丁肇中自傳：《在探索中——一個(gè)物理學(xué)家的體驗(yàn)》

1、丁肇中自傳：在探索中一個(gè)物理學(xué)家的體驗(yàn)丁肇中攻城不怕堅(jiān)，攻書(shū)莫畏難?？茖W(xué)有險(xiǎn)阻，苦戰(zhàn)能過(guò)關(guān)。 讓我這樣年紀(jì)的人現(xiàn)在來(lái)寫(xiě)一份傳記是件很困難的事。由于對(duì)科學(xué)研究事業(yè)的興趣，我還準(zhǔn)備把我的工作長(zhǎng)期繼續(xù)下去。在這里，我所能做的僅僅是以我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)為中國(guó)的青年學(xué)生提供一些借鑒和參考。 在進(jìn)一步敘述之前，我想簡(jiǎn)要地介紹一下我的家庭環(huán)境。1936年，我出生在美國(guó)。在我出生3個(gè)月的時(shí)候，回到了中國(guó)。由于當(dāng)時(shí)中國(guó)的境況，我一直是一個(gè)難民，不斷地從一個(gè)地方逃到另一個(gè)地方。當(dāng)然，那時(shí)候我沒(méi)有可能得到任何的正規(guī)教育。僅僅由于我的父母都是大學(xué)教授，我們才得以有足夠的飯吃并且總是可以找到適當(dāng)?shù)淖∷?，但沒(méi)有正規(guī)的教育、體育

2、運(yùn)動(dòng)和任何娛樂(lè)。然而，幸運(yùn)的是我可以見(jiàn)到許多來(lái)我們家拜訪我父母的有才華的學(xué)者。從物質(zhì)條件來(lái)說(shuō)，我的童年也許不像今天北京的兒童們那么幸運(yùn)。 我12歲的時(shí)候，在臺(tái)灣開(kāi)始接受正規(guī)教育。那正是在臺(tái)灣剛剛從50年的日本統(tǒng)治后歸還中國(guó)的時(shí)候。日本人留下了非常嚴(yán)格和有規(guī)律的教育制度。學(xué)生在學(xué)校里最重要的就是成為一名出類拔革的學(xué)生。我在臺(tái)中生活了1年，然后隨家搬到臺(tái)北。在那里，我通過(guò)考試進(jìn)入了臺(tái)北最好的高中。這個(gè)學(xué)校是按照學(xué)生的能力和程度編班的。我被編到了最好的班級(jí)。尤其是，這個(gè)學(xué)校在幾何、中國(guó)歷史、英文和化學(xué)學(xué)科方面有很出色的教師。在我念高中的時(shí)候，我最感興趣的是中國(guó)歷史，其次是化學(xué)和物理。但我很快就意識(shí)到

3、，在歷史學(xué)中去尋求真理比在自然科學(xué)中尋求真理要困難得多。也許是由于我12歲以前沒(méi)有機(jī)會(huì)受到教育的緣故，我對(duì)中國(guó)文學(xué)、英文和其他諸如此類的課程感到極大的困難。自然我不是這些學(xué)科上最優(yōu)秀的學(xué)生，然而我記得在物理和化學(xué)的學(xué)習(xí)中，我花費(fèi)了大量的時(shí)間，對(duì)這些課程有了比較深入的理解（也許比其他的學(xué)生更深入一些）。 1956年，我高中畢業(yè)后回到了美國(guó)。那時(shí)候，我?guī)缀鯖](méi)有多少英文知識(shí)。在密西根大學(xué)里，第一年我作為工學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)一年級(jí)學(xué)生的通常課程。對(duì)我來(lái)說(shuō)，那是非常艱難的一年，我不僅不懂當(dāng)?shù)卣Z(yǔ)言，而且?guī)缀鯖](méi)有錢(qián)養(yǎng)活自己。我只有刻苦學(xué)習(xí)始終保持優(yōu)等生的地位，用獲得的獎(jiǎng)學(xué)金來(lái)繼續(xù)我的學(xué)習(xí)。在我上二年級(jí)的時(shí)候，我

