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汤川秀树（日本物理学家）

次浏览 | 更新时间：2023-05-22

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汤川秀树

日本物理学家

首个获得诺贝尔奖日本人

代表作《量子力学入门》

汤川秀树（1907～1981），日本物理学家，毕业于京都大学和大阪大学，历任京都帝国大学、东京帝国大学教授。

1948年赴美国任哥伦比亚大学教授，1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树，以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。1955年回国。他从电磁理论得到启发，于1935年提出了关于核子力的“介子理论”。他也是第一个获得诺贝尔奖的日本人。

1981年9月8日汤川秀树逝世。

基本信息

出生日期	1907年1月23日
去世日期	1981年9月8日
国籍	日本
性别	男
血型	O型血

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人物履历

汤川秀树

1907年1月23日生于东京。

1913年入小学，成绩优良。

1929年毕业于京都大学物理系。

1932年任京都大学讲师。

1933～1939年在大阪大学任教，研究原子核和量子场论。期间提出介子论，并据此获得诺贝尔奖。

1938年获大阪帝国大学博士学位。

1939年回京都大学任物理学教授，直到1970年。

1943～1945年兼任东京大学教授。他从1946年起主编英文杂志《理论物理学进展》，向国外介绍日本理论物理学的研究成果。

1948年受聘为美国普林斯顿高级研究院客座教授。

1949年由于其核力理论荣获诺贝尔物理学奖。

1949～1951年任哥伦比亚大学教授。

1953～1970年任京都大学基础物理学研究所第一任所长。

1957年参加世界和平运动大会，呼吁和平利用原子能。

1975年以后长期患病。

1981年9月8日在京都逝世。

人物生平

汤川秀树

1907年1月23日出生在东京的一个知识分子家庭。第二年，全家搬到京都。父小川琢治是京都大学地学教授，也是一位著名的地质学家和地理学家，而且兴趣十分广泛，爱好考古、书画、刀剑、围棋和中国文化，家中藏有丰富的书籍。生活在书香之家，汤川秀树从小就喜爱图书，养成了爱读、多想、勤写的好习惯。他的父亲是个开明的人，不像其他日本家庭那样硬要孩子遵命选择职业，而是谆谆诱导汤川秀树自己去抉择未来。勤奋向上的汤川秀树在他迈进大学的门槛时，决定专心致志地攻读物理学，还特地选定了当时新兴的量子物理学当作自己进击的目标。那个时候，日本的科学还是很落后的，量子物理学更是一片空白。汤川秀树的决定是十分大胆的，也是带有风险的，但是他毫不畏惧，充满信心地开始了对微观世界的探索。他千方百计地搜集和购买各种关于量子物理的书刊，广泛阅读欧洲、美国的科学家们最新发表的论文，虚心拜一位有名的物理学教授为师。这样，汤川秀树在大学里打下了坚实的知识基础。

1932年因入赘汤川家改姓汤川，并来到大阪，担任帝国大学的讲师，同时，继续从事原子核结构的研究。他废寝忘食地思索，患了轻微的失眠症，白天头脑总是模模糊糊的，一到晚上又难以入眠，而且头脑越来越清醒。他躺在床上看着天花板，对原子核结构的五花八门的想法便都浮现在脑海里。可是第二天，脑子昏昏沉沉，又什么都忘得一干二净了。怎么办呢？汤川秀树索性在枕头旁边准备好笔和本子，待思想的火花一出现，马上抓住记下来。说也奇怪，他晚上以为想得很妙、很有价值，第二天一看笔记，却毫无价值。经过无数次的失败、艰辛的探求，他终于在1934年10月，发现了基本粒子的一个崭新的天地——介子家庭，为量子物理学的发展作出了卓越的贡献。

汤川秀树是一位没有到过欧美留学，而是在日本国土生土长起来的理论物理学家。汤川秀树自谦地说：“我不是非凡的人，而是在深山丛林中寻找道路的人。”但是，他的成功告诉人们：在落后的条件下，勤奋探求，勇往直前，同样可以到达光辉的顶点。他的成功，他的荣誉，成为激励日本人民在战后废墟上进行建设的精神力量。

