可以归结为创造力隐藏在什么地方以及通过何种手段才能使它发挥出来的问题。

17世纪时曾经涌现出许多天才。在一百年的时间内,出现了非常之多的天才--可以说是非凡的天才--从培根、伽利略、开普勒和笛卡尔,一直到牛顿和莱布尼兹。

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