汤川秀树

汤川秀树（日语：湯川秀樹／ゆかわひでき，英文：Hideki Yukawa，1907年1月23日—1981年9月8日），原名小川秀树，日本物理学家，1949年诺贝尔物理学奖获得者，第一个获得诺贝尔奖的日本科学家。日本学士院院士，京都大学和大阪大学名誉教授，京都荣誉市民，1943年（昭和 18年）获文化勋章、勋一等旭日大绶章。

汤川秀树出生书香之家，幼年随父亲移居京都，1925年进入京都大学物理系，获科学硕士学位。 1932年，汤川秀树担任名古屋大学讲师。1935年，汤川秀树提出介子理论，并发表关于基本粒子间相互作用的论文。然而因为当时的物理学界权威人物如奥格·玻尔、海森伯格和奥本海默等不承认新粒子的存在，其研究成果并未得到广泛认可。 1936年到1937年，美国物理学家安德森（C·D·Anderson，1936年诺贝尔物理学奖得主）发现了一种新的带电粒子，即μ子（先被称为μ 介子），其质量介于电子和质子之间，汤川秀树的介子理论才逐渐得到科学界重视。 1947年，美国物理学家鲍威尔（C.F.Powell）发现了π介子，π介子正是汤川秀树在1935年提出的那种介子。人工制造出π介子，证实了汤川秀树介子理论的正确性，他因而获得1949年诺贝尔物理学奖。此后，汤川秀树任哥伦比亚大学访问教授，到1953年他回到日本担任京都大学基础物理学研究所第一任所长。1955年，汤川秀树是在《罗素一爱因斯坦宣言》上签名，呼吁人们和平利用核能。1957年，汤川秀树参加在加拿大举行的世界和平的会议，此后他频繁出席各种禁止核武器的国际会议，为和平利用核能奔走呼吁，直至1970年退休。 1975年起，汤川秀树长期患病；1981年9月8日，他在日本京都病逝，享年74岁。

汤川秀树主要从事理论物理学、粒子物理学方面的研究，其获得诺贝尔物理学奖的原因是“基于核力学的理论工作，预测了介子的存在”。此外，他还给出了核力的汤川势表达式。 1947年至1966年任美国普林斯顿高等研究院院长的奥本海默（JuliusRobert Oppenheimer）说，汤川秀树关于介子的预言，是过去十年中为数不多的真正有成果的思想之一。

人物生平

早年经历

1907年1月23日，汤川秀树出生于东京麻布市兵卫街二番地（今东京港区六本木），其祖父是汉学家，其父小川琢治是地质学家，其母小川小雪受过新式学堂教育，懂英文。汤川秀树1岁零两个月大时，其父辞去了东京地质勘测局的职位而就任京都大学的地理学教授，带全家移居京都。汤川秀树在自传中写道：“我的记忆是从搬到京都之后开始的。也许平安京终究是我的故乡。”他的外祖父小川驹橘（小川駒橘 /おがわこまきつ），在明治维新（1868年）前是和歌山县（指和歌山县，位于本州岛纪伊半岛西南部）城堡的武士，具有很高的汉语素养，在明治维新以后学习了欧洲文化，习惯阅读伦敦《泰晤士报》。在汤川秀树5、6岁时，外祖父教他学习中国经典，如《大学》《论语》《孟子》等。汤川秀树在自传中回忆说，他不认为诵读是浪费时间，他读中国经书不求甚解，但收获颇大，通过读这些书他掌握了汉字，以后的阅读就变得轻松了。

从上小学开始，数学是汤川秀树最喜欢，且学得最好的科目。1919年（大正8年），汤川秀树从京都京极小学毕业，进入京都府立第一中学。汤川秀树的许多同班同学都是学者的子女，其中许多同学后来也成为了学者，任职于日本各个大学。获得1965年诺贝尔奖的物理学家朝永振一郎，当时也在同一所中学，比汤川秀树高一年级，之后他们还成为第三高级中学、京都大学的同学。中学时期的汤川秀树并不引人瞩目，同学们给他取绰号“权兵卫”（意为“无名小卒”）；在家中，他因沉默寡言，绰号为“我不愿说”。

