就这样，吴有训有了一个坚实的基础。之后，吴有训以其坚韧、刻苦的 努力一路过关进取，直登科学的殿堂。
已不是小孩的吴有训，在社会的急剧变革之中，对于人生奋斗目标，开 始有了自己的决心和打算。吴有训把孙中山先生的一段话牢记心中：国民革 命需要两路大军，一路举行起义，建立民众政权；另一路则学习世界先进科 学技术，改变我国贫穷落后的面貌。
当时的祖国在吴有训眼中，多是贫穷、落后、愚昧和“东亚病夫”之类， 作为中国人对改变祖国面貌负有不可推卸之责任。
吴有训决心埋头苦干并为之奋斗终生。
顽强进取
青年吴有训，在南京高等师范学校毕业后，再接再励，又考取了官费留 学生。吴有训知道，物理学是科学中的基础学科之一，中国的科学事业要得 到发展，若没有一批出类拔萃的物理学家以及他们的创举，几乎是不可能的。 而大洋彼岸的美国芝加哥大学物理系，早就是闪耀在他心头的一颗物理学明 珠。
真是幸运，导师竟然是康普顿教授。这位只比吴有训大5岁的年轻教授， 因为提出了电子以及其他基本粒子的“康普顿波长”概念而著名于世。吴有 训所在的研究生班总共23人，其中跟吴有训相处最好的是美国籍学生奥·劳 伦斯。劳伦斯于30岁那年以其发明的回旋加速器获诺贝尔物理学奖，这是后 话。
吴有训以充沛的精力、拓荒者的顽强性格，夜以继日、不知疲倦地投入 科学实验。他经常忘了吃饭，忘了睡觉，忘了写封家书告慰父亲。
有段时间，吴有训竟有4个多月没有给父亲写信，这可急坏了远在江西 的父亲。父亲接连打来四封加急电报，询问儿子近况，声称如若半个月内再 见不到儿子的回音，父亲将前往美国芝加哥探望。
不知是谁将这一情况告诉了康普顿教授，康普顿教授一怒之下，将吴有 训赶出实验室。并下令：在没有证实吴有训给父亲写信请安的情况下，不得 再进实验室，也不得再参加研究工作。
吴有训这才发了急，一口气给父亲写了三封信，还发了封电报。之后， 吴有训才被允许重新回到实验室。
这事，很快被芝加哥大学的师生们传为佳话，并载入了芝加哥大学的校 史。
从1923年起，吴有训和康普顿教授一起从事X射线散射光谱研究。1924 年，他与康普顿合著《经过轻元素散射后的钼射线的波长》一文，引起了物 理学界的极大关注。
1926年，吴有训发表了《在康普顿效应中变线与不变线的能量分布》和
《在康普顿效应中变线与不变线的能量比率》两篇论文。这些研究结果，都 雄辩地证实了康普顿效应的客观存在。
人们从理论与实践的结合上也不得不承认，光除了具有早已熟知的波动 性外，从理论上讲还具有粒子性，但是到当时为止世界上还没有人能通过实 践证明这种粒子性及其能量。如果解决了这一问题，那么，康普顿效应将成 为发展量子物理学的核心，同时意味着，一个划时代的世界创举即将诞生在 20世纪的20年代。
吴有训用了3个月时间，创造出一张被15种元素所散射的X射线光谱 图。后来，吴有训将这张图纳入了自己的博士论文《论康普顿效应》之中。 这篇轰动世界、为中国赢得极高声誉的论文，至今仍保存在芝加哥大学的图 书馆里，成为世界物理学史上光辉的一页。
康普顿在他所著的《X射线的理论及实验》一书中，有19处引用了吴有 训的工作，特别是那张光谱图。康普顿把它和自己在1923年得到的石墨所散 射的X射线光谱图并列，作为证实他的理论的主要依据。
令人感动的是，康普顿教授认为，“康谱顿效应”也可称做“康普顿— 吴有训效应”。此后国内外一些物理教科书，都将“康普顿效应”称作“康 普顿—吴有训效应”，但吴有训知道后，总是谦逊地断然谢绝。
在以后的日子里，康普顿教授一直念念不忘这位来自大洋彼岸的学生。 他常向人们夸赞吴有训的独到见解和实验才干。在 1961年12月，年近七十、 即将过世的康普顿教授得悉吴有训的学生杨振宁博士将返回中国探亲时，找 到杨振宁，要他务必代为问候吴有训。
次年1月，杨振宁博士回到祖国，将自己写的书赠给老师吴有训，书的 扉页上写道：“年前晤康普顿教授，他问我师近况如何，并谓我师是他一生 中最得意的学生。”当然，这也是后话了。
为国尽力
1926年，立志为国富民强而努力的吴有训，不顾老师的挽留终于回国 了。他认为，中国最缺少的是人才，人才多了，学术气氛就会浓厚，各种研 究机构就会应运而生。尽管他回国后努力搞教育、育人才，但现实与自己所 希望的毕竟存在着较大的差距，这恐怕是他为国家出力所需要做的最实际的 工作了。国家再穷苦，她毕竟是自己的祖国，穷是可以改变的，作为炎黄子 孙，肩上责任重大！
吴有训回国几个月，没能得到妥善安排。随之而来的又是国民党内部分 裂和“四·一二”大屠杀。国家动荡，对吴有训的奋斗决心是极大的考验。
吴有训不改初衷，到清华大学物理系任教。在当时，搞理论物理研究， 实验条件不具备，只好搞物理理论研究。他认为这不仅可以使我国的物理学 研究尽早冲出起步阶段，向国际水平靠拢，也是培养尖端人才的必然途径。
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