日本首位诺奖得主汤川秀树：在人生和科学的旅途上跋涉

前不久，分享了一篇日本著名物理学家汤川秀树回忆录《旅人》中的书摘，大家对于天才科学家为什么想当和尚十分好奇，并对汤川秀树和朝永振一郎的友谊（八卦）产生了浓厚兴趣。

汤川秀树是一位没有到过欧美留学，在日本土生土长的理论物理学家。除了天赋，他勤奋探求、勇往直前，在当时落后的条件下，成为首位获得诺贝尔物理学奖的日本人，取得了巨大的成就，影响了日本现代物理学的发展。

在《旅人》中，汤川秀树回顾了他的青年时代，我们看到了一个敏思好学、寡言羞涩同时极具天赋的年轻人。但这本回忆录中没有谈及太多高深的理论物理学知识，他甚至很少提到自己的学术成就。他娓娓道来，描述自己的家乡故土、生活成长的周遭环境，聊记忆中的亲人朋友、童年往事，还有自己内向敏感的性格和遇到的种种困扰。他如此坦诚地讲述自己的所思所想，毫无保留地向读者展现自己走过的人生道路。

《旅人》

（日）汤川秀树 著，周林东 译，戈革 校

汤川的回忆停留在提出介子理论之时，也就是二十七岁的时候。他在尾声中写道：“我不想再从这里往后写下去，因为我坚持不懈地从事研究的那些日子是值得我怀念的，而另一方面，当我想到自己如何日益被研究以外的事情所困扰时不免感到悲哀。”

那么，书本以外的汤川秀树有着怎样波澜不惊的非凡人生？在此，与大家分享《旅人》译者、原复旦大学哲学系教授周林东撰写的汤川秀树传略——

他在人生和科学的旅途上跋涉

——汤川秀树传略

文 | 周林东

（《旅人》《创造力和直觉》译者，原复旦大学哲学系教授）

汤川秀树(Yukawa Hideki)， 理论物理学家，1907年1月23日生于日本东京，1981年9月8日卒于日本京都。

秀树本姓小川。父小川琢治(Ogawa Takuji)，是地质学家，曾任京都帝国大学（现京都大学）教授。母小川小雪(Ogawa Koyuki)，是家庭主妇。秀树在五兄弟中排行第三，于1932年因入赘汤川家而改姓汤川，夫人名汤川澄(湯川スミ，Yukawa Sumi)。

汤川秀树和妻子、孩子

汤川幼年受的是明治维新以前日本知识分子家庭的启蒙教育，五六岁时即从外祖父学读中国的儒家典籍，也从父亲的藏书中见到了《老子》和《庄子》，受到很大影响。上中学之后，他因性格内向而爱好文艺，阅读了许多童话和小说。

他曾受到良好的学校教育。1913年入小学，成绩优异。1919—1923年读初中，喜欢数学，关心物理实验，并开始接触科学哲学方面的书籍。1923—1926年读高中，在二年级时开始对物理学感兴趣，通过有关量子理论的书籍，他意识到当时的理论物理学正处于一种摸索前进的状态，于是中学毕业以后进了京都帝国大学物理系。

当时(1926年)正值新量子力学的理论主干渐臻完成的时期，但其影响还没有普遍地传到日本，学生们只能靠自学来熟悉这门新兴的学问。大学三年级时，汤川和朝永振一郎(Tomonaga Shin’ichirō)等人选了玉城嘉十郎(Tamaki Kajūrō)作为自己的导师，但是因为玉城也不熟悉新量子力学，所以他们仍然依靠自学。汤川先后阅读了E.薛定谔(Schrödinger)、P.A.M.狄拉克(Dirac)等人的著作，并选定了这种理论作为自己毕业论文的主题。