4、請(qǐng)求學(xué)校允許我多學(xué)一些研究院的數(shù)學(xué)、物理和物理化學(xué)課程。學(xué)校通知我說(shuō)，如要這樣，我必須離開(kāi)工學(xué)院轉(zhuǎn)到物理系去。于是，我離開(kāi)了工學(xué)院。在6年之內(nèi)我取得了物理和數(shù)學(xué)的學(xué)位并且獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。一直到現(xiàn)在，這個(gè)學(xué)校還僅有極個(gè)別的學(xué)生在這么短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)這些學(xué)位。在學(xué)校里我的考試成績(jī)是相當(dāng)好的。更重要的是，在大學(xué)期間我有機(jī)會(huì)縝密地研討了整個(gè)物理學(xué)，并且突破書(shū)本描述的局限去理解物理現(xiàn)象。對(duì)于確實(shí)不理解的事物，提出問(wèn)題而不含糊回避。盡管有英文表達(dá)上的很大障礙，但我仍然比其他同學(xué)問(wèn)的問(wèn)題多。我認(rèn)為，作為一個(gè)科學(xué)家，最重要的是不斷探尋在教科書(shū)之外的事，對(duì)該學(xué)科有更深入一層的理解，有能力去獨(dú)立地思考各種物理

5、現(xiàn)象的本質(zhì)，面對(duì)占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)的反對(duì)意見(jiàn)，毫不膽怯地迎接挑戰(zhàn)。 在獲得了物理學(xué)博士學(xué)位以后，許多學(xué)校和科學(xué)研究部門(mén)向我提供了各種職位，一些職位附有優(yōu)厚的薪金，另一些職位具有比較重要的地位。而我選擇了一個(gè)可以使我進(jìn)一步從事研究的工作，那是在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心，同其他職位相比，它只有13的薪金并且任職期只有一年。但我還是選擇了這個(gè)職位，因?yàn)槲铱释軌蚝蜌W洲核子研究中心的可可尼教授一起工作。他是一個(gè)有非凡能力的物理學(xué)家，在選擇物理學(xué)研究課題方面具有特別敏銳的洞察力。他能夠以一種清晰和簡(jiǎn)明的方式闡述復(fù)雜的問(wèn)題。一年以后，我到哥倫比亞大學(xué)物理系擔(dān)任講師。當(dāng)時(shí)，哥倫比亞大學(xué)是從事物理學(xué)研究的最好的學(xué)

6、校。這所大學(xué)有相當(dāng)多的知名的和有才華的物理學(xué)家以及榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金的學(xué)者，他們都對(duì)物理有極大的興趣和獨(dú)特的見(jiàn)解。在歐洲核子研究中心的一年和哥倫比亞大學(xué)的兩年，對(duì)我后來(lái)的工作有極大的影響。 在哥倫比亞大學(xué)的第二年，哈佛大學(xué)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，宣稱首次觀察到了與量子電動(dòng)力學(xué)預(yù)言相違背的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)隨后又被康奈爾大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)組再次驗(yàn)證了。但是我曾經(jīng)對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)理論的完美性及其有關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的復(fù)雜性有深刻的印象。在開(kāi)始研究這個(gè)課題幾個(gè)月以后，我決定做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。哥倫比亞大學(xué)里老資格的同事們、特別是萊德曼教授（他現(xiàn)在是美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人），都對(duì)我完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)的能力表示懷疑。因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域里我沒(méi)有

7、經(jīng)驗(yàn)并且缺乏物質(zhì)支持。萊德曼教授指出在這個(gè)領(lǐng)域工作過(guò)的人都擁有龐大的實(shí)驗(yàn)組和雄厚的物質(zhì)來(lái)源，這種實(shí)驗(yàn)他們已做了很多年，因此，他們已是專家了，而我從沒(méi)有在這個(gè)課題上工作過(guò)。不過(guò)，他還是友好地允許我能有兩年的時(shí)間去實(shí)現(xiàn)我的想法。當(dāng)然，當(dāng)我在8個(gè)月內(nèi)完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)并且揭示出量子電動(dòng)力學(xué)的正確性的時(shí)候，他和其他的人們是非常高興和驚訝的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也成為我的同事們（貝克教授、陳敏教授、布格博士等）和我自己所從事一系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，這些實(shí)驗(yàn)用以系統(tǒng)地研究光子的特性和尋找重光子類粒子。這些研究導(dǎo)致了對(duì)核子內(nèi)部的光的特性和原子內(nèi)部的電磁特性的更深刻的理解。 1972年，我感到很可能存在許多有光的特性而又有比較重的

