学者传记
彭焕武(1915—2007),湖北麻城人,1935年毕业于清华大学物理系,后入清华大学研究所学习。1938年以中英庚款留学生身份考入清华大学。1940年、1945年分别获英国爱丁堡大学哲学博士和理学博士学位。旅欧期间,在爱尔兰都柏林高等研究院工作,与玻恩、海特勒等物理学家合作,在固体物理、介子理论、量子场论等方面作出有国际影响的工作。1947年底回国,历任云南大学、清华大学教授。 曾任二机部第九研究所研究员、副所长,中国科学院高能物理研究所副所长,中国科学院理论物理研究所首任所长。回国后早期,彭焕武致力于量子力学在中国的早期普及工作,随后为我国尖端武器的研究和理论设计作出了重要贡献。晚年致力于物理学等交叉学科的发展。1945年,他与玻恩共同荣获英国爱丁堡皇家学会麦克杜格尔-布里斯班奖。 1948年当选为爱尔兰皇家学会院士,1955年当选为中国科学院数理化部院士。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技成就奖。1999年获“两弹一星”功绩勋章,2020年获中国核工业功绩勋章。
十年前,中国人民革命军事博物馆获得了一件特殊的珍藏品——一枚金质纪念章。这是遵照“两弹一星”功臣彭焕武先生的遗愿,中国科学院理论物理研究所将他的“两弹一星”金质纪念章赠送给了中国人民革命军事博物馆。如今,这枚“两弹一星”纪念章已经颁发了20多年。让我们一起来回顾彭焕武先生一生中的几个重要阶段,全面了解他对新中国国防事业和理论物理发展的重要贡献。
世事纷乱,人心涣散
天音告诉我要重视文明
1931年至1935年,彭焕武就读于清华大学,主修物理,选修化学,旁听数学。在吴有训、叶企孙、周培源、杨武之等先生的指导和帮助下,打下了扎实的理科基础。本科毕业后,彭焕武进入清华大学研究院,在周培源先生的指导下进行相对论研究,但1937年“七七事变”爆发,学业被迫中断。在云南大学短暂任教后,1938年以中英庚款留学生身份入学。
1938年秋,彭焕武来到英国爱丁堡大学,师从著名物理学家玻恩。玻恩是量子力学的创始人之一,1954年获诺贝尔物理学奖。考虑到自己此前的研究“全都偏向数学,只顾提高自己的本领,在理论物理方面还没有起步”,彭焕武第一次见到玻恩时就说,“他想研究具体的物理问题,不想去处理广义相对论这种难以捉摸的东西。”
玻恩建议彭焕武计算金属的热振动频率。为了简化计算,彭焕武发展了自洽场的微扰法,并用它计算了均匀变形引起的晶格势能和金属弹性模量的变化。彭焕武凭借这项工作,于1941年获得了英国爱丁堡大学哲学博士学位。
随后,彭焕武又到爱尔兰都柏林研究所,在量子力学另一位创始人、1933年诺贝尔物理学奖获得者埃尔温·薛定谔的指导下从事博士后研究。
此时,彭焕武的研究兴趣转向介子理论,他与爱尔兰都柏林研究所助理教授海特勒、博士后研究员汉密尔顿合作,应用“阻尼量子理论”研究宇宙线介子。研究发现,新理论可以解释主要与介子有关的宇宙线现象,包括介子的产生、在大气中的扩散、介子簇射以及向中性介子的转化等。理论得到的介子密度随能量、海拔、地磁纬度等的变化与实验测量结果相一致。
这就是著名的HHP理论,以何、彭、等三位作者的首字母命名。这项工作最初的动机是为了寻找辐射衰减的证据,但由于它为宇宙线现象提供了连贯的图像和解释,当时引起了丘成桐、汤川秀树等著名理论物理学家以及马场、鲍威尔、罗切斯特等实验物理学家的关注。
1943年7月,彭焕吾回到英国爱丁堡大学,担任卡内基研究员。此后两年间,他与玻恩一起对场的量子力学进行了深入研究,系统分析了量子场论的性质,并投入大量精力处理量子场论的发散问题。
基于量子场论的发散困难和对辐射反应的严格讨论,彭焕吾于1945年获英国爱丁堡大学理学博士学位,同年与玻恩共同获得爱丁堡皇家学会的麦克杜格尔-布里斯班奖。
