最近看了一些中国现代物理学发展的历史,了解了几位物理学家的故事。
在我认识的老一辈物理学家中,有一位可爱的老人这几天不断浮现在我的脑海里,我不断回忆他传奇的经历、卓越的科学成就,还有像爱因斯坦一样洞察自然的天才大脑。
我似乎很难相信这位最不出名的中国世界级物理学家真的存在。
他的故事有的令人惊讶,有的令人捧腹,有的令人感动。
我来向读者讲讲这位我心目中最纯粹的中国理论物理学家的故事。
01
在中国留学
他出生于20世纪初,他出生的第二年,爱因斯坦就提出了广义相对论。
他自幼体弱多病,两岁多还不会说话,但已能计算一些简单的算术题。
小学期间他基本都是病假在家,但是他依然按时参加期末考试,并且每次都取得优异的成绩,尤其是数学。
15岁时,他开始通过英文教科书自学物理和微积分。
16岁时,他从自己敬重的两位历史将领的笔名中各取一字给自己改名,激励自己树立报国之志,同年以优异的成绩考入清华大学物理系。
1935年获清华大学理学士学位
20岁,他毕业于清华大学物理系,成为研究生,师从中国理论物理学创始人周培源,研究广义相对论。
周培源先生因在国外,又遇战乱,未能完成论文,只好辍学,到云南大学任教,每月有100元央钞的收入,比当时的巡抚还高。
02
海外留学
1938年,他获得了去英国留学的机会,为了追随物理学大师马克斯·玻恩,他放弃了剑桥大学而选择了爱丁堡大学。
博恩毕业于德国哥廷根大学,曾任该大学物理系主任。
马克斯·玻恩(1882–1970)
作为波函数统计诠释的鼻祖,玻恩是量子力学的奠基人之一,他培养了众多20世纪的物理学天才,包括德国的海森堡、奥地利的泡利、匈牙利的维格纳、意大利的费米、美国的奥本海默等。
由于受到纳粹的迫害,这位伟大的科学家来到了这所古老的英国大学继续他的研究工作。在这里,他依然保持着一个特殊的习惯——喜欢招收外国人和女学生作为研究生。
确实,玻恩曾指导过无数的国际学生,包括前文提到的费米、海森堡,以及继居里夫人之后第二位女性诺贝尔物理学奖获得者美国物理学家梅耶夫人。
这个年轻人是玻恩的第一个中国学生,因为他第一次实验就取得了如此好的成绩,老玻恩对他刮目相看,甚至对其他来自千里之外的东方国家的学生也情有独钟,他收了好几个学生,他们都成为了我国物理学的栋梁。
到达爱丁堡后,这个年轻人告诉玻恩,自己希望研究一些实用的东西,在导师的支持下,他暂时放弃了广义相对论的研究,转而研究固体量子理论。
两年后,年轻人获得了哲学博士学位,那一年,他25岁。
1940年获爱丁堡大学哲学博士学位
博士毕业后,他在玻恩的推荐下,来到爱尔兰都柏林高等研究院理论物理研究所,加入著名的薛定谔研究组。同样因为纳粹的迫害,这位奥地利物理学家不得不背井离乡,流亡英国,后来来到爱尔兰。
埃尔温·薛定谔(1887-1961)
在这期间,他的聪明才智和领悟力给薛定谔留下了深刻的印象,以至于薛定谔在写给好友爱因斯坦的信中说道:“真是难以置信,这个年轻人学到了这么多东西,知道了这么多东西,并且理解得这么快……”
与薛定谔在爱尔兰都柏林
在都柏林,他结识了玻恩的另一个得意门生海特勒,即著名的“伦敦—海特勒近似”中的海特勒,后来他与海特勒、哈密顿共同提出了HHP理论,首次解释了宇宙射线的能量和空间分布物理学家年轻时,引起了广泛关注。
三年后,28岁的他回到爱丁堡,与导师玻恩一起进行量子力学和场论的研究。两年后的1945年夏,30岁的他以论文《量子场论的发散之难和对辐射反应的严格讨论》获得爱丁堡大学理学博士学位。同年,他与玻恩共同获得爱丁堡皇家学会奖。
后来,应薛定谔的邀请,他再次来到都柏林,接替海特勒担任助理教授,继续进行量子场论的研究。
1946年,德布罗意的博士生之一、名叫塞西尔·莫雷特(Cécile Moret)的法国姑娘在他的指导下研究介子的产生问题,研究成果发表在杂志上。
塞西尔·德威特·莫雷(1922-2017)
莫雷特非常钦佩这位年轻的教授物理学家年轻时,两人随着时间的推移互相爱上了对方。
与莫雷特在都柏林街头骑行,最右边是物理学家胡宁先生
然而,这位年轻人却决心回国投身科学研究。他说:
我永远只属于我的祖国——中国。
他给她留下了一张去香港的船票,但她当时担心自己不能适应中国,慢慢地,两人就失去了联系。直到1982年,她作为美国代表团成员来到中国,近40年后才再次见到了这位她一直牵挂的男人。
直到2005年,莫雷特从美国赶来探望他,庆祝他的90岁生日英语作文,他才对别人提起这件事,当时他尴尬地说:“我当时从没想过自己会这么浪漫!”