汤川秀树与朝永振一郎（朝永振一郎是日本第二位诺奖得主）

汤川于1929年3月从京都帝国大学毕业，留在玉城研究室任无公薪助教。当时摆在世界理论物理学家面前的有两个任务：

（1）进一步发展量子理论，使它适用于电磁场之类的连续体系；

（2）将量子力学应用于原子核的研究。

汤川起初曾致力于第一个方面的研究，但是没有取得多大进展，于是转而研究原子核和宇宙射线，并经过几年的努力终于提出了他的介子场论。

1932年，他被聘为京都帝国大学理学部的讲师；同年因结婚而迁居大阪，兼任新成立的大阪帝国大学（现大阪大学）理学部的讲师。

1934年，他成为大阪帝国大学的专职讲师，并完成了关于以介子为中介的核立场的初步构想，在日本数学物理学会的例会上作了报告。

1935年，他把这次报告的内容写成了英文论文，发表在《日本数学物理学会记事》(Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan)上，题为《论基本粒子的相互作用》(On the Interaction of Elementary Particles)，但当时并未引起国际物理学界的注意。

1953年，汤川秀树与爱因斯坦在美国普林斯顿高等研究所（每日新闻社）

1936年，他被聘为大阪帝国大学的副教授，并出版了第一本著作《β衰变的理论》（『β線放射能の理論』）。

1937年，美国的C.D.安德森(Anderson)等人在宇宙射线中发现了现在所说的μ子。当时人们认为这可能就是汤川在他的理论中假设了的那种粒子，于是汤川理论立即受到了广泛的重视。同一年，汤川又和坂田昌一(Sakata Shōichi)联名发表了论文，标题仍为《论基本粒子的相互作用》。

1938年，他又和武谷三男(Taketani Mitsuo)及小林稔(Kobayashi Minoru)合作，用相同的标题发表了第三篇和第四篇论文，于是他的理论开始在国际上得到普遍的承认。同年，他因理论工作的成就而获得大阪帝国大学的博士学位。

1939年，他被聘为京都帝国大学理学部教授，由大阪迁回京都。同年夏天，他应邀到欧洲参加讨论“基本粒子及其相互作用”的索尔维会议，但因大战爆发，会议没有开成，于是他由欧洲经美国回国。

1940年，他荣获日本学士院恩赐奖。

1942年，他兼任了东京帝国大学（现东京大学）的教授。

1942年，他获得了日本的最高奖励——文化勋章。

大战结束以后，汤川创办了一份用各种西方文字出版的刊物《理论物理学进展》(Progress of Theoretical Physics)。

1947年，美国的C.F.鲍威尔(Powell)等人发现了新的粒子，被证实为汤川所预言的介子，即π介子。次年，美国人用加速器首次人工制成了π介子，于是汤川理论得到了实验上的证实。同年，汤川应邀赴美，任普林斯顿高等研究所的教授，1949年改任哥伦比亚大学教授，直到1953年回国时为止。

从阿道夫王子（后来的瑞典国王古斯塔夫六世）手中接过诺贝尔奖章的汤川秀树

1949年，汤川由于“在有关核力的理论工作的基础上预见了介子的存在”而获得了诺贝尔物理学奖，成为日本获得此奖的第一个人。他于1953年回国时，日本政府在他的母校京都大学设立了基础物理学研究所，汤川任该研究所的所长，直到1970年退休时为止。

提出介子理论以后，汤川的主要兴趣又回到了量子场论的基础问题。他企图克服理论中“发散困难”之类的更加根本性的困难，在1942年的《论场论的基础》（「場の理論の基礎について」）一文中首次提出了“圆圈理论”的想法。这种想法虽然不怎么成功，但是它却启发了朝永振一郎的重正化理论。在此以后，汤川曾试图发展非定域性场论，并提出过“基元域”的想法，但都没有取得多么辉煌的成就。

1970年，汤川成为京都大学的荣誉退休教授，从那以后，他除了仍然参加一定的学术活动以外，还热心地参加了国际上的和平运动。他是反对核武器的《罗素-爱因斯坦宣言》的十一位签名者之一，他多次参加世界性的和平运动会议，并且和朝永振一郎等人在日本组织了呼吁世界和平的委员会。

汤川在晚年曾寄情于琴（三弦）、棋（围棋）、诗（和歌）、书、画等业余爱好。1975年以后，他的健康开始衰退，前列腺发现癌变，曾因患肺炎住院，1981年终于因心脏病发作而逝世。

晚年汤川秀树在练习书法

1929—1930年，当青年汤川开始致力于物理学的研究时，人们对原子的结构已经有了比较确切、比较详细的认识，而对原子核的结构则还所知甚少。当时人们知道的“基本粒子”，除光子外只有电子和氢核（质子）。根据放射性衰变和某些核反应的研究，人们觉得原子核中仿佛存在着质子和电子，于是就提出了原子核的质子-电子模型，认为原子核是由这两种粒子构成的。

