本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
今天標誌著第五屆阿達·洛夫萊斯日，這是一個年度慶祝活動，旨在表彰為科學、技術、工程和數學（STEM）領域做出重要貢獻的女性。該活動以奧古斯塔·阿達·金，洛夫萊斯伯爵夫人的名字命名，她通常被認為是第一位計算機程式設計師。自2009年創立以來，阿達·洛夫萊斯日已經從一個純粹基於部落格的活動發展成為一個以全球性活動為標誌的活動，包括公開講座和維基百科編輯馬拉松。今年，阿達·洛夫萊斯日組織者還出版了一本慶祝 STEM 領域女性的論文集，題為《對科學的熱情：發現與發明的故事》。這篇博文介紹了我書中的一章。它描述了吳健雄的生活和工作，她是20世紀最重要的物理學家之一。物理學界以外的人很少聽說過吳健雄，他們也說不出她對科學的任何重大貢獻。我希望這篇文章能在某種程度上改變這種狀況。——MW
現在是2012年5月31日下午，中國江蘇省瀏河上空陰雲密佈，但銀灰色調卻顯得格外輝煌。晚春的寒意瀰漫在空中，一群充滿期待的當地居民和尊貴的客人，包括多位來自人民政府的代表，聚集在一個圓形石牆環繞的庭院中，以紀念一位家鄉的傳奇人物。成群結隊的婦女、男人和兒童遠道而來，他們裹緊磨損的外套和上衣，等待紀念儀式的開始。
在接下來的兩個小時裡，參加這場充滿活力的聚會的人們將輪流獻花、發表演講和唱歌，向這位20世紀最受讚譽和尊敬的科學家之一致敬。她因在核科學領域的開創性工作而被譽為“物理學第一夫人”和“中國瑪麗·居里”，但具有爭議的是，她的一些工作幫助她的男性同事獲得了諾貝爾獎，而她自己卻沒有。但在瀏河，這個她100年前出生的地方（也是她在1997年去世後被安葬的地方），她被簡單地稱為健雄：“勇敢的英雄”。
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對於一位在通往全球認可和讚譽的道路上經歷瞭如此多艱苦鬥爭的人來說，物理學家吳健雄完全不辜負她的父母在她出生於上海西北約30英里的港口城市瀏河的那天賦予她的綽號。首先，吳健雄出生在一個她的祖國禁止女孩上學的時代。那時，中國女孩仍然被期望裹腳，長大後為她們的男性同胞服務。
然而，就在吳健雄出生前一年，辛亥革命推翻了中國最後一個王朝，建立了新的中華民國。隨著這場大規模的起義，人們的態度發生了翻天覆地的變化，新一代領導人渴望推翻現狀。其中一位領導人就是吳健雄的父親吳仲懿。吳仲懿是一位受過工程學訓練的工程師，他堅信男女平等，他認為他能為女兒和她的同齡人做的最好的事情就是創辦一所女子學校——該地區的第一所。在妻子範復珃的幫助下，範復珃說服其他家庭讓她們的女兒入學，吳仲懿創辦了明德女子學校並擔任校長。就這樣，從小就好奇心旺盛的吳健雄成為了中國最早接受正規教育的女孩之一。
但她父親的學校只能帶吳健雄走到這裡。為了繼續學習，她唯一的選擇是加入離家50英里的女子寄宿學校。當她開始在蘇州女子師範學校上課時，她才10歲，在那裡她很快發現了物理科學的美麗和魅力。當然，對於一個如此年幼的孩子來說，遠離家人並不容易，但她的父母給了她力量。“忽略障礙，”她的父親告訴她。“低下頭，繼續前進。”
在這樣的鼓勵下，吳健雄全身心投入到在大學階段學習數學和科學的目標中。她幾乎在學校住了整整七年，在此期間，她比許多同學付出了雙倍的努力，這樣她才能擁有獲得南京國立中央大學物理系名額所需的技能。她的付出得到了回報：1930年，她高中畢業，並以數學專業進入中央大學，後來轉入物理學。