介子假设

π介子图

1935年，汤川秀树提出“介子论”，对质子和中子的结合做了很圆满的解释。汤川秀树假设质子和质子间，质子和中子间，中子和中子间，都另有一种交互吸引的作用力，在近距离时，远比电荷间的库仑作用力为强，但在稍大距离时即减弱为零，这种新作用称为核子作用或强作用。它是由于交换一种粒子称为介子而生的交互作用。他说，质子(为费米子)和中子会扭曲周围的空间(核力场)，为了抵消此一扭曲，遂产生了虚介子(介子为玻色子)，藉着介子的交换，质子和中子才能结合在一起。结合相对论和量子理论以质子和中子间新粒子的交换(介子叫“π介子”)描述原子核的交互作用，汤川秀树推测粒子的质量(介子)大约是电子质量的200倍，这是原子核力介子理论的开端。质量为电子200倍的粒子在宇宙射线中被发现，那时物理学家最先想到的是，它就是汤川秀树的π介子，后来才发现它是μ介子。

科学成就

汤川秀树

在大阪大学工作不久，在1935年汤川秀树提出介子学说，以“基本粒子的相互作用”为题，发表了介子场论文。当时，量子电动力学正处于草创阶段，人们已逐渐认识到，电磁相互作用可以看作是在荷电粒子之间交换光子，光子是电磁场的“量子”，它以光速运动因而静质量为零。参照这一理论，汤川把核力设想为带有势函数U（x,y,z,t）的特定场中的相互作用，这种场导致所谓U量子，U量子是核强相互作用时交换的粒子，其静质量约为电子的200倍（后来命名为“介子”），即质子和中子通过交换介子而相互转化（《论基本粒子的相互作用》）。

他预言，作为核力及β衰变的媒介存在有新粒子即介子，还提出了核力场的方程和核力的势，即汤川势的表达式。按照这一理论，质子和中子通过介子可以带正、负电荷或者是中性的，一个介子可以转化为一个电子和不带电的轻子（即中微子）。交换介子而互相转化，核力是一种交换介子的相互作用。1937年C.D.安德森等在宇宙线中发现新的带电粒子（后被认定为μ子）之后，经C.F.鲍威尔等人的研究，于1947年在宇宙射线中发现了另一种粒子，认定是汤川秀树所预言的介子，被命名为π介子。

汤川秀树和坂田昌一等人在1937年展开了介子场理论的研究。1947年提出了非定域场理论，试图解决场的发散问题。在1953年9月在京都召开的国际理论物理学会上，汤川秀树发表了非定域场的统一理论。

荣誉

汤川喜欢沉思，不好交际，但思想上勇于探索，敢于提出创见。他的预言，正如狄拉克正电子预言一样，显示了理论的巨大威力。汤川理论推动了介子物理学的发展。他的成就促成了日本物理学的发展。例如他1942年“论场论的基础”一文启发了朝永振一郎提出重正化理论。他领导的研究所成了生物物理学和宇宙学等新学科的中心。他还积极参加了反对核武器的世界和平运动。

1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树，以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。他是第一个获得诺贝尔奖的日本人。

与胡兰成的交往：中国作家、书法家、文学批评家、政论家胡兰成居日本三十年，与汤川秀树是学问上的知己，胡有相关著作《自然学》，专为他和数学家冈洁而写。两人与1970年相识，其后往来密切。

人物自传

表现形式

汤川秀树

自从我年近五十岁以来，我一直在考虑一个问题：不但是我自己，包括年轻的研究人员，怎样才能充分发挥创造力？而且我也一直试图从更加客观的观点来探讨这个创造力的问题。

在我自己的物理学领域中，当某人发现了某种新的自然现象或某种新的事实时，或是当某人发现了一条新的原理、一条新的自然定律时，创造力就是起了重要作用的；多亏这些发现，我们对于自然现象的理解或认识才能得到一个很大的发跃。被纳入自然定律中的那种我们对大自然的理解发展成一个包括了这些定律的理论体系，结果就可以把一个较大范围内的事实理解成一个整体。