但是这种想法在理论上遇到许多困难，因为从量子理论的基本观点看来，这种想法其实是说不通的。当然，人们早就知道，当某些放射性物质的原子核发生变化时，会有电子（β射线）从核中被放出，从而一种最朴素的看法就会认为电子是核的组成部分之一。

但是，当原子的状态发生变化时，也会有光子被放出，而人们却不认为光子是原子的组成部分之一。相反，人们认为光子是在原子的跃迁过程种被“创生”出来的。另一方面，至少按照量子力学测不准原理的哥本哈根诠释，像电子这样轻的粒子，如果把它定域在像原子核那么小的空间范围之内，它的速度就会非常接近光速，从而它就会很快地逸出核外，而不可能在核中长久停留。此外，原子核的质子-电子模型在解释某些实验事实（例如核的自旋）方面也遇到了一些具体的困难。

1932年中子的发现，给人们带来了新的光明。通过W.K.海森伯(Heisenberg)等人的努力，逐渐建立了关于核中的“交换力”的概念，并逐渐形成了原子核的质子-中子模型。这种模型和量子理论并无矛盾，也能够解释当时已知的多数实验结果。但是，关于质子和中子在核中的存在形式、分布和运动，当时人们仍然所知甚少。

W.K.海森伯(Heisenberg)

另一方面，中子一被发现，罗马的E.费米(Fermi)和巴黎的I.约里奥-居里(Joliot-Curie)等人就大力进行了用中子轰击原子核的实验，并得出了一些全新类型的核反应。这些结果导致了核的“液滴模型”的提出（1936年），并终于导致了重核裂变的发现（1938年）。从此以后，人类就开始一步一步地进入了所谓的“原子时代”。

正是在这样的背景下，汤川提出了他的介子理论。他在海森伯、W.泡利(Pauli)和费米的理论工作的启发下，分析了核粒子之间的相互作用，经过几年的酝酿，在30年代中期提出了自己的核力理论。

W.泡利(Pauli)

在人们认识核力以前，物质之间已知的基本相互作用只有引力和电磁力，其他形形色色的力，例如摩擦力、范德瓦尔斯力等等都可以归结为这两种力。核力的认识给人们带来了新的局面。当时至少已经知道，作用在核内各成分之间的力是很复杂的：

第一，它不能归结为引力和电磁力；

第二，它有很强的成分（后世所说的“强相互作用”）和很弱的成分（“弱相互作用”）；

第三，它是所谓“短程力”，有一定的、很短的力程，超过这一力程，核力的作用就是微乎其微的；

第四，它表现所谓“饱和性”。

因此，核力的理论描述就向人们提出了一个十分困难的任务。

引力且不谈，电磁相互作用的量子化导致了量子电动力学的诞生，而这种理论使人们进一步认清了“光子”的地位，也开了后世量子场论的先河。按照这种理论，“光子”是电磁场的“量子”，是在物质间传播电磁相互作用的“载体”。这样，人们就第一次把一种基本粒子和一种特定的场联系了起来，电磁力是“长程力”，它的传播媒介即光子是以光速运动的，从而光子的静质量必为零。

参照当时还处于草创阶段的量子电动力学，并借鉴了费米的弱相互作用理论，汤川酝酿并创立了自己的核力理论。首先，他把核力设想成一种特定的场，照顾到核力的一些特点，他提出了这种场的（标量）势函数U (x,y,z,t)，这就是有名的“汤川势”。和电磁场的势函数不同，汤川势满足自己特有的偏微分方程，该方程比常见的波动方程多了一项。

U场的量子化（二次量子化）导致所谓U量子的概念。由于核力的短程品格，这种当时还是纯假说性的基本粒子被认为具有非零的静质量。汤川推断，这个静质量约为电子静质量的200倍。由于它的静质量介于电子的和质子的静质量之间，因此这种粒子后来被命名为“介子”（meson）。