2019年,莫雷特去世两年后,她的女儿在《今日》上发表了一篇短文,讲述了两人之间不为人知的爱情故事。
03
回国初期
1947年,32岁的他终于回国,次年1月开始担任云南大学教授,同年因杰出的理论贡献当选为爱尔兰科学院院士。
1949年起任清华大学物理系教授,与王淦昌等协助钱三强创建中国近代物理研究所。
1952年任近代物理研究所副所长,开始任北京大学量子力学教授,直至1955年,同年当选为数理化系学部委员(后改称院士)。
在这期间,他帮助解决了钢锭高温加热的技术难题,被誉为我国用理论物理解决实际生产问题第一人,还培养了一些研究生,其中有两位后来成为我国核武器领域的重要人物,分别是周光召院士和黄祖洽院士。
然而,作为一名纯粹的理论物理学家,他的道路现在必须转向另一个方向,这是他的祖国迫切需要他做的事情。
1955年10月,他与学生黄祖洽等人赴苏联学习核反应堆理论,回国后立即投入到培养我国第一代核反应堆人才的工作中,这些为我国第一艘核潜艇的成功下水奠定了基础。
就这样,学士总是忙于国事,完全忘记了自己的私事。
1958年,他已经43岁了,二姐给他介绍了一位端庄贤惠的女子,两人火速结为伉俪,从此他的生活有了规律,有了一个温暖的家。
这位43岁的男子和他的新婚妻子刘秉贤
然而不久之后他又被委以另一项秘密任务。
04
危难之际,责任重大
1959年6月,苏联撕毁与我国签订的新型国防技术协定,拒绝向中国提供原子弹技术支持。 此时,中国正遭遇长达三年的自然灾害,而美国“第七舰队”又在我国近海巡航,不时跳进海峡挑衅。
苏联专家撤走,按照钱三强的安排,他的新任务是核武器研究,并担任九所副所长。
钱三强对他说:“这些年,你在理论物理方面本来可以做出一些成绩,这个是你比较擅长的,但是……”
他说:“三强,这个工作总得有人来干,国家需要我,我就去。”
没有豪言壮语,没有承诺,这就是他。
他告诉妻子自己要去新地方工作了,然后收拾好床铺前往郊区的核武器研究所报到。
在核武器研究所,他与郭永怀、王淦昌、吴吉林分别担任四个技术组组长,这个技术组里还有朱光亚、邓稼先、陈能宽、周光召、黄祖洽、于敏等一大批为两弹一星作出过贡献的科技专家。
开始了无数个日日夜夜的艰苦的理论和技术研究,虽然这些并不是他最擅长和热爱的理论物理领域,但他却觉得必须这么做。
原子弹研制一度陷入困境,经过一年多时间、九次繁琐计算,中国科学家仍然得不到与苏联专家相同的数据。他让学生周光召重新审阅前几次计算数据。周光召仔细核对了九次计算的结果后,认为苏联专家的数据有误,结束了近一年的争论,使中国原子弹研制得以向前推进。
他设计了三份氢弹研制方案,分别由周光召、黄祖恰和于敏领导。从原则上讲,这三份氢弹研制方案都是合理可行的。最终,于敏领导的研究小组首次实现了其中一项氢弹设计原则。
很快,世界为之震惊。1964年10月16日,我国成功引爆了第一颗原子弹。不到三年后,1967年6月17日,中国成功引爆了第一颗氢弹。1969年9月23日,中国完成了第一次地下核试验。
1964年,我国第一颗原子弹爆炸成功
然而,此后很长一段时间,他和合作伙伴都受到了巨大的打击,科研被迫中断,1977年,也是他人生中最黑暗的时期,他心爱的妻子因病去世。
05
回归理论研究
终于,漫长而又难以忍受的岁月过去了。
很遗憾他在最有创造力的年纪却没有做自己最擅长的事情。
1978年,他重回最适合自己的老岗位,担任新成立的中国科学院理论物理研究所第一任所长。
如今,他终于可以继续带领一群年轻人回归到他热爱的理论物理领域了。
他积极探索物理学研究的新领域,66岁时组织召开了全国第一届统计物理和凝聚态理论研讨会,并大力推动复杂性科学、生物物理学等跨学科研究。
1982年获国家自然科学奖一等奖,1985年获国家科技进步奖特等奖,1995年获何梁何利基金科学与技术成就奖,1999年荣获国家“两弹一星”功绩奖章。
但多年过去了,多数中国人对于他参与和领导的伟大事业仍然知之甚少。
06
他是谁?
