中国的爱因斯坦:束星北档案 第三章 天下第一才子

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竺可桢时代的浙江大学群星璀璨,束星北是当时公认的最为杰出活跃的代表。在一些人眼里,束星北属于那种秉性出众、智慧超群的天才人物。他的学生程开甲对老师的评价是:那个时代,像束星北这样集才华、天赋、激情于一身的教育学家、科学家,在中国科学界是罕见的,他的物理学修养和对其内涵理解的深度,国内也是少有的。  许良英(中国科学院自然科学史研究所研究员,40年代浙江大学学生):  我第一次听束先生的课,是1939年10月在广西宜山,听他为浙大物理系二年级学生开的“力学”(即理论力学)课。上课前,听说这门课要从牛顿运动三定律讲起,我很失望。因为牛顿运动定律我已学过四遍(初中三年级的物理,高工一年级的物理课和二年级的应用力学,以及大学一年级的普通物理),以为自己早已懂得,没有什么可学的。而我在上大学前读过十几本关于现代物理学的通俗读物,知道一点相对论和量子力学的基本知识,急于想跳过250年前牛顿的古典理论,径直学习20世纪的新物理学。想不到听了束先生的第一堂课,我觉得自己的想法完全错了,原有的自满情绪也就破灭了。  束先生讲课的最大特点是:以启发、引人深思的方式,着重、深入地讲透基本物理概念和基本原理,使学生能够融会贯通地理解整个理论框架。他由日常所见的自然现象出发,通过高度的抽象概括,从各个不同侧面,对基本概念和原理进行透彻的分析。并不厌其详地动用各种唾手可及的实例,深入浅出地反复论证,使学生能够一通百通地领会、掌握基本概念。他讲课,既不用讲义,也不指定参考书,黑板上也没有可供学生抄录的工整的提纲,而只是用质朴生动的语言,从大家所熟知的现象,来阐明物理理论和思想。他举止<随意>不修边幅,说话非常随便、直率,喜欢在教室里到处走动,还爱坐在课桌上高谈阔论。  力学第一课,他先讲物体的运动,接着讲速度、平均速度、瞬时速度,由此引进数学上的极限和微分概念。然后着重论证,是运动的变化,而不是运动本身需要“原因”。所谓原因,是指外界影响,可以叫做“×”或“鬼”,牛顿把它叫做“力”。以前人们,包括希腊哲学家亚里士多德,都以为物体运动总需要一个推动者在不停地推动着;伽利略和笛卡儿却发现,只有当运动状态改变时,才需要有外界的影响。就这样,他把古代运动观和近代运动观作了鲜明的对比,把哲学和物理学融为一体。  这一堂课,我听得出神,觉得茅塞顿开,精神上得到很大的享受。就这样,束先生把牛顿运动三定律足足讲了一个月,而其回味无穷。对比之下,以前我虽然学过四遍运动三定律和两遍微积分(高工二年级学第一遍),也能熟练地运用牛顿定律解决不少力学问题,但对于运动和力并没有形成清晰的物理概念,实际上是似懂非懂。由此我才开始真正领会什么叫理论,什么叫原理……  通过束先生的课,我比较彻底地理解了牛顿力学基本概念的物理内容。对于古典物理理论的完整性和一致性开始有了欣赏能力,认识到了基本概念和基本原理的重要性,并且开始养成对问题穷根究底的习惯……  在宜山,力学课只上了一个多月就中止了,因为日寇从钦州湾登陆进犯广西,浙大不得不开始第五次搬迁,迁到了黔北遵义。正当我们陆续到达遵义准备复课时,束先生获悉父亲噩耗,即请假赴上海奔丧。力学课由另一位教授代教。这位教授照本宣讲,平铺直叙,引不起我多少兴趣,因为所讲的内容,任何一本力学教科书中都可以找到。我只盼着束先生早日回来。