1934年，吳健雄以全校無可爭議的第一名的成績從中央大學畢業。但她再次發現自己碰壁了：當世界開始解開原子之謎時，這個話題深深地吸引了她，但中國沒有物理學研究生課程。因此，在一位導師的建議和一位叔叔的資助下，吳健雄前往美國，她認為這只是她在中國科學事業道路上的短暫繞道。她萬萬沒有想到，當她踏上加利福尼亞海岸的那一刻，她的人生軌跡幾乎會發生戲劇性的轉變——她也再也沒有見到她留在家鄉的家人。
原子人生
20世紀30年代的美國迎來了科學探索的新時代。特別是原子物理學在1931年向前邁進了一大步，當時未來的諾貝爾獎獲得者歐內斯特·勞倫斯在研究生M·斯坦利·利文斯頓的幫助下，建造了第一臺迴旋加速器，這是一種粒子加速器，它利用磁場加速和碰撞原子碎片，以便可以精確地研究它們的相互作用。
勞倫斯和他的迴旋加速器位於加州大學伯克利分校，那裡正迅速成為世界領先的原子研究中心。它也離舊金山只有一箭之遙，1936年夏末，吳健雄的輪船跨越浩瀚而動盪的太平洋，前往研究生院，並在舊金山登陸。吳健雄的最終目的地是密歇根大學，她計劃在那裡攻讀博士學位，但在課程開始前的空閒時間裡，她決定參觀伯克利校園及其世界一流的物理系。
在加利福尼亞逗留的短短幾天裡，吳健雄的計劃完全改變了。首先，她結識了一位名叫袁家騮的中國物理系學生，他後來成為了她生活中不可或缺的一部分。此外，在會見了顯然印象深刻的勞倫斯教授後，她被邀請在伯克利攻讀研究生。對於吳健雄來說，有機會在一些核物理學傳奇人物的指導下學習——其中包括勞倫斯以及未來的曼哈頓計劃主任羅伯特·奧本海默——簡直是夢想成真，她迫切希望儘可能多地瞭解物質的本質。在一個突然而大膽的舉動中，她放棄了在密歇根大學入學的計劃。
作為一名研究生，“吳小姐”在同學中非常受歡迎。她也因其堅定不移的職業道德而聞名，她經常在實驗室裡工作到凌晨。這種聲譽將伴隨她整個職業生涯。“我一直覺得，”她後來解釋說，“在物理學中，可能在其他努力中也是如此，你必須全身心投入。這不僅僅是一份工作，而是一種生活方式。”
然而，事實是，吳健雄在適應美國文化方面遇到了一些困難。英語是一門很難掌握的語言，她一生都在努力掌握某些發音和語法規則。更重要的是，她想念中國菜，更喜歡中國式的服裝——以至於她一直穿著傳統的高領旗袍，直到晚年，而且經常在白大褂裡面穿。
在吳健雄抵達加利福尼亞州後不到一年，國際頭條新聞報道了令人震驚的訊息：日本入侵中國。自從抵達美國後，吳健雄一直與她的父母、兄弟姐妹保持密切聯絡，但在入侵後，她有八年之久沒有收到家人的任何訊息。那是一段艱難的時期，來自前線的可怕訊息陸續傳到海外：到1937年底，僅在她家鄉南京就有約42,000名平民遭到日軍的強姦或殺害。四年後，在珍珠港事件中日本襲擊美國後，這場衝突正式與第二次世界大戰合併。
由於她無能為力幫助她的親人，吳健雄試圖不去理會戰爭，而是專注於她的工作。她在勞倫斯和他的助手，另一位未來的諾貝爾獎獲得者埃米利奧·塞格雷的指導下攻讀論文。到1940年，吳健雄完成了她的博士學位，並被認為是核裂變新科學的專家——“權威”，羅伯特·奧本海默如是說。核裂變是指透過誘導核反應或天然放射性衰變分裂大型原子核。
問問吳小姐
吳健雄在伯克利擔任了兩年研究助理，鞏固了她作為美國最有能力的實驗物理學家之一的聲譽。正是在這段時間裡，由物理學偶像恩里科·費米領導的科學家們正在華盛頓州漢福德的一個研究機構試圖（但沒有成功）產生第一次大規模、自持的鈽鏈式反應。到那時為止，費米的反應會持續幾個小時，然後不明原因地停止。