其父小川琢治一度打算将汤川秀树送到技术学院，由于第一中学的校长森外三郎极力称赞汤川秀树的才能，尤其是他的数学天赋，促使其父取消了这一决定。汤川在1923年进入京都第三高级中学，在高二自学了马克斯·普朗克 1900年提出的量子假说和奥格·玻尔 1913年提出的原子结构学说以及相关的原子、分子和光谱学等。1925年，他考入京都大学物理系，4年后毕业时获得科学硕士学位。

从事研究

1929年3月，汤川秀树从京都大学毕业后，和同学朝永振一郎一起以无薪助教的身份留在其老师玉成嘉十郎教授的研究室里工作。汤川秀树当时进行的研究，首先把着眼点放在研究核外电子与原子核本身的相互作用上，受挫后试图解决海森伯格（Wemer·Karl·Heisenberg）和沃尔夫冈·泡利（Wolfgang·Pauli）关于“论波动场的量子力学 ”一文中所存在着的“无穷大”的困难，但没有成功。

1932年4月，汤川秀树成为京都大学理学部讲师，给学生们上量子理学课。同年，他与大阪今桥三丁目汤川肠胃病医院院长的女儿汤川澄结婚，而入赘汤川家，改姓汤川，并移居大阪。1933年4月，日本数学物理学会在仙台市的东北大学举行年会。在这次年会上，汤川秀树第一次做了题为《关于核内电子》的研究报告。在仙台会议期间，汤川的兄弟把他介绍给了刚接任大阪大学物理系（大阪大学と塩見理化学研究所）主任的八木秀次。八木教授曾在东北大学教过一段时间电工学，而汤川的兄弟当时在东北大学当讲师，汤川秀树得到大阪大学讲师职位。不久，汤川秀树辞去了他在京都大学的职位，成为大阪大学的专职讲师，教授电磁学，而他的研究集中在核力问题上。作为正式讲师和“汤川小组”的领导人，他迁入了大阪市区的新物理大楼。汤川在自传中说，从1932年到1934年是他一生中最困难的两年，他一直集中研究关于作用在构成原子核的中子和质子上的力的本性一一亦即关于核力的本性问题，花费漫长的辛苦日夜，面对这一难题却毫无进展。他“觉得像一个背负重荷的旅人在拼命爬坡”，“感受到了作为一个科学家的甘苦”。

获奖经过

1934年（昭和9年）汤川秀树受到电磁理论的启发，提出“ 介子理论”，他发表了一篇名为“ 基本粒子间的相互作用”的论文，假设质子和中子之间存在一种交互吸引力（这种力被称为核子作用或强作用），是由于交换一种粒子而产生，这种新粒子后来被定名为“介子”。他预言介子推是作为核力及β衰变的媒介而存在的，还提出了核力场的方程和核力的势，即汤川势的表达式。他推测介子的质量大约是电子质量的200倍。汤川秀树发表英文论文公布自己的研究成果，但是反响平平，因为当时科学界的权威，如奥格·玻尔、海森伯格、罗伯特·奥本海默等人一开始拒不承认新的粒子的存在。

1936年至1937年间，正电子发现者美国物理学家安德森（C·D·Anderson，1936年诺贝尔物理学奖得主）在宇宙线中发现新的带电粒子（开始称μ介子，后被认定为μ子），这种粒子质量介于电子和质子之间，它们的质量约为电子质量的200倍。汤川为这一发现所鼓舞，发表了题为《对宇宙射线中贯穿成分的可能解释》的短文，提出这种粒子和他1935年预言的粒子相符，很可能就是他预言过的粒子。但是，安德森等人发现的粒子和汤川秀树粒子等同仍然有困难，它的平均寿命太长，而且不参加与核之间的相互作用。