1940年6月束先生回到遵义,给我们讲牛顿力学的发展——分析力学,着重把拉格朗日方程和哈密顿原理讲透,使我们并不很困难地攀登上古典力学的第二座高峰。  我还有幸在三年级听束先生开的“热学”(即热力学)课。他讲热学也像讲力学那样,用一个月的时间讲热力学第二定律和“熵”概念。他用高度的哲学概括,把自然界中的变化分为两种:一种是不可回复的,如人的死亡,生物的生长。一种是可回复的,如2个H2分子和1个o2分子合成2个H20分子;一个物体从A处位移到B处。而可回复的变化又可分成“真变化”和“假变化”两类。真变化是指:在变化后虽然可以使其中一物或状态还复,但在还原过程中必然要使另一物或状态引起变化;即使再令这种变化还原,可是其它地方又发生了变化。如此继续下去,纵使竭尽种种方法,也终不能使一切事物或状态都恢复到变化以前的情况。两个不同温度的物体相接触所出现的就是这种真变化。假变化是指还原过程中至少可以用理想方法使之丝毫不留任何痕迹于宇宙间的那处变化。卡诺热机的运行,平衡状态下压缩气体,都属于这一类。这样,他就把不可逆的变化称为“真变化”,把“熵”理解为真变化的精确量度,使物理概念增添了丰富、深邃的哲学内涵。①  周志成(原中国大百科全书出版社副总编辑,四十年代浙江大学物理系学生):  物理学既是实验科学,又是思辩科学。它从自然哲学演变而来。不论是实验物理学家或理论物理学家,不论是做研究或教学工作,都需要科学的哲学思想的指引,才能出色地完成任务。束先生就是一位有哲学头脑的物理学家,他把亲身的体会贯穿在课堂教学中,把我们这些初学物理的大学生,一步步地领上了较正确的道路。    

 

1940年秋,我和同班同学金德椿相约从电机系转到物理系。当时的工学院和理学院的课程安排很不相同,工学院的选修课极少,理学院的选修课占很大比例,该怎么选才好,金就带我去找他高工同班同学许良英,许帮我们出主意后,接着说,物理系有两位大师王淦昌和束星北,要我们抓紧机会听他们的课。束先生讲得较难懂,但理解后很受用。那一年束开了理论力学,王开了电磁波(相当于现今的电动力学基础),我都选了,有幸在一年中听了两位大师的课。  ……  束先生讲课的内容与众不同,听完别的老师的课,再找一些外文课本和专着来读,就会感到老师在哪些方面把课本的内容深化了。束先生讲的内容,很大部分在书中找不到,而且每一节课都有所未闻,甚至〈都是些〉意想不到的新内容。如果接连有几节课印象不深,我就怀疑自己学习不专心了。我用最珍爱的活页厚道林纸笔记本来记(课堂笔记),但我的笔记能力比同班的邹国兴差得远,他的井井有条,在全系甚至全校都出了名。我一向记得很乱,束先生的思想又跳得很快,怕漏掉内容,不及消化就记,就更乱了。复习时又加了许多记号和内容,更乱中添乱。就这样一本乱七八糟的笔记本,我视为至宝,从湄潭带到桂林,又从桂林步行背回湄潭,为了减轻负担,把较重的衣被连笔记本的皮面都丢了或卖了,唯独束先生的讲课笔记没有丢。以后它还跟着我到杭州、北京和新疆,派了不少用场,可惜“文革”期间丢失了,因此我不能按笔记系统地整理束先生的物理学观点,只能凭记忆一鳞半爪地介绍一些印象。  束先生讲力学时要我们从最基本的变化即位置的变化来研究物体的运动。例如我们都觉得相对运动不难学,无非是用向矢量减法求相对速度和加速度。束先生说那只是一时一地的〈相对运动〉,真正的相对运动是从一个运动物体看另一个运动物体的全过程,那才是完整的全面的。  ……  束先生还特别注意物理量的可测度性,在讲到瞬时速度时,用到了无穷小的概念,他就问什么叫无穷小和无穷大。