潜在能力

在很多情况下，创造力是按它的结果来判断的。

例如，爱因斯坦发现了相对原理。连那些根本不知道什么是相对原理的人们也相信爱因斯坦是一位了不起的天才，而且相信这儿发生的是一种创造轿车的了不起的表现。

当人们从爱因斯坦的传记中读到他年轻时并没有显示出特殊的才华时，或者当读到他某门功课考不及格时，人们对于他的惊叹更是有增无减。假如爱因斯坦当时在班上总是首屈一指的，人们的印象就不会那么深刻。想到后来做出伟大发现的人至少有过一次考试不及格。这常常会使人们对自己非常得意。但是，假如他没有做出伟大发现，假如他没有成为一个著名的科学家，那么最后的评语就会是，他从学生时代起就没什么出息。

以成败论英雄也许是非常自然的，但是这却无助于阐明创造力的本质。人们倒是应当考虑，为什么会有这样一种创造力的表现，创造力表现出来之前的事态如何，以及在此以前创造力一直隐藏在什么地方

创造力不是一种天外飞来的东西。遗传、环境等等无疑都会起到它们的作用，但是，不管人们多么想显示创造力，最重要的问题却是这种显示创造力的可能性始终是存在的，某种隐藏着的东西，潜伏着的东西，将会显露出来，表现出来。

因此，我觉得，创造力的问题最终可以归结为创造力隐藏在什么地方以及通过何种手段才能使它发挥出来的问题。

天才出现

17世纪时曾经涌现出许多天才。在一百年的时间内，出现了非常之多的天才－－可以说是非凡的天才－－从培根、伽利略、开普勒和笛卡尔，一直到牛顿和莱布尼兹。

汤川秀树

20世纪初又是这样一种情况，因为当时在一段短时间内就出现了普朗克、爱因斯坦、卢瑟福、德布罗意、玻恩、海森伯、玻尔、薛定谔和狄拉克等人。天才似乎常常是成批出现的。但是，也有一些很少出现天才的时期。我觉得，这一定是有某种并非巧合的原因的。

再举一个情况相同的日常生活的例子。在学校里，常常会发现在某一两个年级中突然出现许多比较杰出的年轻人，接着而来的是一个空白时期，过不久又会有另一次同样的突然出现。

我猜想，发生这种现象的原因是多种多样的，但是，其中一个很容易把握的理由就是心理作用。一些勤奋好学而成绩优异的同班同学的出现，对于其他人来说，是一种要和他们竞争的促进或刺激。这种影响也许起着相当大的作用。

同样，学者们似乎也在较长的时间内－－在若干年乃至一个世纪中－－互相发生巨大的影响并从而源源不断地产生出伟大的天才。

束缚的思维

当回顾我自己的一生时，我发现自己必须完成的各种杂七杂八的任务已经一年一年地增多了。现在只要可能我就尽量不接受这一类的任务，但是这样的任务还是太多了。

最主要的是信息太多。潮涌而来的气死人的新刺激使人没有从容思考问题的余地了。当时人们－－不得不－－从一个问题跳到另一个问题上来。

我特别感到棘手的是，这种信息来到时已经是处理过的标准化了的。

当传来的信息量已经太多时，就根本不能再照原样提供它们了。单独一人整理这种信息，要花费巨大的劳力。实际上，无论好坏－－在许多情况下是坏的－－这种信息是已经给我们整理好了的。例如，报纸上的和电视上的新闻就是这种处理过程的一个很好的例子。为了方便，我们就原封不动地接受这种东西。这种做法渐渐地变成了习惯；这似乎使生活更舒坦了些，不过这样一来，也不断增加了自己对别人的依赖性。

与此同时，不管由谁来负责整理信息，整理的事实本身就意味着某种方法或某种框架的存在。即使当一个人亲自整理信息时，他只要在一个固定框架内思考问题，那就不会有创造力。一切重大的创造都从打破这种固定框架开始，或是从改变这种框架本身开始。

我觉得，如果一个人想得到创造力，重要的一点就是要全力以赴埋头干一件事，而不管那些乱七八糟的任务和那些日常生活要求我们注意的信息洪水。换言之，需要的就是那种不达目的决不罢休的韧性。

