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第25章 复合模型的创立者——坂田昌一

坂田昌一,日本著名物理学家。1911年,他出生于东京一个内务省官员家庭。他六岁入学,先后毕业于甲南小学和中学,对物理表现出浓厚兴趣。1930年,他以优异成绩考入京都大学物理系,潜心钻研原子核理论。毕业后,他进入大阪大学理学研究所,协助汤川秀树实验发现了中微子,进而提出物质中存在中性介子的假说。1940年,任京都大学讲师的坂田昌一和汤川秀树又发现了光子,并在论文中解释了宇宙射线的空气簇射现象。1943年,坂田昌一被任命为名古屋大学教授。1956年,他创立了基本粒子复合模型理论,享誉世界。毛泽东称其“是辩证唯物主义者”。

【毛泽东评点坂田昌一】

“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”这是个真理。不信,就试试看。如果有竭,就没有科学了。世界是无限的。时间、空间,是无限的。空间方面,宏观,微观,是无限的。物质是无限可分的。所以科学有工作可做,一百万年以后也有工作可做。听了这些说法,看了这些文章,很欣赏《自然辩证法研究通讯》上坂田昌一的文章。以前没有看过这样的文章。他是辩证唯物主义者,引了列宁的话。

——摘自1964年8月18日毛泽东在北戴河与哲学工作者的谈话,见龚育之等的《毛泽东的读书生活》第102页—103页。

今天我找你们就是想研究一下坂田的文章。坂田说基本粒子不是不可分的,电子是可分的,他这么说是站在辩证唯物主义立场上的。

——摘自于光远的《毛泽东和自然辩证法》,见《怀念毛泽东》(上)第363页。

【坂田昌一小传】

坂田昌一,日本现代著名物理学家。他提出的“坂田模型”,对于揭示基本粒子的内部结构,推动基本粒子理论的发展,意义深远。是他,第一个用辨证唯物主义思想探讨了基本粒子的可再分性。

1911年,坂田昌一出生在东京一个内务省官员的家庭,他的名字“昌一”是由首相桂太郎起的。也就是在他出生的这一年,世界著名的英国物理学家卢瑟福经过多次实验,提出了在物理学史上划时代的“原子模型”假说。

坂田昌一的父亲坂田干太是日本内务省的一名官员。他在一个县府担任要职,常年不在家。坂田的童年是在疼爱他的母亲和祖母的身边度过的。坂田是父母的长子,若大的玩具室常常只有他一个人玩。他最喜欢搭积木,搭了拆,拆了搭,直到自认为满意为止。为此,他从小就养成了善于思考、认真比较的做事态度。坂田六岁时,母亲带他来到父亲身边,一家人共享天伦之乐。坂田昌一进入附近的甲南小学开始启蒙教育。不久,坂田昌一就因为学习拔尖,破格连跳两级升入初级中学。坂田不仅各门功课学得好,他还特别喜欢读课外读物和爬山。母亲也总是尽量满足儿子的要求。每个礼拜天,只要天气不很恶劣,她便要带着儿子到野外走一走,让儿子亲近大自然,培养他探讨大自然奥秘的兴趣。

升入甲南中学后,坂田在物理方面的才华逐渐显露出来。一有空闲,他就躲进自己的房间里,专心致志地干起拆卸、安装收发报机和制造各种小型机械的活儿。有一次,他正在做一个备用的小木盒,敲钉子时,一锤子下去,由于用力过猛砸偏了,坂田的左手食指立即血肉模糊。他咬着牙,忍着痛,不吭一声。直到将钉子全部钉好后,他才去请妈妈帮忙包扎。母亲心疼地捧着儿子的手,流下了眼泪。坂田昌一这种坚韧顽强的毅力,为他后来攀登物理学的高峰奠定了精神基础。

