战火中走出的日本诺奖得主

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  1935-1955年间,一批日本人的研究兴趣转向理论物理学悬而未决的难题。这些人自学量子力学,建构自己的电磁学量子理论,甚至猜测新微子的存在。这批矢志探索物理世界的日本人置身于一个动荡年代,他们的住所被夷平,食不果腹。可就是这样一个最恶劣的年代,却成为科学的黄金岁月。战后,当麻木的日本人站在满目疮痍的废墟上审视周遭的时候,他们的物理学家们几度将诺贝尔奖带回日本。
  仁科芳雄带回“哥本哈根精神”
  1854年美国海军准将佩里的战舰强行敲开了日本的大门,结束了后者长达两百年的锁国。日本人意识到,只要不掌握现代技术,强军便无从谈起。倒幕成功后,维新政权派遣年轻人留学德、法、英、美诸国,学习语言、科学、技术和医学,并在东京、京都和各地建立西洋式的高校。
  在中日甲午战争、日俄战争和第一次世界大战中接连攫取巨额利益的日本,在追寻科技的道路上也获得了成功。1917年,具有半官方色彩的理化研究所在东京成立。尽管设立的初衷是为工业提供技术支持,理化研究所也开展基础研究。
  理化研究所的年轻学者仁科芳雄于1919年被派往英、德,隨后在位于哥本哈根大学的波尔实验室呆了六年,他同克莱因合作测量出光子与电子相互碰撞的或然性。两种粒子的互动奠定了电磁学——也就是今日所称的量子动力学——的理论基础。
  仁科芳雄在1928年回到日本时,带回了“哥本哈根精神”,这是一股鼓励科研民主的风气,任何人都可以畅谈自己的想法并挑战权威。诸如海森堡和狄拉克等一流物理学家也受邀造访此地,拓展了日本学者们的视野。
  年轻学者崛起
  能真正听懂海森堡讲座的学生很少,比如喜欢坐在讲堂角落里的朝永振一郎。他还是一名大学生时,便花了一年半功夫靠着原版论文自学量子力学。日本物理学的老前辈长冈半太郎痛感海森堡、狄拉克这些人在二十多岁时就早早发现了新理论,而同龄的日本学者们还在孜孜矻矻地埋首抄录讲座笔记。然而长冈已赶不上时代潮流,朝永在多年后坦言:“我听长冈老先生的课,受益不多。”
  朝永振一郎和他的同学、同事汤川秀树生来就具备成功的一切要素。两人祖上都是武士,朝永父亲是西方哲学教授,汤川父亲则是地质学教授。汤川幼年从祖父学习儒家经典,在接触了道家思想后萌生了探索科学奥秘的志向。引领朝永走上科学道路的是1922年爱因斯坦在京都开设的一堂讲座,以及年少时饱读的那些科普书籍。
  1932年,朝永加入了理化研究所的仁科芳雄研究组,汤川则前往大阪大学,踌躇满志的他立志攻克当年最难的课题,一个困扰了量子电动力学二十多年的“顽疾”。汤川的一位老师在给他的评语中写道:“该生自尊心强,意志坚定。”多年后,汤川回忆这段艰苦的研究岁月时写道:“我每天都把当天萌发的新想法揉碎,每晚沿着鸭川(近畿地区一条大河)走回宿舍的路上,总是感到郁闷。”最终,汤川换了一个较容易的课题:质子和中子相互作用力的性质,他发现这取决于中间穿过的粒子的数量,这一研究成果用英文发表在1935年《物理数学公报》上。与此同时,朝永在仁科芳雄小组埋首探索量子电动力学,并于1937年远赴莱比锡大学,与海森堡一道致力于原子核力的理论研究。
  量子物理学的黄金岁月随着战争的爆发戛然而止。新物理学的创始人们,诸如德国哥廷根等欧洲一流学府的俊彦们各奔东西,大多数人去了美国。

