王淦昌b2t

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""#:物理物理学史和物理学家条件愈苦,意志愈坚———记王淦昌早年的科研活动姚-立-澄.
(中国科学院自然科学史研究所-北京-/000/0)摘-要--文章介绍了中国物理学家王淦昌早期的科研工作,特别是在抗日战争时期的科研成绩&王淦昌早期的科研贡献并不是在先进的实验仪器上,在条件优裕的实验室内完成的,而是在实验设备缺乏,科学文献不足等极端困难的环境中完成的&从王淦昌身上,可以看到那个时代中国优秀科学家脚踏实地、执志若金的奋斗精神&关键词--王淦昌,早期,科研工作,中微子01.
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"#卷($%%&年)$期!
01,12二人而已,"[3]可见王淦昌学术研究贡献之重要,近年王淦昌的工作受到人们的重视并有不少纪念性的文章给予评价,本文从具体的史料出发,着重介绍王淦昌在抗日战争这一特殊历史时期的科研工作特点,在45"6年—4536年期间,我国正处于抗日战争和国民党发动的内战时期,国内科学技术的发展受到灾难性的破坏,国内多所大学被迫中断正常的教学工作,艰难迁移,大学物资匮乏,实验设备短缺,进行正常的物理教学实验极为困难,更不用说从事前沿物理研究工作了,尽管如此,国内仍有许多物理学家排除重重困难,坚持研究,取得了一些一流的科研成绩,王淦昌的工作就属其中一例,时任浙江大学物理系教授的王淦昌,积极了解国外物理学前沿的理论进展以及实验成就,虽然他自己没有条件开展实验,验证自己很多的想法,但在授课讲学之余,为实验物理学家提供建议,成为当时王淦昌颇具特色的一项工作,并取得突出成绩,得到世界物理学界的认可,王淦昌把为别人提供想法,让别人来完成实验的工作,称为"搭桥"性的工作,他说:"物理学的研究工作,除了钻研纯理论和做实验两个方面,还有第三个方面,那就是归纳、分析和判断杂志上所发表的实验方法、数据和结论,这种工作是为理论工作搭桥,是推动实验工作前进的,"[#]显然,这种"搭桥"性的工作,在特殊的环境下,对于王淦昌来说,也是不得已而为之,二战时期,英国皇家学会会员,当时英国政府挑选赴华担任战时情报和宣传工作的专家李约瑟博士(7,899:'0;)[&],在考察了中国的科学研究状况之后,曾经感叹说:"我们意识到,许多年来中国人一直处于十分艰苦的条件下,只有理解了这一点,才能真正懂得这些成就的意义,"[6]对于浙江大学来说,抗战期间是最为艰难困苦的一段,也是学术上辉煌灿烂的时期,4533年4%月$#日和$&日,在湄潭,李约瑟出席了中国科学社湄潭社友会和中国物理学会贵州区分会的联合年会,并参观了浙江大学,据当时我国的《科学》杂志报道:"科学消息(本社消息):李约瑟氏返英述职,颇称道浙江大学学术研究之励进,谓可以媲美牛津剑桥而无愧,"[]&.
/34年至.
/35年,正是现代物理学史上的黄金时代,新的理论和新的发现不断出现&王淦昌在这段时间留学德国,并作为一位异常活跃的核物理学家的学生,经常直接面对新理论提出的科学家们,第一时间内接触到最新的物理前沿发展的信息&每一项新进展的消息传来,他都注意老师们的反应,倾听他们对新理论、新发现的看法,从中辨识当代物理学发展的新方向&在留学德国的5年中,王淦昌更加热爱物理学,他除了听课和听讲座外,就是做实验,他进到实验室后常常忘了时间,工作到深夜&这都使王淦昌思考问题、解决问题的能力和研究水平迅速提高&在迈特纳的建议下,王淦昌对!
射线进行研究&在当时,镭的!
谱的测定是当时国际上受人注意的一个重要实验课题,而在人工放射性大量生产之前,作为研究!
