“康普顿—吴有训效应”

光学是一门拥有悠久历史的学科，在西方对于光学的研究可以追溯到公元前欧几里得所著的《反射光学》。而纵观诺贝尔物理学奖的百年颁奖历史，与光学直接或者间接相关的获奖成果就有45项，占物理学奖约41%。其中对于光学的研究大多集中在光的相干性、量子性和非线性这三个范畴。1927年，阿瑟·霍·康普顿凭借“康普顿效应”获得了诺贝尔物理学奖，他的研究对量子力学的发展影响深远。

康普顿效应

1892年9月10日，康普顿出生在俄亥俄州伍斯特的一个高级知识分子家庭，父亲曾任伍斯特学院哲学教授兼院长，大哥是普林斯顿大学物理系主任，后来成为了麻省理工学院院长。也许是因为康普顿从小与大哥关系亲密，所以大哥成为了康普顿科学道路的引路人。

康普顿走上科学家的道路是从研究X射线开始的。他早在大学时期的毕业论文中，就提出了一个新的理论见解，其大意是：在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。

1923年5月，31岁的康普顿在《物理评论》杂志上以《X射线受轻元素散射的量子理论》为题，发表了他所发现的效应，并用光量子假说对其进行了解释。他在文中这样写道：“从量子论的观点看，可以假设：任一特殊的X射线量子不是被辐射器中所有电子散射，而是把它的全部能量耗于某个特殊的电子，这电子转过来又将射线向某一特殊的方向散射，这个方向与入射束成某个角度。辐射量子路径的弯折引起动量发生变化。结果，散射电子以一等于X射线动量变化的动量反冲。散射射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的动能。由于散射射线应是一完整的量子，其频率也将和能量同比例地减小。因此，根据量子理论，我们可以期待散射射线的波长比入射射线大”，而“散射辐射的强度在原始X射线的前进方向要比反方向大，正如实验测得的那样。”

这一简单的推理对于现代物理学家来说早已成为常识。可是，在那个年代人们对于经典物理概念根深蒂固，加之康普顿的实验证据尚不完备，所以康普顿效应的提出遭到了人们的诸多质疑。

为了获得全面的实验证据，康普顿在芝加哥大学的奈尔森物理实验室开展了深入的研究，其中来自中国的研究生吴有训以高超的实验技术、细致的工作，为证实康普顿效应做出了重要的贡献。

吴有训留学到芝加哥大学后，对导师康普顿所研究的X射线散射现象产生了浓厚的兴趣。他认为“X射线的散射研究将证实，光的颗粒性所起的作用不仅是光子的能量，而且还有它的动量。这样一来，光子的粒子资格，便以更明显的形式被确定下来。这将意味着人类对于核物理及高能物理的深入研究，将会发生划时代的重大变化。”

吴有训在康普顿的指导下，先用7种物质作X射线散射材料，结果都与康普顿的实验效应一致，由此证实了康普顿效应的普适性。后来吴有训又增加了8种物质，这15种物质都无一不证明了康普顿效应的普遍性。

1924年9月，康普顿和吴有训合著的第一篇论文《经过轻元素散射后的钼Kd射线的波长》发表。随后，吴有训突破了好几项实验难题，单独发表了两篇论文《变线与不变线的能量分布》《变线与不变线的能量比率》，这些实验结果都证实了康普顿效应的客观存在。而吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X射线散射中变线、不变线的强度比率R随散射物原子序数变化的曲线，证实并发展了康普顿的量子散射理论。

借此，康普顿效应终于获得了举世公认。世界诺贝尔奖评选委员会因此将其列入了下一届物理奖的名单并希望康普顿写下这一创举的过程、价值以及获得候选人的名单。此时，荣誉加身的康普顿并没有忘记吴有训，他想将吴有训的名字也加入其中，但被吴有训拒绝了，吴有训的理由是“如果没有我，教授，您的研究和实验同样会有飞快的进展。我认为，一个伟大真理的诞生，是任何艰难险阻也抵挡不住的。我想，这应该是人类进步、科学事业发展的客观规律。”

1926年，康普顿在其出版的《X射线的理论与实验》一书中，对吴有训的工作给予了高度评价，全书有19处运用了吴有训的研究成果。特别令人感动的是，康普顿认为，“康普顿效应”可以称为“康普顿-吴有训效应”。

教授与正之

“正之，现在你们的国家很穷，又是连年战争，没有搞科学实验的条件，像你这样的实验科学家，回去了，施展不了自己的才华，还是留在这里吧，继续当我的助手，我将给予你优厚的条件。”

一个星期后，吴有训（字正之）终于将自己回国的决定告诉了康普顿。康普顿为此惋惜不已。

在以后的日子里，康普顿一直对这位来自大洋彼岸的学生念念不忘，他常向人们夸赞吴有训的独到见解与实验才能。“1961年12月，70岁的康普顿听说吴有训的学生杨振宁要返回中国探亲，便找到杨振宁，希望他能代为问候吴有训，次年1月，杨振宁回到中国，将自己写的书赠予吴有训，书的扉页上题词道：‘年前晤霍·康普顿教授，他问我师近况如何，并谓我师是一生中最得意的学生。”

康普顿比吴有训大5岁，仪表堂堂，和蔼可亲。康普顿到芝加哥大学任教是在吴有训入学的第二年。

康普顿授课的头一年，吴有训对这位老师的教学方法非常不适应。康普顿教学过程中跳跃性大，中间留下了大片“空间地带”，需要吴有训费很大力气才能理解。

通过一年的努力，吴有训逐渐适应了这种跳跃式的教学方式。同时，他利用自己的业余时间对导师的研究成果进行验证，以期更好地向导师学习。

一次，康普顿要在学校进行讲学活动。他演讲的题目是《关于X射线散射现象分析》。当康普顿用两个半小时讲完自己的研究成果后，他微笑着强调说：“请各位注意，我的实验结果证明了我的研究基本上是成功的，当然，研究光子的动量仅仅开始，许多难题还横在我们面前，所以我的实验并不是无懈可击的。”

顿时，课堂里鸦雀无声。人们开始相互张望，窃窃私语起来。也许，人们在等待有反对者起身驳斥教授的研究成果。

此时，吴有训起身说道：“康普顿教授的实验结果，是令人信服的……由于康普顿教授研究的课题太重要了，必然引起许多人的瞩目，其中就包括我在内。我用业余时间做了一些实验，有些结果似与教授的结论略有差别，现在提出来或许可供参考……”

吴有训无可辩驳的论证，博得了全场的阵阵掌声，同时他也顺利的成为康普顿教授的助理。

至此，才有了“康普顿-吴有训效应”的出现。