15岁时,坂田昌一升入甲南高级中学理科班学习。当时,日本经过十九世纪中期的明治维新之后,已成为一个发达的资本主义国家,知识受到普遍重视,特别是自然科学领域。在高级班学习期间,坂田昌一得以经常参加各种科学报告会。来听讲座的都是日本科学界的佼佼者。日本原子物理学的先驱石原纯关于自然科学的讲座,犹如在坂田昌一的面前展开了一个魅力无穷的世界。他如饥似渴地找来石原纯、普朗克、庞加莱、恩格斯等人的著作,尽情遨游在科学的海洋里。坂田后来称,恩格斯的《自然辩证法》是“我所遵循的经典”。确实,坂田时刻都以辩证唯物主义思想指导自己的科学研究,对那些自然科学领域内的唯心主义和形而上学,他总是予以坚决的反驳和批判。

1930年,坂田昌一以优异的成绩考入日本著名的京都大学物理系。经过三年的刻苦用功,坂田昌一以一篇关于原子核理论研究的毕业论文获得老师们的一致高分。毕业后,坂田昌一来到一个理化研究所接下一个科研课题,并在朝永振一郎亲自指导下进行工作。1934年,坂田昌一受大阪大学之聘,进了大阪大学理学研究所,当了汤川秀树的一名助手。在此后的三年多时间里,坂田昌一直协助汤川秀树研究原子核物理。在不断的实验过程中,坂田昌一逐渐预感到:原子核在俘获电子时,将释放出中微子。他沿着汤川秀树的介子假说的线索,一路追踪,他的预感果然得到证实。坂田昌一拿着这个结果,激动地跑到汤川秀树那儿去报喜。这位诺贝尔物理学奖金获得者高兴地握着坂田的手,欣喜地说:“昌一,攀登科学之路,就是要像你这样有锲而不舍的精神。你将来一定会超过我的。走,为了我们的成功,咱们去喝一杯!”这期间,坂田昌一接连发表了一系列关于介子理论的文章,提出了介子本身应当是不稳定的粒子、质子与中子之间的相互作用力即核力与电荷无关等问题。在汤川秀树的介子假说基础上,坂田昌一又提出了存在中性介子的假说。

1939年,坂田昌一随汤川秀树来到京都大学,被理学部聘为讲师。就在这一年,坂田昌一遇到了他的终身伴侣——美丽、端庄的信子姑娘。她是东京大学生物化学教授内三郎的千金。在坂田攀登科学高峰的征途中,信子始终陪伴在他的左右,给予心爱的丈夫事业上最大的鼓励和生活上无微不至的关怀。坂田昌一曾感激地说,是她,为我创造了一个完全不受干扰的工作环境。1940年,坂田昌一和汤川秀树共同指出,中性介子寿命极其短暂。它很块就衰变成一对光子。这一新的发现,也使当时的一个关于介子理论的难题得到圆满的解答。

原来,早在1937年,美国物理学家安德森在宇宙线中发现了介子。一时间,许多物理学家都认为,这种介子就是汤川秀树预言的那种介子。为了用事实来证明,坂田昌一日夜待在实验室里,反复进行细致周密的计算,终于发现了安德森测量出的介子寿命与汤川秀树预言的介子寿命相差一百倍之远。1940年,由于坂田昌一在物理学领域所作的贡献,被选为日本学术研究会议物理学研究委员会会员。次年,坂田昌一取得博士学位。他的答辩论文《介子自然衰变理论研究》,提出了中性介子可以自然衰变为两个或三个光子的假说,从而解释了宇宙射线的空气簇射现象。

1942年,就理论计算与实验测量的介子寿命严重不符的问题,坂田昌一与谷川安孝等人提出了两种介子理论的解释。就在这一年,坂田昌一被任命为名古屋大学教授。1943年,坂田昌一在京都大学召开的介子理论讨论会上,作了关于“基本粒子的模型问题”的讲演,得到与会科学家的一致赞扬。可惜不久,由于二战的爆发,坂田昌一的研究工作被迫中断了一个时期。

直到1946年,坂田昌一才得以重回实验室。在他的倡议下,1947年,日本科学界召开了物理学年会和基本粒子分科大会。在会上,坂田昌一分别作了《基本粒子的相互作用的一般理论》和《基本粒子的相互作用的联系》的讲演。这两次代表日本最高水平的学术大会,将日本的科研从战后的低谷带入了正轨。坂田昌一也以实验证明了他以前提出的二种介子理论的正确性。

