介学理论

1929年（昭和四年），汤川秀树从京都大学毕业了。汤川秀树留在物理教研室当助手，在玉城教授的指导下，继续研究基本粒子。助手是没有工资的。一座老式建筑物里的一个大房间，用作8名助手的研究室。每个人的桌子之间用屏风隔起来。每天除了午饭后散一会儿步，从早到晚地趴在桌子上看论文或搞计算，生活单调而清苦。这段寒窗苦读，为汤川以后的研究工作打下了更加坚实的基础。

1932年（昭和七年），秀树与汤川澄子结婚。秀树原本有心做个独身者。有一天，有人给他提亲，他似乎有些动摇。于是介绍人就拿出澄子小姐的照片来，当秀树看到汤川澄子登载在一本杂志上的照片时，竟然当场同意了。女方父母有个条件，就是秀树必须做汤川家的养子改姓汤川。这一点秀树也当场同意了。跟许多学者的婚姻相似的是，汤川没有为恋爱花费时间，这是一桩完满的婚姻。这一年他被任命为讲师。

第二年又开始兼任大孤大学的讲师。汤川为什么去大孤大学呢？说来话长。明治维新前的日本，由于长期的闭关自守政策，大大地落后于西方国家。自明治维新开始，彻底地引进西方的政治、经济、教育等体制，奋起直追。不到30年就已经初见成效。到了20世纪初，物理学界发生了一件划时代的大事。1903年，东京大学教授长冈半太郎发表了原子模型图。东大学报拒绝发表，认为这似乎有点儿离谱。于是，长冈半太郎便在英国物理学会的杂志上发表了自己的论文。长冈半太郎虽然打算把这项研究继续搞下去，终因遭到周围人的反对而不得不停下来。8年后，英国科学家通过放射性实验证实了长冈半太郎的模型是正确的。长冈先生也因此而一举成名，后来成了新建立的大阪大学校长。在物理学界中是举足轻重的人物。

给日本物理学界带来极大影响的另一位有名的学者叫仁科芳雄。他于1921年赴欧洲留学，1928年归国。归国后，他没有进有名的国立大学，而是选择了东京的一家民间研究所。仁科把欧洲自由的学术空气带回日本，许多国立大学年轻有为的学者都慕名而来。他的弟子菊池正赴大阪大学任教授，创设了原子物理研究室。由于大阪大学得到财界的捐助，建成了加速器，这是搞原子核物理研究必不可少的基本条件。因此汤川才来到大阪大学。大阪大学是一座新成立的大学，很有朝气，一批雄心勃勃的学者聚集在这里。秀树的主要业绩就是在大阪大学完成的。

汤川秀树的科学业绩是他所生活的时代的产物，物理学的发展向科学家们不断地提出新课题，这些新课题的不断解决造就了一个又一个伟大的物理学家。19世纪末，物理学似乎已经完成了它的使命。以牛顿力学和麦克斯韦的电磁学为支柱，声学、光学、热学的主要问题都已经解决了。还有什么可研究的呢？可是，几乎与此同时，X线、电子和放射线能的发现为原子核物理学的诞生带来了曙光。此后量子力学的基础也已经较为完善，爱因斯坦的相对论也已经确立。这些都为汤川秀树的研究奠定了必不可少的基础。

汤川秀树致力于研究原子核内质子和中子的束缚力。乍看起来，由于带正电荷粒子互相排斥，含有一个以上质子的任何原子核都会是不稳定的。把一些带正电荷的质子挤进一个原子核会产生强大的排斥力。明显的答案是：一定存在着其他的仅在近距离起作用的吸引力使核子保持在一起。这种力就是物理学家所说的“强相互作用”。

汤川秀树找到了原子核中，质子和质子、质子和中子能够紧密地结合在一起的原因。他提出在原子核中，存在一种新型的场力。它既不同于电磁力，也不同于万有引力。这种场力与电磁力十分类似，电磁场力可以认为是在带电粒子之间交换光子形成的，而核力则可以认为是在核子之间交换一种粒子形成的。原子核之所以坚不可摧，就是有这种力的作用。这就是有名的“介子理论”。

介子理论向科学界明确了下述问题：自然界中应该有一种质量为电子的200倍－300倍的粒子，是质子或中子质量的1/6－1/8，它可以带电，也可以不带电，就是这种粒子形成了核力。由于它的质量介于电子和质子的质量之间，所以命名为“介子”。正是介子使得质子克服了它们之间的同性电斥力，而和中子一起紧紧地组成了原子核。介力场绕着质子和中子，正像电磁场绕着电子一样，当电子受到碰击，而发生运动时，它周围的电磁场就以光的形式播散出来；当一个质子或中子受到碰撞时，也会放出介子，所以宇宙射线中，应该能够发现介子。

1934年（昭和九年）11月，汤川秀树第一次在日本数学、物理学会上发表了他的预测介子存在的论文。父亲小川琢治特地赶到东京大学的会场，站在最后，听完了这篇具有历史意义的学术报告。当时的场面似乎有些令人扫兴。汤川秀树站在讲坛上，声音小得后排的人难以听清楚。有的人睡着了。讲完了也没有人提问，很快就散会了。远非一次成功的学术研讨会那样，有许多争论、气氛热烈。也许是很多人认为汤川秀树太过新奇了吧，科学是要靠实验数据说话的。这一年汤川秀树27岁，他仅仅是一个小讲师。

此后的一段时间汤川都是在时而坚信，时而怀疑不安中度过的，两年之后有了一个新情况。1937年，一个令人振奋的消息传到了日本，美国物理学家卡尔·安德森在宇宙射线径迹中发现了这种粒子的迹象。物理学家们把它作为汤川秀树假设的依据，也可以说这种安德森利用威尔逊云室发现的新粒子，证实了汤川秀树的预言。这使汤川大为欣喜，增添了勇气。

但是终于在1947年，塞西尔·波韦尔在宇宙射线径迹中发现了质量为电子质量264倍的粒子。这一发现证实了汤川秀树假设的介子π子就是这种粒子衰变的产物，和核子有非常强的相互作用，因而非常精确地印证了汤川秀树的预言。由于这项成就汤川秀树被授予1949年度诺贝尔物理学奖，他是第一次获得这项荣誉的日本人。

汤川秀树在自述传《旅人》中有这样一句话“我对自己的研究是投入了全部的智慧、感情和意志的，从没有过半途而废的念头。”

汤川秀树“π介子理论”的提出，到π介子的发现，标志着人类对物质的认识又向前跨进了一步，使人类认识从原子核进入到基本粒子的领域，所以说汤川秀树的理论，具有划时代的意义。

美国原子物理学家奥本海默说：“汤川秀树博士预言介子存在，是在最近十年来为数甚少的极富科学成果的理论之一。”

1949年，战败的日本全国上下仍然笼罩在一片阴暗、颓废的气氛中。汤川秀树的辉煌成就使全体国民欢欣鼓舞。

已经成为世界物理学巨擘的汤川继续为完善他的理论辛勤地工作。当时汤川的研究室里有些研究人员，虽工作多年，但是仍然未着手具体的研究，还在边学习边探索研究方向。对此汤川先生充分尊重他们的个人选择。汤川努力为他的研究室注入一种自由、进取而又富于创造性的精神。

他和这个研究室的全体成员都从心底里爱着这个研究室，这里是他们的梁山泊。因此这个研究室里不断涌现出各方面的人才，像天体物理、等离子体、生物物理、科学史等人才。最重要的就是汤川先生深深地懂得科学基于创造性。