表现出创造力的物理学家们，通常都是以非凡的－－甚至是人们可能会认为几乎不必要的－－韧性从事一个特殊课题的研究。

习惯、模仿和创造力

各种习惯在我们心里牢牢地扎下了根，形成一种固定的体系，而当意识接触到无法纳入这种习惯体系之中的什么东西时，意识常常就变得极其敏感起来。……

模仿就是创作某种已经存在的东西。我小时候，模仿比我大三岁的哥哥吃饭的样子。我哥哥就坐在我的对面。他用右手拿筷子，所以我就用左手拿筷子，认为这是在确切地模仿他。有一次，我母亲注意到了这种情况，于是我才改用了右手，但是，可能是由于这个缘故，我至今用筷子还用得很不灵便。事实上，我往往因为把筷子攥在拳头中而逗人发笑。

我倒并不在乎受人嘲笑，但是，当我有什么外国客人并带他上日本式饭馆去的时候，那就尴尬了。由于客人经常要我给他表演正确使用筷子的方法，因此我不得不带我的妻子前去；她使用筷子非常熟练，于是我就告诉客人去跟她学。不久我就看过客人能够正确使用筷子了，而我自己却依然笨手笨脚。我感到难为情，但是即使我努力正确地使用筷子也坚持不了十分钟。

模仿似乎毫无用处，然而人们却一次又一次地重复着它。这样的人决非不可能成为专家。但是，有时创造力偏偏就起源于这种重复过程之中。

从广义上来说，这种模仿会变成为记忆。人是有记忆力的，他通过记忆力来把自己的经验储存起来。没有这种记忆的储存，创造就是不可能的。但是，如果同我们已知道的，记忆意味着储存经验，而且在需要的时候再创造它们－－重复它们。回忆本身就是一种重复，而且在这种过程中似乎没有任何创造的成分。至于回忆为什么有时会带来创造，这却还没有真正搞清楚。

家教故事

汤川秀树

汤川秀树是日本第一位获得诺贝尔物理学奖的理论物理学家。1949年他获奖时，年仅42岁，这也给战败后的日本人鼓起了勇气。汤川秀树兄弟五人，都是学者（年长他三岁的二哥茂树是著名的中国文学学者）。这不能不归功于他们的家庭教育。

外祖父驹橘在明治之前是每日守备和歌山城的武士，汉学涵养丰富；明治以后学习西学，一直到晚年都在购读英文的《伦敦时报》。

汤川家的孩子从五六岁起就随祖父读汉书。每晚读《论语》、《孟子》、《大学》、《中庸》等四书五经，这对儿童确是件苦差，但当他精通汉字后，读起大人的书就毫不费力了。

汤川秀树的父亲琢治，是地质地理方面的专家，多次访问欧洲，兴趣广泛，也喜好书画，几次到中国研究古书、古董与石佛。琢治的特点是，一旦对什么热衷着迷，就要收集其所有的文献，否则决不罢休。迷上围棋，就买尽围棋方面的书。汤川家中随处可见各学科的书籍。“家里泛滥的书抓住了我，给了我想像的翅膀。”汤川秀树在自传中这样写道。泛读了许多文学书使汤川秀树成了一位文学少年。琢治从未强迫孩子学习，并认为为名次学习最为愚劣。他尊重孩子们的独立人格，希望孩子们可以深入研究适合自己素质与爱好的学问。

汤川秀树母亲的教育原则是对孩子们公平，并希望让每个孩子都成为学者。父亲一度对内向性格的汤川秀树是否上大学表示怀疑，很少反驳丈夫的母亲开口说：“这样做不公平。我要公平对待每个孩子。”

母亲的话不多，不爱对幼年的孩子说教，但无论她手里做着什么，只要孩子一问：“这是什么？为什么会是这样？”她一定会停下手里的活，耐心地回答孩子。汤川秀树评价说，他的母亲是女性中少有的思考力丰富的人。母亲就学于东洋英和女校，是当时为数不多的学过英文的女性。在东京时，她每周一次出外参加烹调学习班，并喜爱文学。到京都后，随着孩子的增多，她也和京都的主妇们一样，不多抛头露面；但她仍长期购读《妇女之友》等代表先进思想的杂志。专心家务的母亲生前在遗言中写道：愿意提供自己的大脑做科学解剖。