傳說有人向費米建議他“問問吳小姐”的建議。他這樣做了，吳健雄迅速推斷出問題是氙的積累，氙是鈽裂變的副產品。氙是一種惰性稀有氣體，但事實證明，費米鏈式反應中產生的特定同位素傾向於捕獲遊離中子。
吳健雄知道，反應室中積累的氙越多，被捕獲的中子就越多，可用於誘導未來反應的中子就越少。她是正確的，費米的團隊很快糾正了這個小故障。就這樣，吳健雄解決了整個實驗物理學中最棘手的問題之一。
1942年，吳健雄和她的新婚丈夫袁家騮搬到了東海岸。雖然她在伯克利的許多同事都被招募參加了戰爭，但吳健雄卻沒有被邀請參加，儘管她對原子物理學有著相當的瞭解。她也沒有被邀請留在伯克利擔任更永久的職位。在那個時候，大多數美國頂尖大學仍然拒絕接受女性，無論是作為學生還是教授，吳健雄遭遇性別歧視是一個不幸的現實。在戰爭時期，她也面臨著嚴重的種族歧視。
當袁家騮在新澤西州普林斯頓的美國無線電公司實驗室獲得職位，從事雷達開發工作時，吳健雄接受了史密斯學院的助理教授職位，這是一所位於馬薩諸塞州北安普頓的女子學校。這種情況遠非理想。這對新婚夫婦相隔200英里，只能在紐約市的週末見面。雖然吳健雄喜歡教導像她曾經那樣有上進心的女科學家，但她很少有機會做她最喜歡的事情：在實驗室裡解決問題。
不久之後，吳健雄開始在史密斯學院感到不快樂。當她向前導師歐內斯特·勞倫斯傾訴她的挫敗感時，他向許多需要教授來彌補許多教職員工休假以幫助戰爭的機構推薦了她。很快，吳健雄就收到了八所著名大學的職位邀請，其中三所仍然禁止女性入學。她選擇了普林斯頓，以便離袁家騮更近，並因此成為該機構的第一位女教授。
曼哈頓計劃
幾個月後，吳健雄被招募加入曼哈頓計劃，這是美國秘密的戰爭研究和開發計劃。她的許多前教授和同事已經花費數年時間秘密開發原子彈。現在，吳健雄將在哥倫比亞大學擁有的一家紐約市倉庫中應用她的專業知識來支援這一目標。
與公眾認知相反，相當多的女性——肯定有數百人，甚至可能數千人——參與了曼哈頓計劃的技術領域。她們是化學家、技術人員、醫生、數學家等等。但吳健雄是極少數為這項關鍵戰爭努力做出最高水平物理學研究的女性之一。
除了她早期在費米的鈽問題上提供的幫助外，吳健雄的工作主要涉及鈾的濃縮，即將該元素最豐富的同位素238U（不可裂變）轉化為稀有得多的235U（可裂變）。此外，她還對蓋革計數器進行了重大改進，今天的任何高中物理學生都會認識到這是一種常見的輻射探測器。
1945年8月6日，當一顆鈾彈在日本廣島爆炸，造成毀滅性後果時，吳健雄和其他數千人的工作為世人所知。核能的利用，無論是用於國際武庫還是用於和平發電，才剛剛開始。但第二次世界大戰即將成為歷史。
戰爭的結束為吳健雄帶來了好訊息，也帶來了職業和個人生活上的幾個新篇章。首先，在與家人失去聯絡八年之久後，她終於收到了訊息，得知中國家鄉的每個人都安好。她的父親甚至被視為戰爭英雄：他設計了滇緬公路，這是盟軍用來向中國軍隊運送物資的關鍵運輸路線。
吳健雄也很高興得知哥倫比亞大學希望她留下來擔任高階研究員。事實上，曼哈頓晨邊高地街區將在接下來的四分之一世紀成為她的職業之家。它很快也將成為她的個人之家。1947年，他們的兒子文森特出生後，吳健雄和袁家騮搬到了離哥倫比亞大學物理大樓普平樓只有幾個街區的公寓。
β衰變