真正让他与公众走近的,是一档访谈节目。
视频中这位看上去像普通农村农民的男子,就是本文的主人公。他叫彭焕武,“焕武”二字取自名将张飞、岳飞。他1915年10月6日出生于吉林长春,祖籍湖北麻城,是一位著名的理论物理学家,被戏称为最不出名的物理学家。
他长期从事理论物理基础与应用研究,在我国开展了原子核、钢锭快速升温过程、反应堆理论与工程设计、临界安全等研究,为我国原子能科学做出了大量开创性的工作,为我国第一代原子弹、氢弹的研究和理论设计做出了重要贡献。
周光召曾说,彭焕武是中国“原子核物理理论、中子物理理论和各级核爆炸理论的奠基人,后来从事这一领域的工作者几乎都是他的直接或间接的学生”。
杨振宁先生在2001年写给他的信中写道:“中国现在的国力,是和原子武器的研制密切相关的。我虽然不知道您在这方面所作贡献的细节,但我已经知道它的重要性。”
如果他没有回国,以他的资历和勤奋,在他热爱的理论物理领域一定会取得更加辉煌的成就。但他却在战乱中毅然选择回到贫穷的祖国。为此,他留下了一句名言:“回国不需要理由,不回国需要理由!”
彭老一生致力于科研,年逾九十还在发表广义相对论的研究论文,为人谦虚,给人一种从容淡定的印象。除了科研,彭老的一大乐趣就是蹲在中关村的路边看别人下棋。谁能想到,这么一位老人,竟然在思考、研究如此深奥的物理问题?
与何泽慧先生(中)和黄祖洽先生(右)合影
近代物理所成立初期,工作繁多,为了开展工作,彭焕武曾到天桥废品场寻找可以用于研究的旧金属,被公安人员怀疑是盗窃、破坏分子,被带到派出所审讯,后经钱三强亲自前往解释,才被释放。
彭焕武生活简朴,淡泊名利。他在欧洲留学期间,省吃俭用,用工资的绝大部分购买了物理学、化学方面的英文原版书籍,回国后又将这些书不远万里地运到北京。
1995年,彭焕武荣获何梁何利“科学技术成就奖”,奖金100万港币,他决定把这笔钱捐给那些为尖端科学做出贡献,却因年老、伤病等原因得不到足够重视和荣誉的同事,以表达自己的敬意。
为表彰彭焕武院士在理论物理领域取得的诸多成果和为推动我国科学研究特别是交叉学科科学研究做出的巨大贡献,2006年6月13日,经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,中国科学家发现的、国际永久编号为48798的小行星,正式命名为“彭焕武星”。
彭焕武(1915-2007)
彭先生于2007年2月28日因病去世,而就在三个月前,他刚刚对自己在正规科学杂志上发表的一篇论文发出了更正。
十月六日是彭焕武先生的诞辰日,我写下此文以示纪念。
我们永远怀念彭焕武先生!
参考
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[5] C.和HW Peng,160(1947)59-60
[6] 今天 72, 6, 11 (2019)
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