汤川秀树在中学读书时，校长的独特入学祝辞是：“今天开始我将视诸君为绅士。”

在父亲琢治犹豫着是否送汤川秀树入学时，森外三郎校长作了这样令琢治下决心的保证：“汤川秀树的头脑是属于在飞跃中转动的类型，他的构思敏锐，数学上有天才之处，这一点，我可以向您保证。”

中学时幽默的数学老师竹中马吉使汤川秀树着迷于数学；高中时物理老师森总之助，更使汤川秀树成为“书虫”。他几乎隔几天就要去一次专卖欧美版书籍的刃善京都书店，他买得最多的是数学书和物理书。

“我是在思考的飞跃中发现喜悦的人。”汤川秀树在摘取诺贝尔桂冠时，确认了老师过去的评价。

一段自述

我在上高中三年级的时候，就明确地下定决心要成为物理学家。其原因之一，是我认为自己欠缺成为动物或植物研究工作者的素质。从幼年时代到少年时代，我也像一般人一样对昆虫有兴趣。那时，我住在京都市内，和今天不一样，身边就有昆虫。有树丛的庭院就是各种各样昆虫的栖息之所。我还在附近的皇宫树林里捉过独角仙，拿回家来放在点心盒里饲养。但是，同动物打交道没有更大的进展。对植物的关心就更淡薄了。草木的名字听了过后，很快就忘得一干二净。很久以后，我写起和歌来。但是不知道植物和鸟儿的名字，常常感到伤脑筋。

因此，我没有成为生物学家。但是，有一个关于生物的疑问，从少年时代起直到今天，始终留在我的心中不曾消失，尽管在这过程中，它的表现形式有所变化。从我上中学四年级的时候，它就开始产生了。上生物课的时候，老师给我们作了关于进化论的初步讲解。首先介绍了拉马克（J．B．Lamarck）的器官用进废退说。他认为，生物如果经常使用各种器官，它们就逐渐发达，生物则因此而进化下去。这种观点，对于中学生的我，是容易理解的。但是老师却认为这种说法要不得。他认为，生物出生以后，后天获得的能力是不遗传的，对于进化不起作用。于是，他接着开始讲解达尔文的进化论，说：同类的生物之间进行着生存竞争，在这过程中，能够更好地适应环境者，其子孙也将繁衍增殖；生物是靠这种自然淘汰而进化的。这对我说来，难于理解得多。回家以后，我仍然拼命地思考，但还是不能理解。

很久以后，我更多地懂得了物理学之后，试去重新思考这个问题，我注意到：大概是因为在达尔文的进化论中包含着统计上的考察，所以才难于理解的吧。拉马克那样的思维方法是根据以下情况得出物种进化结论的，即：生物的一个个的个体在生存期间是遵循着因果法则在变化的。该个体又遵循着某种因果法则将那变化遗传给它下一代的一个个的个体。这正是古典物理学家的思维方法。当然在这里，不言而喻的大前提是存在着个别因果律。在这一点上，达尔文那样的思维方法－－作为多数个体集团的物种总体的变化倾向就成问题了。在物理学方面，作为与此相对应的思维方法，是在达尔文的《物种起源》发表后大约20年后才建立了被称作古典统计力学这一学科。在这里，中心问题是：以建立了个别因果律的古典力学为基础，而从统计上去解释热力学的各种现象。但是，拉马克那样的进化论，和物理学的情况不同，它无论如何也不能完成古典力学的任务，这是很显然的。取而代之的究竟是什么呢？那时，我这个中学生并不很了解物理学和生理学，当然不可能那样明确地意识到这个问题。但是当时的朴素的疑问，不久不是就面临了应该发展成为上述那种形式的命运了吗！后来，我仍然在思考那个问题。