1956年,坂田昌一以辩证唯物主义为指南,在对基本粒子进行了深入的研究之后,提出了基本粒子的复合模型。他的这一理论,为后来这一领域的科学家们投下了问路石。后来,为纪念他的这一卓越功绩,人们称它为“坂田模型”。不久,他又提出了名古屋模型、统一中微子模型和四重态模型。正是受了坂田昌一这些模型的启发,1964年,美国加利福尼亚理工学院的盖尔曼提出了夸克模型;我国科学家也于1966年提出了层子模型。

以辩证唯物主义的眼光看问题,是坂田昌一始终坚信不移的原则。当自然科学的论坛里时不时出现的唯心主义和形而上学的苗子时,坂田昌一总是给予毫不留情的批判。坂田昌一的主要著作有:《新基本粒子观对话》、《原子物理学的发展及其方法》、《我所遵循的经典——恩格斯的〈自然辩证法〉》、《现代科学的哲学和方法论》等。

坂田不仅是一位著名的辩证唯物主义物理学家,还是一位积极推动“科学无国境”的友好使者。他曾两次访问中国,同我国科学家进行学术交流、探讨。在他的大力倡议下,日本召开了数次帕格沃什国际会议。他说,国与国之间可能会因为政见不同而断绝外交关系,但科学是全人类的共同财富,应该通过不断的交流才能提高,才能让它造福全人类,而不应受到信仰和政治等方面因素的阻碍。

坂田昌一不但是一位才华超群、做事严谨的科学工作者,他同时也是一位和蔼可亲的好老师,好前辈。在名古屋大学担任教授期间,他不遗余力地培养了一批又一批优秀物理工作者。如今,他们中有些人早已成为著名的科学家或教授。

1970年,坂田昌一因患多发性骨髓癌并发尿毒症不幸去世,享年59岁。他虽然永远告别了他心爱的物理教学和物理科学研究,但他在基本粒子物理的研究中所取得的突破性成果,为后来世界各国研究这一领域的科学家开辟了一条通途。他的这一伟大功绩,将永远铭记史册。

【作者点评】

物质的基本构成是长期以来人类所探讨的重大课题之一。还在公元前五世纪,古希腊人就提出了物质是由原子构成的假设。20世纪初,物理学家又提出了原子是由电子、质子、中子、介子、超子等基本粒子组成,目前已发现的基本粒子有300多种,这些基本粒子又都是可再分的。最先对这一问题用辩证唯物主义原理研究探讨的正是坂田昌一。坂田昌一是位自然科学工作者,但他能自觉运用辩证唯物主义思想指导自己的科学研究,并撰写了不少文章宣传辩证唯物主义。他之所以能在基本粒子物理即高能物理的研究中取得重大成就,是与其有正确的指导思想分不开的。

毛泽东是个伟大的革命家、政治家和哲学家,但他也十分关注自然科学的研究。他非常熟悉爱因斯坦、达尔文、赫胥黎及坂田昌一等国际知名的自然科学家。1986年,美国学者爱德华·弗里德曼在《中国季刊》春季号上发表的《毛泽东与爱因斯坦——革命的隐喻》一文中说到:“毛和坂田发现彼此的哲学观点非常一致。1955年,郭沫若和廖承志被派到日本京都大学去见坂田并且邀请他到中国来。1956年坂田访问了中国。”从此坂田和毛泽东有了交往,坂田的一些自然科学思想不仅对毛泽东产生了影响,而且对中国的自然科学研究也产生了积极的影响,我国物理学界提出的层子模型就是在坂田的影响下建立起来的。当然毛泽东的哲学思想也影响了坂田昌一乃至国际物理学界对物质结构的研究。在第七届世界粒子物理学讨论会上,诺贝尔物理学奖金获得者格拉肖就高度评价了毛泽东对物理学研究的影响。他说:“我提议把构成物质的所有这些假设的组成部分命名为‘毛粒子’(maons),以纪念已故的毛主席,因为他一贯主张自然界有更深的统一。”由此可见,科学是没有国界的。

(李庆福)

运筹帷幄的军事家

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