在她的職業生涯的這個階段，吳健雄已經贏得了作為一名高技能實驗物理學家的紮實聲譽。隨著戰爭的結束，她需要一個新的問題來關注。吳健雄做出了明智的選擇：她對β衰變的研究——一種神秘的放射性型別，其中一個大型原子核釋放能量並轉變成一種新的元素——將幫助她重塑世界對幾種基本原子過程的理解。
當時，沒有人真正理解β衰變是如何工作的。早在1933年，恩里科·費米就設計了一個看似可行的理論，解釋了由質子和中子組成的原子核如何發射出一個電子以及一箇中微子，並在過程中變成一種完全不同的元素。但許多物理學家試圖用實驗資料來支援費米的理論，但他們的結果充其量是混亂的。
如果說吳健雄有什麼為人所知的話，那就是她會不遺餘力地設計實驗，以明確闡明系統的機制。“她有一種非常非常強烈的意識，認為事情必須做得正確，”吳健雄的前研究生里昂·利多夫斯基告訴作家莎倫·麥格雷恩。“如果做得馬馬虎虎，那就不值得做，因為結果不可靠。”
吳健雄實際上是一位偉大的工程師，就像她是一位物理學家一樣。而且，很像《星際迷航》中的蒙哥馬利·“斯科蒂”·斯科特中尉指揮官，她被認為是“奇蹟創造者”。就β衰變而言，透過仔細解構其他物理學家在他們的實驗中所做的事情，她注意到一個關鍵事實：他們使用的放射源厚度不同。事實證明，這是先前對費米十年前提出的理論進行測試的關鍵問題。一旦吳健雄控制了源厚度，她和其他人的結果就完美地符合了費米的預測，從而一勞永逸地證明了他是正確的。
在接下來的十年裡，吳健雄繼續研究β衰變和相關問題。令人難以置信的是，她年復一年地被哥倫比亞大學教職員工拒之門外，因為她沒有被分配教課。直到1952年，也就是她在曼哈頓計劃開始研究八年後，她才被正式邀請加入。
兩年後，經過漫長的歸化程式，吳健雄和袁家騮成為了美國公民。這是他們在1949年中國成為共產主義國家後做出的決定。不幸的是，由於冷戰期間美中兩國政府之間持續的緊張關係，吳健雄直到20世紀70年代才能再次訪問她的祖國，那時她的大部分直系親屬都已去世。
與此同時，她的兒子文森特正在快速成長。像她在伯克利的日子一樣，吳健雄仍然是一個工作狂，所以她非常依賴保姆來照顧孩子。“如果我母親在實驗室裡過於忙碌，我並沒有感到被剝奪了什麼，”文森特說，他後來自己也成為了一位成功的原子物理學家。“我大部分時間都和朋友們在一起，做功課，或者做許多學齡兒童感興趣的事情。我總是喜歡自己弄清楚事情，所以我不像需要我的父母為我做作業那樣。”
宇稱守恆
1956年，吳健雄再次展示了她的實驗能力，她取得了一項極少數人能取得的成就：她推翻了自然界的一項基本“定律”。物理學界許多人認為她應該分享後來因其職業生涯中最重大的成果而獲得的諾貝爾獎，但事實並非如此。
有問題的定律被稱為宇稱守恆，它在物理學界盛行了近40年。簡單來說，宇稱表明自然界不偏袒左右。如果你看一個女孩對著鏡子扔棒球，那麼對於女孩和她的映象來說，物理定律是相同的。
當20世紀中葉的物理學家開始發現一系列新的亞原子粒子時，其中兩種粒子，θ介子和τ介子，讓他們感到困惑。θ介子和τ介子有許多相同的性質，包括質量——這個結果表明它們實際上可能是同一種粒子的兩種形式。但測量結果也表明它們衰變成兩種不同的宇稱態，一種為正，一種為負。如果它們實際上是同一種粒子，那麼這意味著宇稱守恆在所有情況下都不成立。這是一個令人不安的概念。當時，宇稱是物理學的一項基石定律；基於數學證明，它與萬有引力定律一樣被廣泛接受。但它真的被證明了嗎？