谱形状的!
源,镭是满足许多实验要求的惟一候选者,因为镭作!
衰变时,并不夹杂"射线&正像吴健雄教授所说:"追随!
衰变理论发展的人中没有不对其发展的道路留下深刻的印象,……众所周知,!
衰变充满了惊奇和微妙,它的明显的反常不止一次地威胁我们放弃一些我们所珍爱的守恒定律&"[.
2]&所谓!
衰变的明显反常,是指它的初态能量和末态能量都是确定值,而!
粒子的能量则做连续分布,这令许多人困惑&.
/34年,为了解释这种反常现象,玻尔(@&A9!
:)等人提出过放弃能量守恒定律的观点,但泡利(B&C*'())并不赞同,.
0月5日,他给正在蒂宾根(D'E),F7,)召开的物理学会议的物理学家们写了一封公开信,提出了一种新粒子"中子"(后被费米改称"中微子")的补救办法,而收信人就是盖革(G&H7)F7:)和王淦昌的指导教授迈特纳女士&.
/33年底,根据泡利的中微子假说和海森伯(B&G7)I7,E7:F)的原子核质子和中子构成的结构模型,费米(&J7:K))提出了!
衰变理论,从理论上论证了中微子的存在&在德国留学期间,王淦昌一直进行!
谱研究,在实验中,王淦昌自己吹制玻璃,制做盖革计数管,装配盖革L米勒计数器并用它测定镭的!
谱[.
1]&.
/30年初,他在德国物理学期刊M7)"I+!
:)N"NO:C!
PI)Q上发表"关于8*的连续!
射线谱的上限"的文章,在实验中,王淦昌得出了明晰的上限&迈特纳对王淦昌很快完成8*的上限实验颇为赞赏,要他用!
谱仪和计数器做更为复杂的·!
"#·物理学史和物理学家!
"#卷($%%&年)$期!
01,123'456567!
谱的上限的测定,并以此作为他的博士论文的题目,据施士元教授回忆,费米建立!
衰变理论时参考了当时有关!
谱强度的若干测量数据,王淦昌的工作可能对费米的工作有一定的参考价值[8"],因此,中微子问题和!
衰变问题,多年来一直为王淦昌所关心,并直接导致他89:8年利用轻原子核的;俘获反应来探测中微子的方案的提出,就一点也不奇怪了,89"$年,中子的发现是核物理发展中一个重要的里程碑,对核物理有着巨大而深远的影响,在中子的发现过程中,人们经常为约里奥·居里夫妇(('.
/>(6-@/A(2)云室重复这个实验,会搞清楚这种贯穿辐射的性质,为此,王淦昌两次向迈特纳请求利用师兄菲利普(;,E'/.
/))的云室研究这种射线,但都被迈特纳拒绝了,显然,迈特纳不认为王淦昌的怀疑是合理的,王淦昌此时在柏林大学留学不到半年,刚成为迈特纳的研究生,不便坚持自己的主张与导师发生冲突,只好放弃,89"$年查德威克(=,6'0F+/1G)发现中子之后,迈特纳也曾非常懊恼,王淦昌则把它作为一个教训记在心头:应该坚持自己的主张,尽全力去争取导师的支持和实验条件,89B#年"月8C日国际科学史学会主席、哈佛大学科学史系主任希伯特(H,I,J/.
K@F)、查德威克等著名物理学家,了解物理学前沿的发展情况,89":年:月,王淦昌结束四年的留学生活,返回国内,$!