我们就说小到不能再小,叫无穷小,大到不能再大,叫无穷大。束说这是数学和哲学中的无穷小和无穷大,是理想的,不可测度的,但物理学中研究的量必须是实际的,可以测度的。小到或大到一定程度就可以认为无穷小或无穷大了。例如地球绕太阳的公转运动,隔1天,方向的变动不到1°,1小时只0·04°,1分钟只差0·0007°;速度的数值,1分钟平均只差0.002米/秒,相当于公转速度的万分之7。1分钟内完全可视地球作匀速直线运动,因此1分钟可视为无穷小。如果要求程度不高,1小时乃至1天都可视为无穷小。同样,在静电学中提到无限大均匀带电平面附近的均匀电场,实际上平面大到一定程度,中心附近的电场足够均匀时,就可把平面视为无限大。这番话使我们了解物理学中的无限小和无限大实质上都是近似无限小和无限大的有限量,在以后学到无限长载流导线,无限缓慢的准静态过程都不认为难以想象了。  束先生对牛顿运动三定律讲了一二个月,许多内容都是从未听到、看到和想到的。当时普通物理和中学物理教材对牛顿定律特别是第一、第三定律介绍得非常简略,远没有我国当今教材分析的〈得〉深入(我甚至猜想因束先生的同事王谟显先生和(他的)学生雷树人参与大、中学教材的编写,而把束先生的精辟分析已渗入到教材中了)……  对于牛顿的第三定律,束先生强调力的相互性和成对性,即作用和反作用是成对出现、成对消失、也即是相互依存的。它们又都属于同一类型的力,或都是万有引力,或都是弹性力,或都是摩擦力,决无例外。而且不论相互作用的物体作出什么样的运动,这个定律永远成立。实验证明,根据这个定律推出的动量守恒定律对高速运动的微观粒子依然成立。即定律的应用范围超出了经典力学范围。然后他又分析我们同学间争论不休的一个问题:马拉车的力和车拉马的力,大小相等,方向相反,为什么马和车还能起动?他说两个大小相等、方向相反的力作用在同一物体上即同一马或同一车上,当然不能加速;但作用和反作用力是作用在不同物体上的,对马来说受到车的向后拉力以外还有地面给它的向前的力,如果后者大于前者,马就能加速前进;车能否加速也要看它所受的合力。所以作用和反作用力决非平衡力,而一对平衡力也决非作用和反作用。从而彻底澄清了我们对这定律的误解。  在分析系统的动量变化时,束先生强调划分系统内力和外力的重要性。他说“力举千钧而不能自拔其身”,系统内力的作用和反作用都在系统内部,产生的动量大小相等,方向相反,不可能使系统的动量有变化,要改变整个系统的动量,只能依靠外力。把汽车视为一个系统起动时,引擎可使汽车的一部分例如轮子转动,但若没有地面的磨擦力,只能空转,不能前进一寸。从而,他就引入动量守恒定律。在分析系统的动能变化时,他也不把问题局限在质点动力学的范围,而扩及到物体系统的全过程。例如子弹打入冲击摆的过程,他说由于子弹射入到相对地停止在摆内的时间极短,可以忽略摆线的拉力和地球引力的影响,即不计外力,所以在这种过程中动量守恒;但因冲击摆块的质量远大于子弹,尽管摆块和子弹间的作用和反作用力大小相等,但子弹的位移远大于摆块的位移,子弹损失的动能就越大于摆块获得的动能,所以在这过程中动能或机械能不守恒,很大一部分转化为其它能……    

 

