在探索中

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一個物理學家的體驗丁肇中編者按:這是丁肇中教授應本刊要求特地從德國寄來的文章。丁肇中教授於1974年因發現j粒子曾榮獲1976年度的諾貝爾科學獎金，當時40歲。目前有好幾位中國青年科學工作者在丁肇中教授身邊學習和工作，倍受他的熱情關懷和心培養。

攻城不怕堅，攻書莫畏難。

科學有險阻，苦戰能過關。

讓我這樣年紀的人現在來寫一份傳記是件很困難的事。由於對科學研究事業的興趣，我還準備把我的工作長期繼續下去。在這裡，我所能做的僅僅是以我個人的經驗為中國的青年學生提供一些借鑑和參考。

在進一步敘述之前，我想簡要地介紹一下我的家庭環境。1936年，我出生在美國。在我出生3個月的時候，回到了中國。由於當時中國的境況，我一直是一個難民，不斷地從一個地方逃到另一個地方。當然，那時候我沒有可能得到任何的正規教育。

僅僅由於我的父母都是大學教授，我們才得以有足夠的飯吃並且總是可以找到適當的住所，但沒有正規的教育、體育運動和任何娛樂。然而，幸運的是我可以見到許多來我們家拜訪我父母的有才華的學者。從物質條件來說，我的童年也許不像今天北京的兒童們那麼幸運。

我12歲的時候，在臺灣開始接受正規教育。那正是在臺灣剛剛從50年的本統治後歸還中國的時候。本人留下了非常嚴格和有規律的教育制度。學生在學校裡最重要的就是成為一名出類拔革的學生。我在臺中生活了1年，然後隨家搬到臺北。

在那裡，我通過‮試考‬進入了臺北最好的高中。這個學校是按照學生的能力和程度編班的。我被編到了最好的班級。尤其是，這個學校在幾何、中國歷史、英文和化學學科方面有很出的教師。在我念高中的時候，我最興趣的是中國歷史，其次是化學和物理。但我很快就意識到，在歷史學中去尋求真理比在自然科學中尋求真理要困難得多。也許是由於我12歲以前沒有機會受到教育的緣故，我對中國文學、英文和其他諸如此類的課程到極大的困難。自然我不是這些學科上最優秀的學生，然而我記得在物理和化學的學習中，我花費了大量的時間，對這些課程有了比較深入的理解（也許比其他的學生更深入一些）。

1956年，我高中畢業後回到了美國。那時候，我幾乎沒有多少英文知識。在密西大學裡，第一年我作為工學院的學生學習一年級學生的通常課程。對我來說，那是非常艱難的一年，我不僅不懂當地語言，而且幾乎沒有錢養活自己。我只有刻苦學習始終保持優等生的地位，用獲得的獎學金來繼續我的學習。在我上二年級的時候，我請求學校允許我多學一些研究院的數學、物理和物理化學課程。學校通知我說，如要這樣，我必須離開工學院轉到物理系去。於是，我離開了工學院。在6年之內我取得了物理和數學的學位並且獲得了物理學博士學位。一直到現在，這個學校還僅有極個別的學生在這麼短的時間內通過這些學位。在學校裡我的‮試考‬成績是相當好的。更重要的是，在大學期間我有機會縝密地研討了整個物理學，並且突破書本描述的侷限去理解物理現象。對於確實不理解的事物，提出問題而不含糊迴避。

儘管有英文表達上的很大障礙，但我仍然比其他同學問的問題多。我認為，作為一個科學家，最重要的是不斷探尋在教科書之外的事，對該學科有更深入一層的理解，有能力去獨立地思考各種物理現象的本質，面對佔壓倒優勢的反對意見，毫不膽怯地接挑戰。

在獲得了物理學博士學位以後，許多學校和科學研究部門向我提供了各種職位，一些職位附有優厚的薪金，另一些職位具有比較重要的地位。而我選擇了一個可以使我進一步從事研究的工作，那是在瑞士內瓦的歐洲核子研究中心，同其他職位相比，它只有1/3的薪金並且任職期只有一年。但我還是選擇了這個職位，因為我渴望能夠和歐洲核子研究中心的可可尼教授一起工作。他是一個有非凡能力的物理學家，在選擇物理學研究課題方面具有特別銳的察力。他能夠以一種清晰和簡明的方式闡述複雜的問題。一年以後，我到哥倫比亞大學物理系擔任講師。當時，哥倫比亞大學是從事物理學研究的最好的學校。這所大學有相當多的知名的和有才華的物理學家以及榮獲諾貝爾獎金的學者，他們都對物理有極大的興趣和獨特的見解。在歐洲核子研究中心的一年和哥倫比亞大學的兩年，對我後來的工作有極大的影響。