在1956年4月的一次科學會議上，著名的理論物理學家理查德·費曼向他的同事們提出了一個想法：如果宇稱規則是錯誤的怎麼辦？哥倫比亞大學的理論物理學家李政道和普林斯頓高階研究所的楊振寧開始研究這個問題。他們很快開始相信，宇稱可能在某些核反應中不守恆——特別是那些涉及β衰變的核反應。但如何檢驗它呢？
李政道向β衰變專家吳健雄尋求建議。她提出了一個具體的方法，使用鈷元素的一種同位素作為檢驗該假設的最佳選擇。在進一步查閱文獻後，李政道和楊振寧發表了一篇論文，指出宇稱守恆實際上沒有在所有情況下都得到證明，並提出了一些實驗來觀察實際情況。
吳健雄立即開始工作。她完全有資格設計和進行這項測試，她想成為第一個做到這一點的人。“沒有人相信這會發生，而且由於它太難了，他們不會去解決它，”楊振寧後來告訴麥格雷恩。“吳健雄認為左右對稱性是如此基本和根本，因此應該對其進行測試。”
吳健雄放下了手頭的一切，包括睡眠、吃飯以及與丈夫計劃已久的中國之行，花了六個月的時間來研究宇稱實驗。甚至在李政道和楊振寧的文章發表之前，她就組織了一支物理學家團隊，在華盛頓特區國家標準局（NBS）使用特殊的超冷卻裝置來協助進行這項實驗。吳健雄開始在紐約和華盛頓之間往返，以檢查實驗進展，而國家標準局團隊則夜以繼日地工作，為首次試驗做準備。
最後，在聖誕節後的兩天，團隊準備就緒。無論結果如何，吳健雄和她的同事都知道他們的結果將標誌著核物理學史上的一個重要時刻。他們撥動了一些開關，實驗正式開始。
團隊正在尋找的關鍵因素是電子從鈷核中射出的方向，因為原子核經歷了β衰變。如果宇稱守恆成立，他們會看到電子對稱地向多個方向射出。但如果宇稱不守恆，電子將主要朝一個方向飛出。團隊的第一個結果很明確：電子不是對稱射出的。在他們潦草記錄資料的筆記本的左上角，團隊成員拉爾夫·哈德遜滿懷勝利地強調寫道：“宇稱不守恆！”
在接下來的兩週裡，吳健雄和她的同事多次檢查和重新檢查了他們的結果。最後，在1957年1月9日凌晨2點左右，團隊打開了一瓶香檳。τ介子和θ介子畢竟是同一種粒子——現在稱為K介子。正如吳健雄後來告訴麥格雷恩的那樣，“這些是欣喜若狂和狂喜的時刻。瞥見這種奇蹟可以是一生的回報。”
第二天，《紐約時報》在頭版宣佈“核物理學基本概念的粉碎”。對於吳健雄來說，這是一個難忘的時刻，但也深刻地提醒我們，我們認為的自然“定律”在科學眼中不一定是無可辯駁的。正如物理學家理查德·費曼曾經說過的一句名言：“如果它與實驗不符，那就是錯誤的。在這個簡單的陳述中，蘊藏著科學的關鍵。”
榮譽無數，但沒有諾貝爾獎
宇稱結果如此引人注目，以至於同年就獲得了諾貝爾獎，但獲獎者不是吳健雄。1957年10月，諾貝爾委員會宣佈李政道和楊振寧因“他們對所謂的宇稱定律的深刻研究，導致了關於基本粒子的重要發現”而獲得物理學獎。
吳健雄感到非常失望。這已經不是理論家贏得諾貝爾獎，而關鍵的實驗學家為了支援他們而做了關鍵工作卻一無所獲的第一次了。當吳健雄自己的論文導師歐內斯特·勞倫斯在1939年因發明迴旋加速器而獲獎時，他的研究生M·斯坦利·利文斯頓將勞倫斯的願景轉化為物理工作機器做了很多工作，但卻一無所獲。
“作為一名實驗學家，我的自然傾向是認為實驗團隊沒有被包括在獎項中是一種遺憾，”吳健雄的兒子最近承認，他在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的工作重點是中子物理學。“除此之外，如果不瞭解評獎委員會的內部推理，就妄下定論是不合適的。我個人認為，如果她被包括在內，那將是當之無愧的。但我沒有懷恨在心，因為她因其工作獲得了許多其他獎項。”