束先生还特别重视伽利略相对性原理,他说一切力学定律,都要经得起伽利略变换,即在一切惯性系中都成立。因此他要我们用不同的惯性系来研究同一物理问题,使我们理解尽管在不同惯性系中,外力作的功以及物体或系统的动量、动能及其变动值都不同,而所得结果却是相互适应的。他也要求我们用惯性系和非惯性系两种方法来分析同一个较复杂的力学问题,而求得同一的结果。例如要我们分析升降机和列车加速时其内部的摆的运动,使我们认识到这相当于重力的数值和方向有了变动。这些不仅使我们更深刻地掌握〈了〉力学概念和方法,也为我们学习狭义〈相对论〉和广义相对论打下了基础。  束先生最反对学习上的浅尝辄止,一知半解就自以为是,多次强调:“知之为知之,不知为不知。”不要弄虚作假。他说,有些概念、定理或问题,乍看觉得简单,再思觉得很复杂,又再深思,复归于简单,才真正学到了东西。有些问题百思不得其解,这是难点,往往也是重点,经千思万虑,终于把问题弄清楚了,这就一通百通,解决了你在物理上的重大疑点,能大大地前进一步。有许多物理学的见解认识,只能意会,不能言传,这不是神秘主义,也不是老师卖关子不愿说,而是你们还没有想到这一层,老师越说就越糊涂。所以不能满足课堂上学到的,要知一反三,要紧追不放。他还规定,做作业时,不能满足于推算出一个公式,而要讨论公式中每一项的物理意义,还要讨论公式成立的条件,在特殊条件(包括初始条件)下公式的简化等等,推动我们往深处思索。  束先生在讲授力学时的许多精辟见解,远非本文所能概括。可惜我们刚学到分析力学〈时〉,束先生就因奔父丧回上海了。等他回到湄潭,我们快毕业了,只学了一点狭义相对论。但束先生在分析长度和时间的悖论后说,两个作相对运动的惯性系,你看我的尺短了,钟短〈慢〉了,我看你的尺,钟短了,慢了。产生这个似是而非的结论,是由于同时的相对性,理解了同时的相对性,即你的两地同时和我的两地同时不是一回事,相差v1/c2(v是两惯性系的相对速度,1是两地的距离,c是光速。公式中出现:v1/c2或其导数vu/c2(v是物体一惯性系中的速度),都是由于同时的相对性。因此尽管我几十年未和相对论打交道,但现在看有关相对论的文章时,不会感到有很大的困难。②  程开甲(中国科学院院士、国防科工委顾问、中国第一颗原子弹研制的开拓者之一、中国核武器试验事业的创始人之一,四十年代浙江大学物理系学生、束星北的研究生):  ……我第一次见到束星北先生是在1937年秋,那时抗日战争已经开始,浙大将一年级新生迁往天目山善源寺上课。一天,束星北先生来到天目山,一年级物理老师朱福先生请他吃晚饭,我们几个一年级新生去找束先生,请他和我们谈谈。他当时同意到物理实验室去谈。他一开言便考我们,他摆动一下桌上的天平,问我们为什么会摆动。用这例子讲,学物理就是要把遇到的现象能分析解释。这就是我们进浙大所受〈听〉到的生动的物理学第一节课。以后一年中,浙大又迁往江西泰和乃至广西宜山才定下来。那时我们已是二年级。听束先生的理论力学。他的讲法令人感到物理现象和生活〈是〉融和在一起〈的〉。就力学〈来讲〉必须弄清什么是速度什么是加速度。这是掌握牛顿第二定律的实质。因为速度是相对的,力和加速度是绝对的,而相对加速度只能是运动学上〈的〉名词。对此有深刻的准确的认识才能对力的特性有所认识。束先生第一次考试出了这么一个题:“月亮同时受地球和太阳的引力,而太阳的引力比地球的引力要大得多,为什么月亮跟地球转了?”我们有几个人答对了,他上课时说:我心中十分高兴,你们答对了。从这里〈可以〉看出他是如何深思熟虑地〈的〉将科学知识传授给学生〈的〉,有深刻的内涵和启发性。你能忘记这个考题么?像这样的事例在他的教课中很多,大家都说束先生的课难学,但能真正学到手。  