  糟糕的经济使得实验捉襟见肘,朝永一家蜗居在实验室里,这栋楼的半壁已毁于轰炸。

  实验室成为庇护所
  1941年底太平洋战争爆发,这时的汤川秀树已是京都大学的教授。彼时马克思主义哲学在日本知识界很有影响力,汤川的学生中也有两位持激进政见者,武谷三男和坂田昌一,他们非常痛恨日本军国主义。一次武谷在左翼杂志《世界文化》上发表的一篇谈马克思主义的文章引起了当局的注意,他被关押了六个月,最后还是汤川拜托德高望重的仁科芳雄,在仁科的多方奔走下才得以释放。尽管汤川秉持不谈政治的立场,但在那个黑暗的年代,他的实验室仍然是进步人士们的庇护所。
  战时,汤川也被政府分派了军事科研任务,不过他每周只干一天,他对科研的内容只字不提,只是每次去军方实验室的路上都会默默地翻阅《源氏物语》。在东京文理大学(今筑波大学)任教的朝永振一郎参与的军事项目较多,他和东京大学的小谷正雄合作发展了磁电管理论,它可以被应用到海军的雷达装置上。一次,已为纳粹德国服务的海森堡托一名潜艇舰长寄给朝永一份材料,上面介绍了他最近给德国军方发明的量子互动测量装置,它的核心是关于波动的理论,于是朝永马上应用在雷达波导装置上。
  东京一带的年轻物理学家想方设法继续自己的理论研究,他们在每周六举办研讨班。1944年,一批曾被军方调用的年轻物理学家被允许回到大学校园,即便如此,留给科研的时间依旧不多。一名学者的房子被美军轰炸机炸毁了,另一名应征入伍,还有一人在收到入伍通知书后房子被炸了……研讨班的地点搬迁了好多次。身体虚弱的朝永有时只能躺在病床上指导学生。
  1943年,仁科芳雄在给军方论证原子弹的可行性时提出,只要资金和时间都充裕,日本是造得出原子弹的,为此他安排了一些学生参与这个项目。现在看来,当年仁科是想借助原子弹项目为物理学研究输血,从而使日本物理学的菁英能撑到战争结束。政府要求武谷三男也加入研究,耿直的武谷坚称日本绝对无法研制出核武器,于是再度被投入监狱。直到战争结束,该项目一共只造出一枚邮票大小的铀金属片。
  糟糕的经济使得实验捉襟见肘。朝永一家蜗居在实验室里,这栋楼的半壁已毁于轰炸。当时已任东京大学助教的南部阳一郎成天穿着一套军服(因为没有别的衣服),每晚只能在课桌上铺一些干稻草睡觉,与南部“卧室”一墙之隔的是另一名拖家带口的教授。
  吃饱是每个人的头等大事。南部有时能在东京的鱼市上买到一点沙丁鱼,每周末还会去乡下碰碰运气,看能从农民那里买到点什么。   天文物理学家早川幸男也曾写到过,“最近一次研究会议上,上峰决定调拨理化学研究所附近的一栋别墅作为电子理论研究之用,它幸运地躲过了轰炸……本来,研究班已到了难以为继的地步,毕竟皆川的房子在四月份被炸弹摧毁,翌月实验室又遭到重创。七月,实验室被搬迁到小诸城,包括我在内的四名物理学家也随行至此。宫岛龙兴也搬到了这座小镇,我们在那里继续研究,直到1945年底。”
  汤川秀树获日本第一座诺奖
  日本投降后,日本的物理学家与美国同行们重新建立了联系,他们对美国人的感情很复杂。一方面,美国在广岛和长崎两次投下原子弹,纵然日本的反战人士们也难以接受,另一方面,盟军对日本的占领带来了自由,美国人也释放了相对的善意,令日本民众从战争造成的怆痛和物资匮乏中慢慢解脱出来。
  当时年轻人常造访麦克阿瑟建立的一座图书馆,里边藏有从美国运来的大批西方期刊,它是盟军占领初期物理学家了解战争期间西方学界动态的宝库。
  出生于英国的物理学家弗里曼·戴森回忆道,1948年他的导师汉斯·贝特曾在1948年收到第一、二期《理论物理学进展》,这是汤川秀树在战后办的一份物理学期刊,印在粗糙、泛黄的纸张上。朝永发表在第二期上的一篇论文,与美国物理学家朱利安·施温格的核心理论基本暗合。“在混乱和破坏的环境下,朝永在日本矢志不渝地坚持物理学研究,他的研究方向某种程度走在世界同行们的最前列。他苦心孤诣地推动量子力学的进步,根本没有哥伦比亚大学实验设备,却先于施温格五年奠定了新量子电动力学的基础。”
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