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吴有训1897年出生于江西省高安市荷岭乡一个名叫石溪吴村的小村庄。出身农家的他，从小十分珍惜来之不易的学习机会，始终保持着谦虚好学、奋发向上的劲头。先到县城，又到省城，吴有训的少年时代几乎日日与书为伴。
1916年，吴有训考上了我国最早成立的四大国立高等师范学校之一——南京高等师范学校。学习期间，他求知若渴，新学了理化科一个原理，即便老师没有专门要求，他也总要去实验室里实验一番，写出报告。久而久之，他养成独立思考的习惯，还开启了发明创造的大门。
也是在此期间，青年吴有训对未来的人生目标有了明确打算。他决定走科学救国之路，希望能够把旧中国贫穷、落后、愚昧的帽子摘下。
1922年，吴有训通过官费留学考试，远涉重洋来到芝加哥大学的研究生院，师从物理学大师康普顿教授。他积极参加导师对X射线散射现象的研究，对导师发现的每一点成果都尽力用物理实验加以证实。他整天泡在图书馆和实验室里，甚至经常为此耽误吃饭、睡觉。
20世纪初，普朗克和爱因斯坦先后提出能量不连续辐射和光量子概念之后，有关光的粒子特性问题，成为国际物理学界普遍关注的一个焦点。当时理论普遍认为，辐射过程或辐射本身是量子化的，但这些理论迫切需要新的实验证据。
青年时期的吴有训。
吴有训资料照片。
康普顿教授此时刚刚提出后来被称为康普顿效应的论断，可以从实验上证实爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。不过，此时的康普顿效应仅局限于某一种特殊条件，还难以令众人信服。
吴有训在导师的指导下，陆续使用15种不同的样品材料进行X射线的散射实验，有力地证明了康普顿效应的普遍适用性。这也为康普顿教授赢得诺贝尔物理学奖提供了坚强支撑。
在1926年的美国物理学会会议上，吴有训一个人宣读了三篇论文，这为他收获了极大的学术声誉。在此之前，很少有中国人能得到如此高的待遇。