王淦昌早年科研工作及其特点89":年,经叶企孙教授的推荐,王淦昌接受山东大学的聘请,任山东大学物理系教授,是山东大学最年轻的教授,89"&年秋,因不满山东大学校长赵琦开除$%名学生运动的活跃分子,王淦昌辞去山东大学物理系教授的职位,经何增禄推荐,接受浙江大学校长竺可桢的邀请,到浙江大学物理系任教授,同样是浙江大学最年轻的教授,并在那里整整工作了8:年,由于王淦昌物理知识广博扎实,具有活泼的性格,受到学生们的爱戴和同事们的好评,并获得了"40KNE@>M@"的昵称,89"C年C月C日,日军进攻卢沟桥,炮轰宛平城,抗日战争全面爆发,不到:个月,日军已逼近杭州,88月#日,日军在距杭州8$%公里的金山卫登陆,浙江大学被迫向杭州西南$:%公里的建德迁移,从此踏上了断断续续:年的艰难迁徙,翌年9月,浙·!
"#·物理学史和物理学家!
""#:物理江大学师生行程.
///余公里,迁徙四地,安全抵达广西宜山&尽管路途艰辛,但是浙江大学师生并没有放弃教学工作,他们一旦在一地安顿下来,马上复课&为了弥补失去的时间,王淦昌还加大了授课量,并尽可能利用当时的条件,给学生开物理实验课&为了抗战的需要,王淦昌还为学生开设了"军用物理课程"&即使在宜山得到了暂时的安顿,条件也非常差&因为没有桌椅,教师站着讲课,学生也是站着听课&除了吃、住、穿的困难和疾病的威胁外,敌机还时常轰炸宜山&正像钱临照先生所言:"浙江大学在抗战中的经历最为艰苦,历经浙江建德……辗转跋涉五千里,……他们每到一地,就在会馆、庙宇里甚至在野地里上课,在庙宇的神台上摆出实验仪器,让学生进行实验课,遇上敌机空袭,就分散到田野或树林里躲藏,当发现敌人在逼近时,则再一次收拾书籍及仪器设备匆匆西行&"[0/]据许良英回忆:"就在我到校前三天,.
1架敌机向浙江大学标营校舍(全是茅草盖的)投了.
.
1颗炸弹&"[0.
]从.
234年.
.
月到.
25.
年4月至湄潭,王淦昌随浙江大学迁移六次,历时近5年&王淦昌经常对学生说,"罗马不是一朝一夕建成的",没有长期的、不间断的努力和积累,不可能取得好的科研成果&他不仅这么说,也是这么做的&王淦昌不仅承担教学任务,而且从没有中断过研究工作,同时他还密切关注国际上研究的新情况,掌握物理学界的主要动向&对于科学家来说,没有文献是难以了解情况、开展研究工作的&浙江大学订阅了大量的国外期刊,但由于战争,不能如期抵达&在宜山,国外期刊要绕道海防,从越南进入广西,才能到达学校,往往看到杂志已时隔半年之久,而且一到就是几大包&但是每到此时,王淦昌总是如饥似渴地阅读,不管是物理还是化学期刊,他都从第一页读到最后一页,他始终怀着极大的兴趣寻找新现象[6]&对当时国外杂志上已发表的实验论文中一些重要数据,他都一一清楚地记得,常常脱口而出&他还特别善于通过数量级来判断一个新发表的实验结果是否可靠,一种新实验的设计是否高明[00]&对于文献上提到的一些物理实验,在条件可行的情况下,王淦昌还亲自动手进行实验验证,或者在系里就新的研究方向举办学术报告,在同事之间交流信息,并开阔学生的思路&物理学家束星北就曾经说过:"王先生熟悉文献资料,他那里想法很多,可从他那里得到启发和研究课题&"[03]王淦昌自己也说:"在那个时期,我觉得自己比较成熟了,敢想问题,也想得很多&"[6]浙江大学到达遵义、湄潭后,有了一个相对安定的环境&王淦昌开始利用这段时间考虑了许多问题,从.
250年至.
254年,这五年时间,王淦昌自己单独发表或与人合作发表的文章就有十四五篇,其中,在美国、英国物理刊物《物理评论》(7!