我们在二三年级时,经常参加物理系的讨论会,其中有束先生讲的傅里埃变换、光谱特性,其中他就埋伏了为量子力学中的测不准关系而分析研究了光学中的频率和时间分散关系△v·△t~1。其后讲量子力学,直到用Darwin计算的Dirac的方程。但在这之前,他有意从光谱精细结构中的拉莫进动,又加〈入〉Thomas进动来说明,再用Pauli自旋理论,最后一下子进入Dirac理论,使人觉得好的成果并非天上掉下来〈的〉,而是几代人努力的结果,使人珍视一个科学真理的来之不易。他常说,“物理学真理是逼出来的,是逼上梁山。”他结合朱正元讲他如何测量4686这一条谱线及其精细结构来讲相对论量子力学。这样,使学生们认识到物理学是存在我们生活实践中的。  1939年我们进入三年级,束先生的课开始教数学方法和工具。主要讲:⑴正交函数及希尔伯特空间。⑵格林函数及积分方程。⑴是引入量子力学中的教学方法。但是⑵在当时还不能看到在量子场论或其它多体问题上的应用。1940年年初,〈束先生〉就提出用特异点解微分方程这一方法,可是真正有大的应用一直要在Feynman理论出来以后,这真是令人惊异。这门课因为浙大再次从宜山迁往遵义,没有能讲完。到遵义后,束先生一方面讲量子力学、电动力学和相对论。相对论是作为讨论讲座,教师们都参加听。束先生讲的相对论又是与众不同。他十分强调同时性的物理概念,用了许多Paradox阐明观点,去掉模糊思想。另一方面,他又从以太理论的许多实验中,如以太风等困难〈的问题〉,一步步逼近相对论。〈告诉人们〉相对论在于转变牛顿的绝对时间,是一个革命性的突变。因此,自然要再三强调时间的相对性。对于罗伦兹变换,他是从Maxwell方程出发,达到光速不变的要求从而得出来(〈按〉他说法〈是〉“逼上梁山”)。他也向我们演算如何凑出这个变换。因此,听了束星北的相对论,就不觉得相对论神秘,而是懂得认识真理必须经过一系列的实践过程,这是非此不可的惟一途径。    

 

在遵义我是四年级了,他开的热力学和量子力学的讲演也很独特,〈他〉着重讲了两种永动机失败的许多实例,并从中得出结论:热力学过程中的规律是只有在可逆变化中。世界上总的熵是不变而且熵可以积分成为状态的函数,其它过程的熵只能单调增加。把熵描述成可以捉摸的物理量,不像一般的〈地〉叙述为数学公式。他十分强调热的概念:只是在能量流入或流出物体时才称为热,其余的不是“热能”,是内能。这样既生动实际又严格的〈地〉描述热力学的第二定律,给学生一个正确和具体的观点。实际上这是在排除接受常有的热力学中许多错误的认识。  他讲的量子力学,十分强调测不准原理的事实根据,从实际测量中或数学推导中引出:将原理化成与实际等同。但这与实证论(Positivism)不同。规律性只要有实践证明,并非要求每一过程的规律都要重复的证明。他讲量子力学着重坚持实践的结果,而不必过分去猜测超实践的问题。这就排除了爱因斯坦等人去寻找隐函数的问题。量子力学本身是一个完全〈的〉系统,并不需要和可能有更多的内在规律,只要严格推导他(它)就可以了。比如按量子力学,同一核子为什么先后不同时间衰变发出粒子,我们回答这是量子力学讲几率。再问为什么有几率不同?那就问到家了,他指出“你说相同的核子,其实核子本来不都相同的!”这真有些像禅宗惠能回答的“本来无一物,何处染尘埃”。从这里可以看到束先生对原理真是深思熟虑,已经深入到哲学境界了。他引用玻尔在原子光谱和自然描述(Atomic spectra and description of Nature)一书中最后的结语,描述量子力学:在这个宇宙的戏剧之中,我们同是观众也是演员。