1938年，汤川秀树获得名古屋大学博士学位，他的“介子理论”也开始受到重视。1939年，汤川的介子论研究告一段落，他从大阪回到京都大学任物理系教授，并应邀去欧洲参加索尔威（Solvay）会议，到德国后立即爆发了第二次世界大战，他急忙经由美国回国，中途在美国得到机会在普林斯顿大学高级研究所和阿尔伯特·爱因斯坦会面。当时，爱因斯坦对物理学的关心已集中在统一场论了，对基本粒子论似乎没有什么兴趣。以至于汤川感觉“关于人类社会以及学问，和他没有什么共同语言”。

1940年，汤川秀树被首次提名为诺贝尔奖候选人；同年，他获得日本科学院帝国奖。受第二次世界大战影响，1940年至1942年暂停了诺贝尔物理学奖的颁发。之后，汤川秀树在1943年至1946年连续获得提名；1943年，他成为日本最年轻的文化勋章获得者。1945年6月，汤川秀树被邀请参加了以日本海军为中心的原子弹开发项目（F研究）的会议，但在开发正式启动之前，日本战败了。虽然有报社要求他解释对广岛市的原子弹投放，但汤川拒绝了，但战后，他受到了占领日本的美国军队的询问。这些经历被记录在日记中，于2017年12月由京都大学汤川纪念馆史料室公开。从1946年起，他主编英文杂志《理论物理学进展》，向国外介绍日本理论物理学的研究成果。

1947年，美国物理学家鲍威尔（C.F.Powell）在宇宙射线的天然橡胶底片上发现了一个新粒子，被命名为π介子，经过证明，π介子才是汤川秀树在1935年提出那种介子。研究发现，μ子其实就是π 介子在衰变过程中放出的粒子，而μ子也不稳定，继续衰变放出电子、中微子和反中微子。汤川秀树于是在1948年再次被提名诺贝尔奖，并受聘为美国普林斯顿大学高级研究院客座教授。在这期间，汤川秀树又有机会同阿尔伯特·爱因斯坦交谈，两人对世界和平和对科学的态度的问题进行了讨论，这次汤川与爱因斯坦产生了共鸣，他认为“爱因斯坦生来就是一位和平主义者，而且是一位气宇宏大的人”。同年，从鲍威尔等人的发现中得到启发，加利福尼亚大学物理学教授欧内斯特·劳伦斯等人尝试利用回旋加速器来形成汤川介子，最终发现了目标粒子。由于通过实验物理学证明了介子存在，从而证明了汤川秀树预言的正确性，1949年，诺贝尔物理学奖委员会将当年的诺贝尔物理学奖单独授予汤川秀树。

获奖之后

1949至1951年，汤川秀树任哥伦比亚大学访问教授。他获奖后的研究工作集中于建立相对论量子场论的完备的表述形式。在这方面，朝永振一郎与斯温格(J·Shwinger)的重整化理论（二次量子化）在一定程度上解决了场量发散的困难，但汤川不满足于这种发散量的重整化，而是企图建立一个完全不发散的、统一的、广泛的基本粒子理论。对于这方面的研究，汤川在哥伦比亚工作期间及他其后的工作中都曾发表过一些文章，但并未取得重大突破，这是他晚年常引以为憾的事。

1953年，汤川秀树回到日本京都，任京都大学基础物理学研究所第一任所长。他用诺贝尔奖的奖金创造更好的研究条件，坚持致力于科学研究。1955年4月，英国哲学家罗素和爱因斯坦发起了《罗素一爱因斯坦宣言》（这个宣言原名《科学家要求废止战争》），宣言由罗素起草，爱因斯坦4月11日首先在宣言上签了名，18日他就去世了。汤川秀树是在该宣言上签名的12名科学家之一。这篇宣言由罗素于7月9日在伦敦公开发表，呼吁人们记住人性，和平利用核能。 1956年1月，汤川秀树成为日本核能委员会委员（即日本原子力委员会委员），该委员会是日本核能行政推行事业的主导，委员长正力松太郎宣布在五年之内，推动日本核能发电从研究走向实际运用。这一举动遭到汤川秀树的反对，他提出核能发电在日本是一个空白，要从基础理论研究做起。但正力松太郎不听从汤川的意见，认为直接从国外引进技术就可以，这导致汤川宣布退出核能委员会。

