胡胜华,科学史博士,科学出版社副总编辑
王守敬实际上是中国取得世界级理论物理成就的第一人。 他本来可以成为我国优质理论物理成长的“核心”,而且他也获得了极好的成长条件:先后获得了浙江大学和北京大学物理系主任的职位,但这个美丽的而天然“水晶”则没有发生生长过程。
一、吴大猷眼中的中国物理学
20世纪90年代中期,李政道催促吴大猷、王淦昌两位老师写一些回忆录,介绍中国物理学的萌芽和早期发展。 王淦昌是李政道在浙江大学读书时的老师,吴大有是他在西南联大读书时的老师。 无论是从学术经历还是学术成就来看,他们二人应该是讲述“20世纪上半叶中国物理学史”故事的最佳人选。 内地名人越老越忙碌,书写历史也变得谨慎。 王淦昌先生不太可能在这方面留下什么系统的著作。 1997年,90岁的吴大猷在台湾大学和新竹清华大学教授“中国物理”。 “发展史”讲座,海峡两岸学者整理了讲座材料并出版了《中国早期物理学史发展回忆》一书。
吴大猷一开始很不愿意谈这个话题,但麻烦也就不那么重要了。 他担心说真话会得罪别人,说好话又觉得不舒服。 但他也承认,“说实话,想了一会儿,我想我可能是最有资格书写这段历史的人。” 确实,“李阳”跟他学习[1],黄坤帮他喂猪[2],开办北大南开西南联盟[3],并在美国、加拿大获得广播播音员的声誉及中国大陆[4]。 中国物理学界有多少人有他的资格? !
吴大猷对中国物理学史的评论可以说是洒脱、不做作、直截了当。 他的眼光非常高远,对中国物理机构和物理学家的利弊的看法与常人不同。
以下是吴大猷对那个时代一些著名中国物理学家的评价:
胡刚夫、饶玉泰、叶其荪、吴又训、谢玉明——他们是“非常重要的人”(这是从培养下一代的角度考虑的);
周培源——一个真正懂得相对论的人;
王明珍——她写的论文很有名;
赵忠尧——在伽马射线散射方面做了非常好的、原创性的工作;
钱三强——一个非常活跃、声誉很高的人;
葛廷燧——他的研究工作具有相当的地位;
胡宁——一个真正在相对论方面做出过贡献的人;
林家桥——对湍流问题做出了巨大贡献;
于瑞璜——从事X射线研究并做出了一些贡献;
……
对于大多数著名物理学家来说,吴先生只是三言两语简单提及了他们的主要工作,很少有任何赞扬。
上面这段话,只是为了让本文的主角王守敬隆重亮相。
吴大猷对王守敬的作品给予了他所能给予的最高评价,称赞他的才华:“他是一个极其聪明的人”、“王先生的文章很有名”。 “量子力学一发展起来,他就搭上了第一趟列车。” 读完全书,对王守敬如此暖心的评价,绝无仅有!