③  40年代的浙江大学物理系和数学系的学生,对束星北的教育才能是有口皆碑的,特别是曾经受教于他的学生认为,对物理学研究得这样精深且又阐述得如此清楚的人国内难有出其右者。就连他的好友王淦昌在谈到他的教授方法时,也很是钦佩有加:“〈束星北讲课〉既不用课文〈本〉,也不写讲义,常常是结合日常生活中所遇到事物深入浅出讲解新概念、原理等,讲得非常透彻,学生们都爱听他讲的课,这一点我是无论如何也学不来的。”④  束星北的才华与其在物理学上的水准,从他同王淦昌的关系上也能够反映出来。  出生于江苏省常熟县支塘镇枫塘湾的王淦昌,是1925年清华大学首届本科生,一年后分科进了物理系,从师于叶企孙教授(1898—1977)和吴有训教授(1897—1977)。两人都是中国着名的实验物理学大师和中国近代物理学先驱。两个大师都特别强调学生从事实验物理学研究的本领,充分掌握物理实验的技巧,努力提高实验的精确性,把对物理理论的理解建立在牢固的实验事实与基础之上,使王淦昌一涉足物理学就获得了严格训练,并为日后驰骋物理天下打下了坚实的基础。  王淦昌1930年考取了江苏省官费留学研究生,来到柏林大学威廉皇帝化学研究所放射物理研究室,从师于被爱因斯坦誉称为“我们的居里夫人”的杰出物理学家迈特内。研究所地处柏林郊外的一个叫达列姆的小镇。他在这个名不见经传的小镇子的实验室里常常工作到深夜。实验室的大门晚上十时关闭,王淦昌只好翻墙越户回到自己的宿舍。只有两种情况使他奔走于柏林城内的校部与小镇达列姆之间。一种情况是去听大师的讲演(他曾听过物理大师薛定谔的几堂波动力学课)。另一种情况是参加每周一次的Seminar,Semi-nar是德国物理学界群英荟萃的讨论会,王淦昌从中吸取了多少新思想新方法,自己也难以记清了。但是正是这样的柏林城内与达列姆之间的奔波,成为他日后成为物理大师的必要的准备。  1930年到1934年,王淦昌留学德国的四年里,正是现代物理学史上的黄金时代。量子力学取得了巨大的成就,原子核物理和粒子物理也得到了飞速的发展。狄拉克提出空穴理论,预言了正电子的存在;泡利提出了中微子假说,以解释β衰变的连续能谱;查德威克发现了中子;安德逊在宇宙线中找到了正电子;费米提出了β衰变理论;约里奥和居里夫妇二人发现了人工放射性。滚滚海潮般的前沿理论和科学发现,冲击着迈特内和尤重实验物理学的王淦昌。他和老师敏锐地捕捉辩识着现代物理学的发展方向。也就是这一年,王淦昌两次在柏林大学本部参加了意义深远的物理讨论会。从讨论会上他知道了玻特和他的学生贝克以前做过一个实验,用放射性钋放出的α粒子轰击铍核,发现了很强的贯穿辐射。他们将这种辐射解释为γ辐射。而γ辐射与元素衰变的关系,他的导师迈特内早在1922年就做过实验研究,对γ辐射的性质也作了一些探索。王淦昌的脑子里突然闪出了火花。他对γ辐射能否具有那么强的贯穿能力所需要的高能量表示怀疑。玻特在实验中用的探测器是计数器。王淦昌想到的是,如果改用云雾室作为探测器来重复玻特的实验,也许就会弄清那种贯穿辐射的本性了。当他将自己这个伟大的设想告诉给迈特内,建议用一个云雾室着手研究玻特发现的这种贯穿射线时,迈特内没有同意。两年后(1932年2月17日)身居世界科学中心的人们,突然在世界最权威的科学杂志《自然》上看到了一颗光耀新时代的太阳——查德威克——照亮了柏林上空。那一天,也许只有迈特内心绪复杂地想到,这个“太阳”正是采用了王淦昌两年前向他建议采用的实验手段——用高压电离室,计数器和云雾室——来重复玻特的实验,才证实了那种贯穿辐射的名为中子的中性粒子流,并计算出这种粒子的质量。几天后,居里夫人公布了他们用云雾室再次进行的这项实验的结果,成为查德威克成功实验的佐证。这样上帝将本应该戴在王淦昌头上的1935年的诺贝尔物理学奖桂冠戴到了查德威克头上。⑤    

 