在哥倫比亞大學的第二年，哈佛大學做了一個實驗，宣稱首次觀察到了與量子電動力學預言相違背的實驗現象，這個實驗隨後又被康奈爾大學的一個實驗組再次驗證了。但是我曾經對量子電動力學理論的完美及其有關的實驗技術的複雜有深刻的印象。在開始研究這個課題幾個月以後，我決定做這個實驗。哥倫比亞大學裡老資格的同事們、特別是萊德曼教授（他現在是美國費米國家實驗室的負責人），都對我完成這個實驗的能力表示懷疑。因為在這個領域裡我沒有經驗並且缺乏物質支持。萊德曼教授指出在這個領域工作過的人都擁有龐大的實驗組和雄厚的物質來源，這種實驗他們已做了很多年，因此，他們已是專家了，而我從沒有在這個課題上工作過。不過，他還是友好地允許我能有兩年的時間去實現我的想法。當然，當我在8個月內完成了這個實驗並且揭示出量子電動力學的正確的時候，他和其他的人們是非常高興和驚訝的。這個實驗也成為我的同事們（貝克教授、陳教授、布格博士等）和我自己所從事一系列實驗的基礎，這些實驗用以系統地研究光子的特和尋找重光子類粒子。這些研究導致了對核子內部的光的特和原子內部的電磁特的更深刻的理解。

1972年，我到很可能存在許多有光的特而又有比較重的質量的粒子，然而，理論上並沒有預言這些粒子的存在。我直觀上到沒有任何理由認為重光子一定要比質子的質量輕。為了研究更重的光子，我們在布魯海文國家實驗室的高能加速器上設計了一個實驗。在設計過程中，特別是在實驗進行的時候，我遇到了更多的困難。困難的主要原因是因為我們設計了一個探測器，它具有極細的質量分辨能力，回此可以用來尋找長壽命的粒子。這個探測器技術複雜而且造價昂貴。而人們的經驗和當時的理論的預言都認為如果有質量大於質子的重光子的存在的話，它們的壽命應該是很短的，並且只需要一個簡單的探測器。此外，這類實驗我以前的老同事萊德曼教授也做過，而他沒有發現任何新奇的東西。在極大多數情況下，我做實驗是基於我對事物的理解而不是基於理論上的爭論。所以，我決定不顧多數的反對而去實現這個實驗。

在實驗開始以後，我們很快發現一個幾乎同樣的計劃已經給在歐洲核子研究中心的一個不同的探測器。由於我們極其認真地進行了實驗設計，並以更充沛的力去進行我們的研究，同時得到了布魯海文實驗室的全力支持，所以我們能比歐洲核子研究中心的那個實驗組早好幾年宣佈了j粒子的發現。j粒子和許多共同具有不同尋常的長壽命和重質量的類似的粒子的相繼發現，表明人們對基本粒子的內部物理結構還不清楚，改變了人們對物質內部結構的認識。現在，物理學家們意識到一定還有更多的新粒子存在，並且開始了一個世界範圍內的對新粒子的尋找。

近些年來，我與優秀的年青的中國物理學家們在一起工作。我們共同從事著兩項研究:1，除了膠子的工作以外，繼續尋找新的粒子；2，也許更重要的是用實驗的方法去尋找自然界中四種力的統一（萬有引力、電磁力、核力和弱力）。尋求對自然界的各種力的統一理論是科學家們多年來夢寐以求的願望。這可以追溯到幾千年前希臘和中國的哲學家們，直到更現代的科學家們，如愛因斯坦和麥克斯韋。我們試圖做的實驗是去爭取發現弱力和電磁力之間的耦合作用。依照我們現在的理解，這一目標很可能在近幾年內達到。

總結我作為一個物理學家的經驗，我認為以下四點是相當重要的:第一，我總是選擇我對之興趣的課題，並且力圖去徹底地理解它。

第二，不論反對意見是多麼不可一世，我始終堅持對我的科學觀點的探求。

第三，我不斷地對我自己的實驗結果和能力表示疑問，為此，我總是反覆檢查自己的工作，這樣，我們到現在為止實驗結果還沒有出過錯誤。

第四，我常常意識到我的能力是相當有限的，只有刻苦地工作，我才有可能在某個特定的領域中取得優異的成績和做出貢獻。

中國是一個具有悠久歷史和有過影響深遠的科學發現的國家。我相信隨著穩定、對科學事業的不斷鼓勵和支持，在未來的年代裡，中國必將會對科學作出許多十分重大的貢獻。