20世纪初，在生物领域出现了突然变异说。令人惊奇的是，它同物理领域量子论的提出几乎是同时。尽管后者意味着发现了微观过程的不连续性，但是对于这样的过程，当时我仍然认为存在着个别因果律的吧。直到20多年后建立起了量子力学，对于一个个的微观过程，我才终于不得不放弃因果律的想法。这是因为我明白了；由于同样原因开始的微观过程，结果却各不相同，因此只有承认根据非常多的过程所获得的结果而归纳出的关于分布情况的规律。这意味着用统计因果律置换了个别因果律。这是一种非决定论。在我了解了量子力学及其统计解释后不久，就是说在1930年，我甚至在想象：在生物领域难道也有与此相类似的情况吗？不过，所谓突然变异是罕见的现象。在一般条件下，非如此的情况则是压倒多数。正因为如此，生物的种才得以存续下来。和量子力学的情况不同，遗传现象具有强烈的决定论性质。不仅如此，即使偶尔见到偶然发生的突然变异，它同量子力学的非决定性似乎也不是同种的东西。到了1940年，我读了薛定谔（E．Schrodinger）的名著《生命是什么？》以后，才明白了这个问题。他是量子力学创始人之一，他反对以马克斯·玻恩（Max Born）、海森堡（W．K.Heisenberg）和尼尔斯·玻尔（N．Bohr）为代表的量子力学的正统解释即承认微观物理现象的非决定性的统计解释，而主张立足于波动一元论的决定论。在这场论争中，正统派一方处于优势，绝大多数年轻的物理学家都奔向了该阵营。在这种情况下，正如上面谈到的那样，一时我当然也认为在生物领域也像量子力学似地，非决定性是重要的。在正统派中，特别是玻尔，把为理解微观物理现象而引进的互补性概念类推地带入了对生命现象的解释之中。但是这里所说的互补性意味着在无生物的物理现象中看不到的新的性质。因此，受其影响而从物理学转而研究分子生物学的德尔布吕克（Max Deforuck）期待着能够发现与物理法则不同的法则。但是其后的事态进展却与他的预想相反。就是说，薛定谔在德尔布吕克研究成果的基础上，已经拓展了如上所述的决定论见解。扩而大之，1953年沃森（J．D．Watson）和克里克（F．H．C．Crick）建立了DNA模型以后的情况正如众所周知的那样，在这里可以看出180度的大改变。因为我明白了：在量子力学的解释上曾处于劣势的薛定谔一方，在解释生命现象上却较玻尔显然有先见之明。不仅如此，还明白了：按照分子水平上的朴素实在论、机械论的思维方法就能够充分理解遗传现象。这是笛卡儿式的“动物机械论”的现代版。当然，在它的背后确实有着电子水平的量子力学机械论。不过，我知道，不深入到这种程度也无妨。这从物理学方面来看，甚至令人有翻了个儿之感。但是，在生命现象研究方面，还有广阔的未知领域展现在前方。尤其是关于包括人类在内的高等动物的神经系统，今后将会多次地迎来新局面的吧。而且，在某方面不是将会面临不辜负玻尔和德尔布吕克当初的期待的新情况的吗！似乎也有专家作如是想。这是后话。

说到这里，回顾一下便可以发现，我从中学时代以来关于进化论的朴素的疑问，至今仍未打消。反而又增添了其后的新的疑问。我记得大约是在大学时代，我读过海克尔（E．H．Haeckel）的著名的《宇宙之谜》。这本书的第一版出版于1899年。所以，关于物质和宇宙的观点都是建立在古典物理学基础上，从今天看来，是完全过时了。但是，对我来说，这一点或者他的一元论哲学却总是好的。留给我印象最深的，是他那主张的说服力，尽管我未能十分理解。这种主张贯穿在关于动物发生的详细得甚至有些烦琐的叙述之中。用一句话来说，它就是：个体的发生是重复系统的发生。长年以来，我一直在想：这个问题从达尔文那样的进化论中，是无论如何不能理解的。其后，我读了各种各样的书，奇怪的是，哪一本书也没有触及这个问题。而且，尽管我试向各方面的专家谈起过我的朴素的疑问或者我这样的外行想法，却都没有反应。近来，我仍一而再地重复这种经验。不过，稿纸已经写完，留待另外的机会再谈这个问题吧。在这里，我只是想坦率地承认：一个物理学家很久很久以来，关于生物的进化一直抱有朴素的疑问这一事实。生物学尽管取得了显著的进步，但是直到今天，对于我长年的疑问仍未给出能够令人满意的、一语中的的回答，却令人焦躁。

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