89)和《自然》(=*"'>;)上发表的文章有4篇,在《科学记录》上发表了3篇&而在这些研究工作中,尤以"搭桥"性的工作,为别人提出实验建议的工作成绩最为显著&在战争岁月里,要钻研前沿问题,缺乏必要的实验条件,只能做"搭桥"工作&可见,这段时期,尽管生活艰苦,王淦昌的学术思想却极为活跃&对于中微子问题,王淦昌始终给予高度地关注&在湄潭期间,他集中阅读了几年来发表的有关中微子研究论文&上面已经提到,早在三十年代,王淦昌在迈特纳的指导下就接触到!
衰变、中微子等问题,他不同意玻尔等人认为!
衰变违反能量守恒的论点,相信存在中微子,并且可以测量&但是王淦昌非常清楚,泡利的假说和费米的理论虽然都很出色,但是,假若没有实验来验证中微子的存在,他们俩人的工作成果还仅仅是理论预言&但是,中微子没有电荷,不参加强相互作用、电磁作用和引力作用,只参加几率极小的弱相互作用,不易直接用探测器发现,因此,探测中微子十分困难&王淦昌注意到.
232年克兰(>*,;)和赫尔彭对过程(313A>31B;BB"中的反冲效应的研究&.
231年和.
232年,美国密歇根大学(C,)9)"8DEF)+!
)G;,)的克兰和赫尔彭在回旋加速器上,用氘核轰击=*([05]或FG(0[06],产生放射性(31,并用云室测量(31放射出的!
射线及反冲原子核的动能和能量&通过大量实验,他们只能确定在这个过程中存在第三个粒子,但并没有确凿的证据证实这种粒子就是中微子&王淦昌经过反复思考,认为他们的实验存在缺陷,如果把实验改成用H电子俘获的方法,!
衰变的末态的三体就可以转变为二体,有可能探测到中微子&王淦昌写了一篇题为《关于中微子探测的一个建议》(AI'GG;9")D,D,"!
;J;";+")D,DED)[0K],寄往美国《物理评论》&该刊于.
25.
年.
/月.
3日收到王淦昌的论文,并在.
250年第.
期上发表&王淦昌建议用L;4来完成实验,L;4有两种H电子俘获过程:L;4B;H3M)4B"L;4B;H3(M)4)!
B"只要测量反应后的元素的反冲能量和动量,就很容易找到放射出的中微子的质量和能量&·!
"#·物理学史和物理学家!
"#卷($%%&年)$期!
01,12!
图3!
345"年美国《现代物理评论》发表6,7,8929)/2:;/的长篇综述论文,高度评价王淦昌提出的关于中微子探测的建议,本图为该论文的部分复印件!
!
按照杨振宁的说法,王淦昌给"山穷水尽疑无路"的中微子存在验证,带来了"柳暗花明又一村"的境界[3],他又说:"这是一篇极有创造性的文章,在确认中微子存在的物理工作中,此文一语道破了问题的关键,"[$2)根据王淦昌提出的建议进行了实验,&月阿伦就发表了他的实验报告,取得了肯定的结果[$],345"年美国《现代物理评论》(@>A/>+9BC9D>E2F'G:/1:)发表科诺平斯基(6,7,8929)/2H:;/)的长篇综述论文"!
衰变",高度评价阿伦按王淦昌提出的利用I>DC>('9D:9BK>(>1(/2L('>M>-(E/H29)["3],他说:"阿伦已经完成了这个实验并获得了肯定的结果,可是,正像一些作者评论的那样,这还不能被认为是中微子存在的决定性的证据,因为这一方法仍然可以做较大的修正,现在,我们提供一些解决问题的新方法,"["%]文章中,王淦昌根据近几年来新的实验结果和进展,详细地提出了探测中微子"种不同方法,并在最后提到可以利用介子衰变探测中微子存在的可能性,第一,王淦昌仍沿用了克兰和赫尔彭原有的实验思路,只是在放射性元素上进行了调整,上面已经提到克兰和赫尔彭实验中用N.
"的!
衰变,他认为N.
"的!
射线能量只有#C>A,所以反弹核的能量较小,因此会影响探测效果,他说:"如果让云室充满N3"和M35气体,并用3%%C>A的O射线照射,在云室中就会产生I3$,因为I3$有较大的!