1944年,玻恩的《原子物理学》第三版出版。玻恩在书中引用了HHP理论,并感谢彭桓武对附录证明的帮助和校对,并赠予彭桓武一本签名专著。彭桓武十分珍爱这本专著,虽身处异地,仍完好无损地保存着。彭桓武逝世后,该书按照其遗嘱,现珍藏于中国科学院理论物理研究所图书馆。
1945年7月,海特勒升任爱尔兰都柏林理工学院理论物理研究所高级教授,彭焕吾接替海特勒担任助理教授,期间指导研究生莫莱计算加速器中人工产生介子的产生截面。
在欧洲留学的最初7年里,彭焕武从未休假,共发表了18篇论文,其中3篇发表在英国《自然》杂志上,其余均发表在世界著名物理学期刊上。
在与世界级物理学家的合作中,彭焕武宽容大度,融汇各家学说之长,形成自己的风格。在英国爱丁堡大学,他学到了玻恩的矩阵力学方法和严谨的数学推导能力;在薛定谔的爱尔兰都柏林物理研究所,他掌握了波动力学方法和薛定谔缜密的思维能力;与海特勒在介子理论方面的合作,使他掌握了系统研究某一课题的方法。
凭借出色的理论物理研究能力,彭焕武受到玻恩和薛定谔的高度评价。在玻恩眼中,彭焕武是一个“天赋异禀”的人,有着“神秘的天赋”,“单纯”,“出类拔萃”。薛定谔在给爱因斯坦的书信中写道:“我真不敢相信,这个年轻人学了这么多东西,知道这么多东西,理解得这么快……”
虽然彭焕武从未与薛定谔在学术上合作过,但薛定谔对他的影响却很大。1985年,《薛定谔传》作者摩尔写信给彭焕武,询问薛定谔对他的影响。彭焕武在回信中写道:“我曾两次与薛定谔教授共事,一次是1941年至1943年,一次是1945年至1947年。我非常感谢与他的友好和密切的交往……人们普遍认为,听薛定谔教授的报告是一种享受,因为他的报告逻辑清晰,艺术感很强……薛定谔的观点多样,是一位深刻的思想家,令人钦佩。”
彭焕武初到爱丁堡时,曾写下一首诗:“世事纷乱驱使人保持气节,天道恩泽叫我重礼仪。”这首诗反映出他对于漂泊留学生活的深切感受。当然,他深知建设祖国需要知识和才智这一颠扑不破的真理。因此,当彭焕武再次回到都柏林时,他认为自己有能力进行独立研究,并想尽快回国。
彭焕武上夜校学习俄语,准备从西伯利亚返回中国,为了弄到回国的车票,他向狄拉克和布莱克特寻求帮助,但未能如愿。
1947年底,彭焕武终于拿到了从伦敦飞往香港的机票,回国。其实早在1941年,三年庚子赔款资助期结束后,彭焕武就打算回国,甚至为了在大西洋自救而学会了游泳,但这一计划因太平洋战争爆发而搁置。
集体 集体 集体
每天都进步
回国后,彭焕武先后在云南大学、清华大学和北京大学物理系任教,研究方向转向原子核领域。由于他旅欧期间熟悉量子力学的基本理论,回国后积极普及量子力学。除1952年至1955年在北京大学物理系讲授量子力学外,1954年暑假,他还在教育部在青岛举办的讲习班上为各大学培训了一批量子力学教师。
此外,彭焕武还协助钱三强等人筹备成立中国科学院近代物理研究所,并任理论组组长。钱三强与彭焕武同为清华大学校友,1939年两人在欧洲相识。1947年回国前,彭焕武曾到巴黎看望钱三强和何泽慧。两人约定钱三强回国后“一起努力”。
近代物理研究所成立初期,工作繁多。为了开展工作,研究所动员科学家到废料场捡一些可以用于研究的旧金属。有一次,彭焕武在天桥废料场捡废料,被公安人员怀疑是小偷或破坏分子,带到派出所接受调查。后来,在钱三强交代后,他才被释放。
1955年初,中共中央正式决定研制中国核武器。在中国核工业建设初期,苏联专家给予了一定的帮助。1955年10月至1956年4月,彭焕武被派往苏联热能工程学院学习反应堆设计理论。回国后,他的主要工作是培养中国原子能研究的年轻人才。
彭焕武善于挖掘年轻科研人员的潜力,培养了周光召、黄祖洽、于敏等一批能力超群的年轻理论物理学家,帮助中国在短时间内成功研制出原子弹和氢弹。彭焕武除了在近代物理所与黄祖洽、金星南等人一起培养大学毕业生学习反应堆理论和计算数学外,还按照美国通用教材,给二机部各工科大学新招的毕业生讲授核工程原理等专业基础课程。