我还听到我的导师钱林昭院士对王守敬“聪明绝顶”的评价说得淋漓尽致。
王守敬是谁? 我相信现在物理学界甚至没有多少人认识他,更不用说他的“名声大噪”的工作和他的人生曲折了。
2、唯一参加20年代理论物理“狂欢节”的中国人
王守敬的家族非常显赫。 他的祖先是明代文渊阁学者王浩。 父亲王继同曾在京师同文阁任数学老师,后任中央研究院工程研究所专任研究员。 王守武院士、王守珏院士是其弟弟,何泽慧院士是其表弟。
王守敬1904年12月24日出生于苏州,20岁毕业于清华学校,赴美国留学。 1926年和1928年分别获得哈佛大学硕士学位和哥伦比亚大学物理学博士学位。1928-1929学年在威斯康星大学物理系从事博士后研究。 1929年秋完成学业回国。
王守敬留学期间,恰逢量子力学的建立和蓬勃发展以及美国物理学复兴的开始。
该方程于1926年建立,在随后的几年里,该方程自然而然地被用来处理原子和分子光谱、介电常数、磁化率、化学键等各种问题。 一大批研究成果涌现。 20世纪20年代后半叶,它得到了一些人的认可。 物理学家认为这是理论物理学的“狂欢”时期。 这场狂欢主要是由欧洲物理学家发起的,后来只有一小部分来自美国的团队加入。 在这支美国年轻物理学家队伍中,居然有一位中国学生王守敬,他是唯一参加狂欢的中国人。
2000年发表文章《王守敬的量子力学研究成果及学术背景》(《中国科技史资料》2000年第03期),详细介绍了王守敬的工作。 这里仅作一般性介绍。
20年代初,美国的理论物理学还相当薄弱。 美国物理学界的一些有识之士迫不及待地想要赶上欧洲迅速发展的量子物理学。 欧洲多位著名物理学家相继受邀讲授理论物理新思想。 EC是哈佛大学物理系的青年教师,被誉为美国第一位量子物理学家。 他是第一位在美国大学教授量子物理的美国教师。 他也是中国资深物理学家胡刚夫的同学。 JH Van Vleck、JC等国际著名理论物理学家均出自他的弟子之手。 哈佛大学也成为当时美国最重要的量子物理教学和研究中心。 王守敬对新兴量子理论的兴趣和良好的理论物理素养源于他在哈佛大学的学习。
1926年,王守敬获得哈佛大学硕士学位,后转入哥伦比亚大学物理系继续攻读博士学位。 当时,中国留学生在求学期间一般要转学一两次,以拓宽研究视野、增进对美国学术界的了解、体验不同的学术风格。
王守敬一来到哥伦比亚大学,立刻就结识了几个志同道合的朋友。 其中就有拉尔夫,他刚刚结束欧洲博士后之旅,回到哥伦比亚大学担任物理系讲师。 Rabi 等人的论文 II。 拉比因发明核磁共振获得1944年诺贝尔物理学奖,后来成为著名的理论物理学家。 当时哥伦比亚大学没有理论物理学家,所以几个年轻人自发组成了一个理论物理自习小组。 小组成员大约每周聚会一次,通常在周六或周日。 每次都有人汇报一下最近读到的重要理论物理文献,大家都在讨论。 聚会从上午11点一直持续到下午。 讨论结束后,大家一般都去中餐馆吃饭。 此时,王守敬成为了唯一的专家。 他会让大家尝试一些正宗的中餐,而不是油炸食品。 内脏。
理论物理自习组成员(左一:王守敬、左二:、右一:II·拉比(1944年诺贝尔物理学奖获得者))
王守敬和几位年轻人都是自学成才,在研究波浪力学方面有着丰富的经验。 经过一番讨论,他们想试试自己的技能,尝试用它来解决一些实际问题。 在研究了单原子系统的能谱后,他们试图将该理论扩展到分子系统。 1926年底,该理论发表后仅几个月,他们就用它解决了对称陀螺仪(即双原子分子的对称旋转)的能谱,并初战告捷。
王守敬、拉比等人的理论物理自学小组活动持续了一年。 正是今年的相互培训,让他们成为了波浪力学方面的专家。 对此,拉比在接受量子力学口述历史采访时自豪地回忆道:“我到了欧洲之后,发现我们的自学小组对我帮助很大,我对物理的理解比德国学生还要好。”和我同等水平的人虽然多了很多,但还是比汉斯·贝特这样的特别优秀的人少了一些。
波力学创立之初,发表了三个系列文章讨论多粒子系统问题,为以下三个方向的工作奠定了基础:(1)复杂谱; (2)共价键理论; (3)铁磁性理论。