射线能量(3$C>P)和相当小的质量,所以它比用N.
"(!
射线能量为#C>P)更容易探测和测量反冲核的动量,"["3]考虑到I3$的寿命只有%,%$$:的时间,实验上可能会有困难,所以,王淦昌又提出用寿命为:的放射性元素M3&,他认为这两个放射源均会比N.
"效果更好,会有机会观察到中微子,第二,王淦昌考虑了M0$5在发射!
射线之后,再放出"射线和发生内部电子的转换,利用反冲核和放出的粒子的角度探测中微子,他说:"如果发现!
总是3%度,这将表明在!
衰变中绝没有中微子放出,否则,能够利用守恒定律发现中微子的能量和动量,从统计意义上检验费米理论,"["3]第三,王淦昌进一步扩展了他在345$年首次提出的8俘获的实验思想,提出利用像I>上发表《中子的放射性》一文["$],提出探测中子衰变的方法,他建议让一个强中子源放在石蜡中,用被石蜡减慢速度的中子再轰击装有液态重氢的容器,达到探测中子衰变的目的,345&年,在M0(-E>上,他又发表《中子与反质子》[""]一文,就卡皮查(80)/(Q0)关于宇宙线谱过程中发现了反质子的报道,提出探测反质子存在的建议,·!
"#·物理学史和物理学家!
""#:物理宇宙射线是一种来自地球外的高能量的粒子射线,由于宇宙射线有着巨大的能量,当它进入地球并与大气中的粒子发生碰撞之后,会生成许多新粒子,因此,宇宙射线为科学家研究粒子物理学提供了天然的实验室&为了寻找新粒子,宇宙射线成为王淦昌积极探索的课题之一&.
)此云室为王淦昌自己设计,并利用废旧材料、因陋就简制作起来的&据王淦昌的学生回忆,没有橡皮膜,就找一个破球胆代替&在云室制作成功后,王淦昌非常高兴,还指导学生认识云室中的粒子径迹&关于此云室的情况,可参见胡济民、许良英等&编的《王淦昌和他的科学贡献》一书,散见于各回忆文章中&在粒子物理学中,探测技术和手段是研究的必要条件&探测技术的精确程度直接影响着结果分析和判断&/0世纪10年代,探测宇宙射线的有效手段有计数器、云室和乳胶底片三种方式&在湄潭,物理系只有一台自制的小云室.
),因此,要对宇宙射线进行探测记录,几乎不可能&王淦昌参考了相关研究文献,充分了解了计数器、云室和乳胶照相三种方法各自的优势和不足之后,试图提出第四种探测宇宙射线的新方法&在.
213年第.
期《科学记录》上发表了王淦昌"关于适合宇宙射线粒子新实验方法的一个建议"[41]的论文,他说:"现在提出一种新方法,此方法将具有这些仪器所有的优势但又摒弃其不足&假设在室温下配制一种化学制品,使它形成一块透明的胶,或者最好是一种像玻璃的固体&当一个带电粒子,如介子、质子或!
粒子,穿过这一固体块时,由于电离发生化学反应&当一束具有合适波长的光照射它时,粒子的径迹将成为带色的或发出荧光,可以看见&这一原理与!
射线打在乳胶底片上的反应极为相似,但它们的效果又有些不同&因为此化学块是三维的,而照相底片仅有两维&而且,它既不需要显影,也不需要定影,也不会被可见光干扰&"尽管王淦昌提出的这一想法非常简单便于操作,但是他没有对这一问题进行更进一步的研究,而只停留在定性而非定量的阶段&即使如此,宇宙射线新实验方法的提出,也充分反映了王淦昌的思维极为活跃,敢于想问题,大胆提问题的闯劲&这同样是王淦昌试图克服在战争年代实验设备短缺的困难,进行"搭桥"工作,力争为物理学发展做出贡献&在湄潭,王淦昌对宇宙射线的研究,也为他.