20世纪60年代初,苏联在短时间内撤走了援助专家,中国科学家不得不自行研制原子弹。1961年4月初,彭焕武奉命调往北京二机部第九研究所(1964年改名为二机部第九研究设计院),接替撤回的苏联专家,负责核武器的理论研究。
此时,中国原子弹研制陷入困境,理论计算表明,炸药爆炸后内爆产生的压力始终小于苏联专家在原子弹设计初期留下的教学模型图。中国科学家耗时一年多,经过9次繁琐计算1982年物理学家,仍然无法得到与苏联专家相同的数据。
彭焕武让刚从苏联杜布纳联合原子核研究所回来的学生周光召重新审阅了以前的计算数据。在仔细核对了9遍计算结果后,周光召认为计算没有问题,对苏联专家数据的可靠性产生了怀疑。他从炸药的能量利用率入手,计算出炸药所作的最大功,从理论上证明了特征线法计算结果的正确性,从而证明了苏联专家的数据是错误的,结束了近一年的争论,使中国的原子弹研究得以继续向前推进。
1964年10月16日,中国第一颗原子弹爆炸成功。
第一颗原子弹的理论设计完成后,彭焕武迅速组织力量进行氢弹原理探索。从1964年底开始,在彭焕武等人的牵头下,邓稼先、周光召组织科技人员制定了突破氢弹原理的工作提纲。
彭焕武还设计了三份氢弹研制方案,分别由周光召、黄祖洽和于敏领衔。彭焕武回忆说,从原则上讲,三份氢弹研制方案都是合理可行的,黄祖洽领衔的方案其实是备用方案。最后,于敏领衔的研究团队率先实现了其中一份氢弹设计原则。在明确氢弹设计原则后,理论部门的研究人员迅速汇聚在一起,完善氢弹理论模型,并进行详细物理设计。
于是,在原子弹突破后的两年零两个月内网校头条,氢弹原理又被破解,实现了中国核武器研发的又一个里程碑。1967年6月17日,中国第一颗氢弹空投试验成功。
原子弹、氢弹的研制成功,对于新中国的发展具有重要的战略意义,不仅推动了国防现代化进程,带动了国民经济的发展,而且巩固和提升了新中国的国际地位,而彭焕武在理论设计和人才培养过程中发挥了不可替代的作用。
周光召曾说,彭焕武是我国“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。”物理学家、1957年诺贝尔物理学奖获得者杨振宁先生2001年写信给彭焕武说:“我国现在的国力,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的贡献细节,但我已经知道它的重要性。”
但对于个人贡献,彭焕武一向谦虚低调。第一颗原子弹爆炸后,他难掩激动,在罗布泊写下了“没有工农兵的合作,数理化哪能成功”的诗句。多年后,彭焕武以“原子弹、氢弹设计原理中的物理力学与数学理论问题”的成绩,作为首批获奖者荣获国家自然科学奖一等奖。九所同志把唯一的一枚奖牌送给彭焕武时,他建议九所保留,并写道:“集体、集体、集体;天天进步、天天进步、天天进步。”
这是彭焕武内心精神世界的真实写照。时至今日,这十四个字一直指引着中国科学界,乃至航天界的科学家们。
生活中被忽视是因为忙碌
物流如何补偿
彭焕武对中国科学事业的发展始终保持着初心,在爱情方面也同样保持着真挚。彭焕武第二次来到都柏林时,与当时他指导的研究生莫利特发展出了真挚的爱情。不过,两个年轻人最终并没有选择在一起,而是将自己的一生奉献给了各自国家的科学发展。
莫莱积极推动战后法国物理学研究水平的恢复和提高,与丈夫德西特共同创办了莱斯暑期学校,成为法国乃至欧洲重要的学术交流平台。为表彰莫莱对法国科学发展的特殊贡献,法国政府于1981年授予她国家功绩勋章。
彭焕武回国后多年未婚,直到43岁才经人介绍认识了国务院幼儿园的医生刘秉贤。刘秉贤父母早亡,自幼与姐姐相依为命,在烟台、青岛、上海等地的医院当过护士、护士长、医生,工作积极。1958年修建十三陵水库时,她被评为劳动模范,还因工作出色被评为北京市优秀保育工作者。
彭焕武被这个温柔大方、踏实勤劳的山东姑娘所吸引。两人于1958年底结婚。婚后,刘秉宪节俭持家,解除了彭焕武科研的后顾之忧。从此,彭焕武衣着整洁,外出就餐的次数也少了。在妻子的悉心照料下,他得以把全部精力投入到发展新中国的原子能事业中。