遵循解决氦原子等双电子系统问题的思路,1927年他研究了氢分子。 他们利用变分法得到了氢分子的能量E与两个氢原子之间的距离R之间的关系曲线。 它表明,在平衡距离R0处,E具有最小值E0,从而揭示了共价键的本质,这是量子力学早期应用的一个极其重要的结果。
几乎与何的工作同时,王守敬也利用量子力学解决了氢分子的问题。 他的作品于1927年底完成,但遗憾的是比他的成名作晚了半步。 但即使何的工作先于它,王守敬的工作仍然具有重要意义。 这不仅因为他的结果是独立获得的,还因为他使用的测试波函数与前者不同,计算精度比他的方法也有了很大的提高。
王守敬的这项工作在量子力学发展史上占有一定的地位。 该工作已被美国著名理论物理学家EC、JC和著名化学家L.等人的专着介绍。 这部作品实际上是王守敬的博士论文。 1928年之前,美国大学中没有人完成过关于量子力学的博士论文。 到1928年,王守敬等7人因量子力学研究获得博士学位。 因此,王守敬成为第一批因量子力学研究而获得博士学位的美国大学学者。 他的论文也是哥伦比亚大学物理系第一篇纯理论博士论文。 他在做这项工作时,并没有得到博士生导师的任何指导,而是受益于与自习组成员的讨论以及自己的认真。 学习。 这不仅体现了他的能力,也体现了当年哥伦比亚大学的开放心态。
1928-1929学年,王守敬获得国家研究委员会(NRC,成立于1915年)的博士后研究资助。 申请这项基金相当困难,每年只有大约5%的物理学博士生有幸申请到。 王守敬是该基金唯一支持的中国学生。 他决定利用在威斯康星大学师从美国著名物理学家JH Van Vleck进行研究的机会。
范弗莱克于1922年获得哈佛大学物理学博士学位。他与同样来自哈佛大学的EC、JC等人一起,为美国量子力学的建立和发展做出了非常重要的贡献。 他以磁学理论研究而闻名。 该成果荣获1977年诺贝尔物理学奖。
在威斯康星大学的一年里中国物理学家学物理后,王守敬选择的研究课题是多原子分子的不对称旋转能谱(即不对称陀螺仪的能谱)。 经过复杂的计算,王守敬终于首次得到了可用于数值计算的非对称陀螺仪的能级公式。 王守敬得到的公式被几代光谱学家沿用,被称为“王公式”。
王守敬的文章于1929年发表在美国《物理评论》( )杂志上。20年代中期之前,由于美国理论物理相当薄弱,《物理评论》的声誉远不如《德国》。 《物理评论》(fur)和《英国哲学杂志》(e),后者在欧洲的读者群很少。 换句话说,在美国完成的物理研究工作并没有受到重视。 然而,从20世纪20年代末开始,这种情况发生了变化。 为了说明这一变化,美国学者以王守敬的工作为典型:与王守敬同时,欧洲的HA和GP也采用了不同的方法。 方法来进行非对称陀螺仪的研究,但这次王守敬脱颖而出。 载有王守敬文章的《物理评论》杂志于1929年6月15日发表,同年8月10日何、张发表的文章中引用了王守敬的文章。 美国科学史学家极力夸大这一事件,以说明美国国内的物理学研究工作在20年代后期得到了欧洲学者的及时关注中国物理学家学物理后,美国已经走上了强国之路。在物理学中。
与王守敬进行的类似工作后来逐渐被纳入化学家的工作范围,但在量子力学建立之初,它们是标准的理论物理工作。 王守敬的工作是20年代美国完成的最重要的理论物理著作之一。 他由此成为中国第一位享誉世界的理论物理学家。
1929年下半年,王守敬结束留学生涯回国。 (待续)
[1] 李政道、杨振宁是吴大猷在西南联大任教时的学生。
[2] 西南联大时期的生活很困难。 吴大友夫人曾在家养猪贴补家用。 黄坤是吴大猷的研究生。 当他的妻子生病时,他就去养猪。
[3] 吴大猷毕业于南开大学,师从饶玉泰先生。 曾任教于北京大学、西南联大,颇有建树。
[4] 吴大猷在美国、加拿大、中国大陆和台湾地区具有很高的学术声誉。
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