234年领导建立云南落雪山宇宙实验站,利用多板云雾室和磁云室研究基本粒子及其相互作用,使中国宇宙线研究进入当时国际先进行列,奠定了基础&[43]王淦昌早期科研工作,实际上,也为他今后的科研成就的取得做了准备&.
235年,王淦昌赴前苏联杜布纳联合原子核研究所工作,在他的领导下,研究组发现了反西格玛负超子,成为该所重要的成果&.
250年,王淦昌参与了我国原子弹、氢弹原理突破及核武器研制的试验研究和组织领导,是我国核武器研制的主要奠基人之一&4-结束语"前事不忘,后事之师"&尽管事情已经过去了近六十年,但现在回忆中国前辈科学家艰苦环境下研究工作,对目前科研工作仍具有现实的意义&王淦昌不仅是一位物理学家,进行物理学前沿的探索研究,而且他还是一位优秀的教育家,言传身教,为我国培养了大批物理人才,他们同样在科研工作中做出了突出成就&王淦昌是我国早期科学工作者的突出代表,他们既有严谨的治学态度,又有极强的爱国热忱,在国家处于战争状态,自己和家人的生活,乃至生命都受到威胁的情况下,仍不敢忘忧国&他们痛感祖国科学文化落后,受人欺凌之苦,为发展我国的科学和教育事业而不辞辛苦、呕心沥血,取得了许多成果,充分表现了中国前辈科学家脚踏实地、执志若金的奋斗精神&这些成果并不是在明窗净几、设备先进、资料充足的科学实验室中获得,而是在四处漏风的破庙中,陋室里,夏天多蚊蝇,冬天少煤火的情况下完成&许多论文都是在点着的柏油灯下,在粗糙的稿纸上写成&特别是,王淦昌在困难的环境下,结合自身的特点,积极思考,大胆创新,寻找新的研究方法,在理论研究与实验工作之间"搭桥",即使用现在眼光视之,仍不失为科技工作者学习的光辉典范&笔者撰此文回忆和赞扬以王淦昌为代表的中国前辈科学家"苟利国家生死已,岂因祸福避趋之"的忘我的精神,并非崇尚艰苦、简陋的条件,而是认为目前中国科研条件与前辈科学家相比,已不可同日而语&在这样的研究条件下,年轻研究者更应寻找适合自身特点的新方法,争取有所建树,而不是盲目抱怨,为少有优秀科研成绩涌现寻找籍口&致谢-感谢中国科学院理论物理研究所刘寄星研究员对本文提出的建议和修改意见·!
!
"·物理学史和物理学家!
"#卷($%%&年)$期!
01,12参考文献[3]张奠宙,杨振宁教授谈中国现代科学史研究,科学,3443,5"($):6"[7'02897,0287@/A1-AAB@('B;BAB0;1'HB@,:-;A-/28BI1B.
.
B21B———G028JEKAE';!
"#$,B@,G028JE02@W/AF1/B2(/=/1EN,\2('BL/(.
B-W,W-028>],L'BEBHZ02@F1/B21BY0A(B;A,F'028'0/:]-@02'2/^B;A/(D:;BAA,$%%%,3%$(/2E'/2BAB)][33]李瑞芝等编,核物理学家———王淦昌,北京:原子能出版社,344&,$Q[R/E7!
"#$,B@,S-1.
B0;:'DA/1/A(———G028J02T1'028,NB/O/28:S(-02,02O/28:02O/28'2/^B;A/(D:;BAA,344$,"%"(/2E'/2BAB)][3Q]施士元,从核物理黄金时代谈起,见:胡济民,许良英等编,王淦昌和他的科学贡献,北京:科学出版社,346Q,3[F'/F>,L0.
a/28=;,W0287,Y;,G028JE02@B-(;/2:,X02XE,:;B=01B,V2:G028JE,FB.
B1(B@G<;aA<=G028J021'028,NB/O/28:F1/B21B:;BAA,346Q]·!
"#·物理学史和物理学家