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即使在抗战如此艰苦的八年中，吴大猷仍不辍研究，先后发表了17篇论文，还把维格纳的有关群论的书由德文翻成英文。抗战结束后，1946年吴大猷赴美国，任母校密歇根大学客座教授，从事原子核物理学研究。1947年秋又应邀赴哥伦比亚大学从事实验研究工作。头一年将拉比（Rabi）的早年的分子束实验装置重新装配，研究核力介子理论，指导研究生，讲授近代物理学，第二年到纽约大学兼讲量子力学课程。1949年秋受加拿大国家研究院之聘到那里主持理论物理组工作，直到1963年。这期间，1958年9月至1959年4月应邀到普林斯顿高等研究院作研究员，在这里他开始对气体和等离子体物理学发生了兴趣。1960年10月至I961年2月，应邀去瑞士洛桑大学讲授气体和等离子体物理学。在加拿大吴大猷工作了14年，共发表论文50篇。1963年秋，吴大猷辞掉了加拿大国家研究院的职务，去纽约布鲁克林理工学院任物理学教授，但实际上,他是在其太空及气体动力学研究所讲气体运动论。他所讲的内容最后结集成书，以《气体和等离子体运动方程》出版发行。1965年秋，吴大猷又转到纽约州立大学水牛城分校任物理学和天文学系主任，经过几年的努力，使该系的教师阵容和科研水平大为改观。 1969年，辞去该系主任职务。 1978年从纽约州立大学退休长居台湾。
吴大猷虽身在美国，却始终惦记着中国的科学事业。1956年11月至1957年4月，他曾回台湾讲学，在台湾大学和新竹清华大学联合主办的研究生班上讲授古典力学和量子力学，兼及流体力学和核子间的交互作用问题。这次讲学，吴大猷还介绍了李政道和杨振宁关于对称不守恒的发现，由此而导致了台湾长达十年之久的物理学热。自1961年后，为发展台湾的科学事业，他经常回台湾，并任台湾中央研究院物理学研究所代所长。1965年兼任物理学研究中心主任，开始新的物理学事业筹划工作。1967年被任命为科学发展指导委员会主任和科学委员会主任两个相关的职务，此后他每年两次回台湾工作五个月。1969年后专注于个人研究和台湾科学事业。1973年他辞去科学委员会主任职务，科学发展指导委员会也名存实亡。1976年开始，他将自己的英文讲稿在别人的帮助下翻译成中文，作为一套七卷本的理论物理学教程，由台湾联经出版社出版。
1978年，吴大酞退休后回到台湾，决心将自己的余热献给台湾的科学和教育事业，这一时期，他主要应邀在各大学授课和从事科学研究。他应邀在台湾大学给学生讲授理论物理学、数学物理学发展史；在新竹清华大学，讲授量子物理学、古典物理学、气体运动论、原子和分子物理学、非平衡态热力学和散射的量子理论；在交通大学，讲授数学物理学发展史、近代物理学和物理讨论。在他的辛勤耕耘下，台湾各大学的物理学研究有了长足的进步。1979年，他又出任科学教育指导委员会主任，致力于初中、高中的科学教育改革。1983年，吴大献卖掉他在美国的房屋，全身心投入台湾的教育和科学事业之中。这一年，吴大猷被任命为台北中央研究院院长。第二年，他又出任台湾中华教育文化基金会董事长。
在台湾的后半生中，吴大酞除了担任各种职务，全力为台湾的教育和科学操劳外，还参加各种学术会议，潜心写作。1974年联经出版社出版了他的《现代物理学基础的物理和哲学性质》。1986 年，年近八旬的吴大猷开始用英文为新加坡世界科学出版社撰写 《量子力学》一书；1988年开始，他先后用中、英文撰写了《物理学的发展史及哲学》一书。吴大猷全身心的奉献受到广大台湾学者 的敬佩，在他80寿辰之际，他们将吴大猷先生的119篇论文汇集 成册出版。同时，吴大猷向当局提出诸多有益的建议，向社会报导 科学发展以及关于改革教育、纯化民风等论题，这些也由远流出版 公司分集出版，至1989年已出版了《吴大猷文选》六集。
由于在科学研究和教育方面的诸多贡献，吴大猷获得了许多荣誉。1939年，他的《振动光谱和多原子分子结构》获中央研究院丁文江奖，1943年又获教育部科学研究著作一等奖；1948年，吴大猷被选为中央研究院第一届院士；1957年，他被选为加拿大皇家学会会员；由于他在科学研究方面的杰出贡献，1967年荣获了Chai-Hsing基金奖；1984年又获菲律宾拉蒙·马格塞塞奖 ；1991年被授予密歇根大学荣誉博士。
吴大猷一生中很长一段时间漂泊在外，但他始终对祖国大陆怀有一份深情。随着年龄的增长，这种思乡之情愈来愈浓，回家的念头也愈来愈迫切。他曾在给南开大学副校长、他的堂弟吴大任的信中，常常问起南开园的情况，一起回忆过去在大陆、在南开共同度过的岁月。1992年5月17日，吴大酞终于回到了阔别46年的故乡探亲访问。中国科学院院长周光召、中国物理学学会主席黄昆等到机场迎接。党和国家领导人江泽民、李鹏等亲切会见了吴大猷。在大陆访问行程中，他又一次回到了曾经生活、学习过的北京、天津、南京等城市，并会见了许多昔日的旧友、同行，出席了300多位学者参加的“当代中国物理学家联谊会”，参观了北京正负电子对撞机实验室，重游北海公园、天坛、香山等故地。在天津南开大学，为了表彰他对母校所做的贡献和荣誉，授予他名誉博士学位，还将他1929年以理科第一名毕业的成绩单赠送以作纪念。
2000年3月4日，吴大猷因病在台湾逝世。他的离去不仅是中国科学界的一大损失，也是世界物理学界的损失。国家主席江泽民在唁电中说：“吴先生毕生献身科学研究和教育事业，为中国科学发展作出了重大贡献，在世界物理学界享有盛誉。吴先生关心国家统一，致力于民族富强，并且为海峡两岸科技学术交流作出了杰出的贡献，为两岸同胞所赞誉。” |
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