1972年,刘秉宪因患血栓闭塞性脉管炎在家休养,1977年被诊断为肺癌晚期。刘秉宪临终前,匆忙为彭焕武父子做了棉衣、单衣、短衣袖,并给丈夫写了一封“最后通牒”,其实就是对彭焕武父子生活习惯、人际关系等方面的嘱咐。
1977年8月14日,刘秉宪怀着对家人和生命的眷恋,永远地闭上了双眼。彭焕武撕下这一天的日历页,珍藏在心里。妻子追悼会的当晚,彭焕武陷入昏迷,七天七夜后才醒来。他特别自责自己之前把全部精力都投入到工作中,与妻子共同生活的19年里,很少关心妻子。妻子去世后,彭焕武常常用诗歌来表达自己的哀思。在彭焕武1996年的一首诗中,我们可以看到他对妻子无尽的思念和愧疚:“我像一个傻子诉说着心碎的影子,离别时我们盼了很久才团聚。生前因忙于公务而受人冷遇,心里想着我走了之后该如何弥补。”
直到晚年,彭焕武还经常独自坐车去香山,他和妻子曾一起去那里旅行,对那里的记忆犹新。刘秉贤去世后,彭焕武一直保留着妻子的骨灰和那份“遗书”。2007年刘秉贤去世后,两人的骨灰被撒在香山植物园的一棵树下。
淡泊名利
支持年轻一代
彭焕武生活简朴,淡泊名利。他在欧洲留学期间,用大部分奖学金购买了物理、化学方面的英文原版书籍。回国前,他又买来新木箱将这些书籍装箱,然后辗转香港、上海、昆明,最后抵达北京。
彭焕武先生逝世后,将自己的全部著作(共九个书架,大部分是英文原版的理论著作)捐献给了中国科学院理论物理研究所,堪称一笔宝贵的财富。
1995年,彭焕武获何梁何利科学技术成就奖,奖金100万港币,他决定用奖金设立“彭焕武纪念奖金”,以表达对那些为尖端科学作出贡献,却因年龄、伤病等原因而未得到足够重视和荣誉的同事们的敬意。
中央电视台《人人有份》节目主持人在采访中提到这一百万奖金,称这笔钱足够普通人过上小康生活。彭焕武立即回答:“对我没什么用,我的生活已经够了,加不加这一百万都无所谓,这一百万就是浪费。因为你只能花这么多钱。比如我现在这样吃饭,医生限制我吃这么多,一天只能吃一个鸡蛋,两个鸡蛋都吃不下,那钱有什么用?”
彭焕武同样淡泊名誉和地位,他曾任三届全国人大代表、一届全国政协委员,但因从未提起过案件、发表过言论而“自裁”。
在完成核武器理论研制后,彭焕武认为自己已经完成了培养我国年轻一代核物理学家的任务和使命,于是主动申请重回理论物理研究。1972年,他先回到中科院高能物理研究所。1978年中科院理论物理研究所成立后,彭焕武担任所长。五年任期刚结束,他就给院领导写信辞去所长职务,并推荐更年轻、有领导能力的周光召出任所长。当时有同事建议他出任理论物理研究所名誉所长。 他想:“还是不设为好,我也舍不得设这个‘名誉’头衔。这几年,我担任理论物理研究所所长时,把主要工作交给了年轻的同志1982年物理学家,我也当过名誉所长。但我早就厌倦了这种情况,长此以往,对工作不利。再说,我们研究所是新研究所,成立时,所领导指示我们要有新风貌,由于历史不长,研究所还没有形成长期一贯的所长制度。所以我建议理论物理研究所一开始就不要设名誉所长这个头衔,如果需要追溯历史,写明某某所长(起止年份)就可以了。”
除了理论物理,彭焕武还提倡发展交叉学科,建议开展理论生物学、理论化学的研究。他亲自在全国范围内推动统计物理和凝聚态理论研究,促成两年一度的全国统计物理和凝聚态理论系列会议。20世纪90年代,他还大力提倡发展生物物理学。
与此同时,彭焕武还大力提倡理论化学物理的研究。为了报答他的硕士导师周培源先生的“恩情”,直到90岁高龄,他还在研究广义相对论,发表学术论文。彭焕武不断开拓新方向,坚持工作在科研最前线,培养了一批批学生,为我国理论物理学的发展投入了大量的精力组织研究。在工作有了基础之后,他总是默默退休,把领导岗位一一移交给年轻的科学家。
这就是彭焕武先生为集体、为科学奉献一生的写照!
(作者:中国科学院理论物理研究所研究部主任庄慈;中国科学院自然科学史研究所副研究员刘金燕)