即使在1981年從哥倫比亞大學正式退休之前，吳健雄確實積累了一份令人羨慕的榮譽、獎項和第一人名單。也許這是因為她在宇稱守恆方面的重大成就之後並沒有放慢腳步。恰恰相反，在接下來的二十年裡，她將進行許多額外的開創性研究，不僅在β衰變領域，而且在短壽命“奇異”原子，甚至鐮狀細胞貧血症的生物物理學領域。
吳健雄最傑出的榮譽包括：1964年美國國家科學院的康斯托克獎；1974年美國物理學會的湯姆·邦納獎（同年她被任命為該學會的第一任女主席）；1975年美國國家科學獎章；1978年沃爾夫物理學獎；1981年當選為義大利年度女性；以及1998年入選美國國家女性名人堂。1990年，她甚至成為第一位以她的名字命名小行星的在世科學家：小行星 2752 吳健雄星。
吳健雄的最終持久貢獻是在她退休後出現的，當時她抽出時間環遊世界，向聽眾講述她在實驗室取得的成功，以及作為一個在男性主導領域工作的女性的經歷。就像她父親多年前一樣，吳健雄是一位徹頭徹尾的女性擁護者。她毫不畏懼地表達自己對女性在數學和物理科學領域實現任何程度的平等代表性還有很長的路要走的看法。她熱切希望，她在旅行中接觸到的易受影響的女孩和年輕女效能夠從她的人生故事中汲取靈感，並繼續追求 STEM 領域的職業生涯。
這個非凡的故事於1997年2月16日結束，當時吳健雄因中風去世，享年84歲。除了她的丈夫、兒子和一個孫女外，她還留下了巨大的遺產。哥倫比亞大學的長期同事威廉·哈文斯評論說：“她是她那個時代世界上傑出的女物理學家。” 與她保持友好關係直到最後的李政道直言不諱地說：“吳健雄是物理學界的巨人之一。”
勇敢英雄的遺產
吳健雄在美國功成名就，但她選擇將自己安葬在她的家鄉瀏河，與2003年去世的丈夫袁家騮合葬。現在安放他們遺骸的圓形庭院是吳健雄的父親近一個世紀前創辦的明德學校的一部分，以便他的女兒能夠開始接受適當的教育。可以想象，當他看到一排又一排的孩子們手持一朵黃色的小花，肅立無聲地紀念吳夫人，這位20世紀最有影響力的核物理學家之一，在她本應迎來100歲生日的日子裡，他會多麼自豪。
在距此地約160英里的西部，在南京大學（原國立中央大學）的校園裡，一座精美的博物館邀請參觀者瞭解無與倫比的吳健雄。牆上掛滿了吳健雄與政要、實驗室同事以及與朋友開玩笑的帶註釋的鑲框照片。由於袁家騮的精心策劃，他在妻子去世後捐贈了妻子的許多遺物，這個畫廊感覺就像一座總統圖書館，陳列著實物獎項、榮譽學位，甚至還有一個重建的辦公室空間，裡面擺放著吳健雄的書籍，讓參觀者真正感受到她的人生和成就。
在博物館的一個安靜的角落裡，一位勇敢英雄的話語作為對她持久遺產的最後紀念：“科學不是靜態的，而是動態的，並且不斷改進。正是懷疑長期以來被相信的事物的勇氣，以及對驗證和證明的不懈追求，推動著科學的車輪向前滾動。”
延伸閱讀
Benczer-Koller, N (2009), 吳健雄 1912 – 1997, 美國國家科學院。
Cooperman, SH (2004), 吳健雄：先鋒物理學家和原子研究員, 紐約，紐約：羅森中心。
Hammond, R (2010), 吳健雄：先鋒核物理學家, 紐約，紐約：切爾西出版社。
McGrayne, SB (1998), 諾貝爾科學獎女性：她們的生活、奮鬥和重大發現, 華盛頓特區：約瑟夫·亨利出版社。
在南京大學虛擬參觀吳健雄博物館。