1954年，汤川秀树与理查德·费曼

在当时的历史条件下，汤川的这种理论意味着一次大胆的尝试。由于它所依据的实验事实较少，特别是由于当时人类还根本没有探测到任何类似于U量子的粒子，再加上汤川的活动基本上限于日本国内，因此如上所述，他的理论起初并没有引起任何“轰动”。

随着π介子在宇宙射线中的发现以及它和汤川U粒子的等同化，汤川的理论才引起了国际理论物理学界的密切注意。从历史回顾的角度看来，汤川理论的出现，代表了理论预见的一个光辉的实例，其意义也许只有狄拉克“正电子”概念的意义才可以与之相比。汤川的U量子概念触发了对“介子”的大力寻索。如所周知，人们后来发现了多种多样的介子，而介子物理学也变成了粒子物理学中的重要分支之一。

从思想背景上来看，汤川属于老派的日本学者之列，他从小接受中国儒家式的教育，尤其受道家思想的影响很深，自称没有受过亚里斯多德哲学的“腐蚀”，他所爱好的也多是东方文化中的东西。

汤川在东京羽田国际机场，正准备出发前往美国

摄于1950年9月1日（朝日新闻社）

他性情孤僻，不好交际，不善辞令，不追求新奇，讲课也平淡无奇，不太引人入胜。但是他思想开阔，勇于探索，这就引导他终于在理论物理学中取得了不同凡响的成绩。他后来得到的国际声望，加强了他在日本学术界中的地位，而日本物理学的兴盛和现代化，在许多方面也是和他的影响分不开的。

事实上，在他的领导下，京都大学的基础物理学研究所不但开展了常规理论物理学的研究，而且成了在日本较早地致力于生物物理学和宇宙学之类的新学科的学术中心之一。

此外，如上所述，经历了一代战争动乱的汤川，对国际和平和人类前途也是密切关心的。从这许多方面来看，他不失为历史上一位伟大的学者！

文 献

原始文献：

[1] H.Yukawa, Scientific works, Iwanami Shoten, Publishers, 1979.

[2] H.Yukawa, Creativity and intuition, Kodansha International, 1973（中译本：汤川秀树，创造力和直觉，复旦大学出版社，1987年）。

[3] H.Yukawa, Tabibito (The Traveler), World Scientific Publishing Co. 1982.

研究文献：

[1] 黄友谋，汤川秀树的思想的简单评介，自然辩证法研究通讯（1964），第29—31页。

[2] 桑原武夫（編）,世界伝記大事典（第五卷）,ほろぷ出版，1978。

[3] 桑原武夫、井上健、小沼通二（編）,湯川秀樹, 日本放送出版协会，1984。

[4] L.M. Brown, Hideki Yukawa and the meson theory, Physics Today, 39(1986)12, pp. 55-62.

作者简介

周林东

《旅人》《创造力和直觉》译者，原复旦大学哲学系教授。

汤川是典型的天才，他有他自己的哲学

日本首位诺奖得主波澜不惊的非凡人生

《旅人》

（日）汤川秀树 著，周林东 译

书号：9787532790067

定价：45元

出版时间：2022年11月

上海译文出版社

内容简介

“我作为一个科学家而成长起来的道路，就是我作为一个人所走过的同一条道路。”

出生于学者家庭的汤川秀树寡言羞涩，敏思好学，从小便展现出在理科方面的天赋。年至五十，他提笔记录下自己的童年和青年时期，回顾自己如何与物理学结缘并最终提出介子论。

汤川以恬静质朴的文字，描写了自己作为一名旅人和一名荒野的开拓者，在人生的道路和探索学问的道路上所看到的风景。

作者简介

汤川秀树（1907—1981）,日本著名物理学家。1907年出生于东京。毕业于京都帝国大学（现京都大学）理学部物理学科。1938年取得大阪帝国大学（现大阪大学）理学博士学位。1939年起任京都帝国大学教授，次年获学士院恩赐奖。1942年兼任东京帝国大学（现东京大学）教授，次年获文化勋章。1948年赴美国，在普林斯顿高等研究所任客座教授，后于次年7月起任哥伦比亚大学客座教授、教授。1949年10月因其创立介子理论获诺贝尔物理学奖，开日本获诺奖之先河。1981年于京都病逝。

原标题：《日本首位诺奖得主汤川秀树：在人生和科学的旅途上跋涉》

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