1957年，在加拿大东部新斯科舍省州的普格瓦许（Pugwash）召开了一次由10个国家22位科学家参加的会议，汤川秀树参加了这次会议，共同讨论世界和平问题。之后，汤川秀树继续积极出席各种禁止核武器的国际会议，为和平利用核能而奔走呼吁。 1961年，在维也纳召开的世界联邦主义者世界联合会的世界大会上，汤川当选为主席；他的夫人也担任了日本的世界联邦建设同盟的主席。汤川曾对她的夫人说，“世界的半数以上是妇女，希望对世界联邦能拼命去干。”1962年，汤川和朝永振一郎、坂田昌一共同筹组了关于核裁军的“第一届科学家京都会议”。 1966年，根据诺贝尔基金会公布的候选人名单，他被提名为诺贝尔和平奖候选人。

晚年生活

1970年，汤川秀树退休。从学术界隐退后，他成为大阪大学和京都大学的名誉教授，但仍保留基础物理学研究所的管理委员、《理论物理学进展》的主编和理事长等职。他定期到研究所出席杂志的编辑会议等，会后就顺便在研究所的会议室里吃午饭，并与年轻的同事们闲谈一、二个小时后回家。这已成了他退休后的生活日程。他爱好写诗，以此作为一种“恢复大脑疲劳的休息方法”，尤其善作“ 和歌 ”( 日本的一种诗歌形式）；还绘南画（中国画派之一，也称“南宗画”）、下围棋，为了排解晚年的寂寞心情，汤川还学弹过三弦琴。

此外，汤川秀树仍经常接见许多国内外的采访者，从事和平运动的热情有增无减。1975年开始，汤川秀树身患重病，这年他在动了前列腺手术后，因发现癌细胞又立即动了第二次手术。然而，手术后他坐在轮椅上出席了在平安京召开的第25届普格瓦许会议，并当选为日本最早的普格瓦许会议主席。1980年初，汤川秀树因患肺炎和心脏器质性病变再次住院。1981年6月，他抱病出席了第四届科学家京都会议，并在会上作了演讲。他说，“虽感疲惫，但不能休息，相反要尽力为之。”

去世

1981年9月8日，汤川秀树因急性肺炎出现心力衰竭，在京都市左京区病逝，享年74岁。 2021年8月27日，汤川秀树的旧宅（京都左京区）被捐赠给京都大学，以支持学校的教育和研究等各种活动，汤川在这座旧宅中度过了大约24年的晚年生活。

学术成就

介子理论

汤川秀树因“基于核力学的理论工作，预测了介子的存在”而获得诺贝尔物理学奖，这是他最大的学术成就。当时的物理学家们大都认同海森伯格和苏联物理学家伊万宁柯（д.д.иваненко，1904年—1994年）的观点，即原子核是由质子和中子组成。但是，要想把中子和质子保持在直径10—13厘米的核里面，必须有一种很强的束缚力才行。物理学家给这种力取名核力（nuclearforce），后来又称为强相互作用（stronginteraction）。很显然，核力是一种在经典物理学中尚未遇见过的力，是一种人们尚不知道、尚未研究过的力。

在汤川秀树之前，海森伯格提出一个初步的设想，认为核力的起因应该是原子核内部的一种“交换现象”，这种交换是组成原子核的各种粒子之间的一种有节律的位置互换。然而，当时学界公认的基本粒子就是电子、质子和中子这三种，此外，不可能会有其他新的基本粒子，所有的人都好像被这一认识禁锢了思想，不敢跨越。例如，泡利发现了中微子，一直都不敢公布，直到三年后才敢提出来，结果被当成靶子，遭受到众人的一致攻击。在当时那种对基本粒子认识有错误的气氛中，很多物理学家都热衷于研究一些纠缠不清的计算公式来证明存在核物理危机，而很少有人愿意去探索新的粒子或者新的力。