8、質(zhì)量的粒子，然而，理論上并沒(méi)有預(yù)言這些粒子的存在。我直觀上感到?jīng)]有任何理由認(rèn)為重光子一定要比質(zhì)子的質(zhì)量輕。為了研究更重的光子，我們?cè)诓剪敽Ｎ膰?guó)家實(shí)驗(yàn)室的高能加速器上設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)候，我遇到了更多的困難。困難的主要原因是因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)探測(cè)器，它具有極精細(xì)的質(zhì)量分辨能力，回此可以用來(lái)尋找長(zhǎng)壽命的粒子。這個(gè)探測(cè)器技術(shù)復(fù)雜而且造價(jià)昂貴。而人們的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時(shí)的理論的預(yù)言都認(rèn)為如果有質(zhì)量大于質(zhì)子的重光子的存在的話，它們的壽命應(yīng)該是很短的，并且只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的探測(cè)器。此外，這類實(shí)驗(yàn)我以前的老同事萊德曼教授也做過(guò)，而他沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何新奇的東西。在極大多數(shù)情況下，我做實(shí)驗(yàn)是基

9、于我對(duì)事物的理解而不是基于理論上的爭(zhēng)論。所以，我決定不顧多數(shù)的反對(duì)而去實(shí)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。 在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始以后，我們很快發(fā)現(xiàn)一個(gè)幾乎同樣的計(jì)劃已經(jīng)交給在歐洲核子研究中心的一個(gè)不同的探測(cè)器。由于我們極其認(rèn)真地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并以更充沛的精力去進(jìn)行我們的研究，同時(shí)得到了布魯海文實(shí)驗(yàn)室的全力支持，所以我們能比歐洲核子研究中心的那個(gè)實(shí)驗(yàn)組早好幾年宣布了J粒子的發(fā)現(xiàn)。J粒子和許多共同具有不同尋常的長(zhǎng)壽命和重質(zhì)量的類似的粒子的相繼發(fā)現(xiàn)，表明人們對(duì)基本粒子的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)還不清楚，改變了人們對(duì)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)在，物理學(xué)家們意識(shí)到一定還有更多的新粒子存在，并且開(kāi)始了一個(gè)世界范圍內(nèi)的對(duì)新粒子的尋找。 近些年來(lái)，我與優(yōu)

10、秀的年青的中國(guó)物理學(xué)家們?cè)谝黄鸸ぷ?。我們共同從事著兩?xiàng)研究：1，除了膠子的工作以外，繼續(xù)尋找新的粒子；2，也許更重要的是用實(shí)驗(yàn)的方法去尋找自然界中四種力的統(tǒng)一（萬(wàn)有引力、電磁力、核力和弱力）。尋求對(duì)自然界的各種力的統(tǒng)一理論是科學(xué)家們多年來(lái)夢(mèng)寐以求的愿望。這可以追溯到幾千年前希臘和中國(guó)的哲學(xué)家們，直到更現(xiàn)代的科學(xué)家們，如愛(ài)因斯坦和麥克斯韋。我們?cè)噲D做的實(shí)驗(yàn)是去爭(zhēng)取發(fā)現(xiàn)弱力和電磁力之間的耦合作用。依照我們現(xiàn)在的理解，這一目標(biāo)很可能在近幾年內(nèi)達(dá)到。 總結(jié)我作為一個(gè)物理學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為以下四點(diǎn)是相當(dāng)重要的： 第一，我總是選擇我對(duì)之感興趣的課題，并且力圖去徹底地理解它。 第二，不論反對(duì)意見(jiàn)是多么不可一世，我始終堅(jiān)持對(duì)我的科學(xué)觀點(diǎn)的探求。 第三，我不斷地對(duì)我自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和能力表示疑問(wèn)，為此，我總是反復(fù)檢查自己的工作，這