而汤川秀树提出介子理论，认为质子和中子是通过交换介子而互相转化，核力就是一种交换介子时产生的相互作用。他预言介子推是作为核力及β衰变的媒介而存在的，还提出了核力场的方程和核力的势，即汤川势的表达式。他推测介子的质量大约是电子质量的200倍。因此，介子理论在当时被认为开辟了一门新的基本理论，为物理学界打开了一条新通道。

其它成就

在建立介子理论之后，汤川秀树被坂田、谷川、井上等人于1942年提出的“双介子理论”所激发。他开始质疑过去子场论的基础，并在各种会议上开始探索时空中的概念，将其概括为“圆圈理论”。该理论的思想被汤川整理成了《论场论的基础》，分期发表于1942年的《科学》杂志。在朝永振一郎的启发下，他进一步发展了这一理论成“非定域场论”。他将这种思想整理成了《非定域场的量子理论》，于1950年发表在《物理学评论》（Physical Review）上。这一理论认为基本粒子应具备固有的物理广延性，以解决发散问题，但与量子力学和相对论的原理相抵触。

到了1960年代，汤川在中国老庄哲学的启发下，将基本粒子概念归结为一种“时空的基元域”。他在1966年的论文《原子论和空间、时间的可分性》正式提出了“基元域”理论。这一理论试图通过引入时空的非连续性结构来考察基本粒子的本质。然而，直到汤川逝世，这一理论仍未完成。

综上所述，从1940年代后半期到他逝世为止，汤川在基本粒子的非定域场论、时空描述和基元域理论的研究并没有达到预期的效果。

人物著作

汤川秀树一生写过五十多篇有重大科学价值的论文（其中有相当一部分是与坂田、武谷、菊池等人合作的）及一些专著，还写过一些随笔等作品。他出版的书籍中，《量子力学序说》《汤川秀树自选集》《理论物理学进展》《创造力与直觉》《眼睛看不见的东西》《旅人：一个物理学家的回忆》《现代科学与人类》《人类的创造》《基本粒子》《经典物理学》《量子力学》有中文译本，其类型涵盖科普读物、专业论著、自传以及文学性作品。

人物关系

家庭关系

学术相关人物

社会职位

汤川秀树在1939年—1970年任京都大学物理学教授，其中，1943年—1945年兼任东京大学教授。1953年—1970年，他任京都大学基础物理学研究所第一任所长。

获奖与荣誉

获奖

荣誉

汤川秀树是日本学术院、物理学会和日本科学委员会的成员，并且是大阪大学、京都大学荣誉教授、日本京都荣誉市民。他同时是美国国家科学院外籍会员和美国物理学会会员。巴黎大学授予汤川秀树荣誉博士学位，他还成为爱丁堡皇家学会、印度科学院、国际哲学和科学院以及罗马教皇科学院的会员。

后世纪念

为纪念汤川秀树，日本政府在京都大学内修建了汤川纪念馆；在大阪大学也设立了汤川纪念室。

在广岛和平公园的若叶雕像的基座上刻着汤川的短歌：漫天星斗，莫再降临此处，祈愿和平，这里是人类独有的地方。（まがつびよ　ふたたびここに　くるなかれ　平和をいのる　人のみぞここは）。

在京都市上京区梨木神社内，有汤川秀树歌碑。石碑上的诗歌由汤川所题：千年前的园林是否也是这样呢？在里志木的树荫下，纷乱盛开的萩花。（千年の昔の薗もかくやあ里志木の下かげに乱れさく萩）。梨木神社兴建了这座石碑，用以纪念汤川秀树。