王淦昌来到浙江大学后,最重要的科研成果是“关于探测中微子的建议”。  早在1914年,查德威克就发现放射物质辐射出的γ射线、α射线的谱是分立的,而β射线的谱却是连续的。这似乎与原子核处于分立的量子状态的事实不一致,产生了所谓能量危机——即能量似不守恒。玻尔认为,在放射β射线时,能量仅在统计的意义下守恒,对于单个的反应并不守恒。可是,1930年12月4日,泡利在致“蒂宾根地区物理会议放射组”的公开信中提出:“在原子核内可能存在一种我称为中子的电中性粒子。但是泡利对自己的猜想并没有充分的信心。1933年,在中子发现后,费米提出了β衰变理论,认为中子蜕变为质子、电子和中微子(即泡利所说的中子)在理论上肯定了中微子的存在。由于中微子不带电,静止质量接近于零,因此这类实验十分困难。1941年前,虽然已有不少物理学家做过这方面的实验,但都没有取得确凿地证实中微子存在的结果。  王淦昌意识到中微子实验的重大意义,虽在抗战颠沛流离中,他却一直关注着这个题目。他所在的理工学院随浙江大学经五次搬迁后落脚在贵州遵义的湄潭,条件极为简陋,国内也没有必需的实验设备,他只能将自己潜心研究证明中微子存在的实验方案写成论文,发表在美国的《物理评论》上,文章发表后,在物理学界引起了轰动。  王淦昌《关于探测中微子的建议》的关键之点,就在于把普通β衰变末态的三体变为k俘获中的二体。这就使得中微子的探测有了实际可能。美国科学家阿伦教授据此进行了实验取得了肯定的结果。以后,又经罗德拜克、阿伦等科学家的多次实验,王淦昌于1941年提出的建议,最终在十年之后(1952年)取得了成功。这项成果也成为当年国际物理学最重要的成就之一。⑥  束星北与王淦昌,尽管经历不同,性情更是形同宵壤,可是对科学事业的执着与严谨的精神相同。在专业上,两人虽各有所长,一个擅长理论物理,一个擅长实验物理,但整体实力相当。从学业经历上讲,两人都乘坐过“科学英雄时代”的列车,都是中国现代物理学界的领军人物。  两个才华非凡而又个性迥然的人在浙大遭遇后,遂成为“对手”和至交,他们既能相互冲撞启发,又能相互吸收弥补。他们在课堂上常常是针尖对麦芒,互不相让,形同两军对垒。如在湄潭时期,两人曾为大学四年级学生专门开设了“物理讨论”课程。课程分甲、乙两种。甲是由全系教师和四年级学生轮流作学术报告。乙主要是由束星北和王淦昌就物理学前沿课题作学术报告。学术报告实际上两个人和全体学生共同的讨论或争论会,两个主角无论谁登台作主讲,另一个一定会不断地在下面“拆台”,不断地提问插话、诘问“抬扛”,常常使讨论变成了近乎吵架的争论,有时候,两个人竟像顶了牛的小孩子一样,头对头,喊叫着,争得面红耳赤。大教授竟像孩子一样的论争,让学生们颇感惊异新奇,而一些学术问题也在这样非常的争论中日见深邃。  在科学研究上,两人也是须臾不可分离的伙伴,尽管各有所专,却每有新的题目或思想时,必到一起探索讨论。学生或同事有疑问或新发现,王淦昌一定要将他们引到束星北那里。他常说,束星北鬼点子太多了,你们去讨吧。反之,束星北也是如此,他称赞王淦昌的语言是:他肚子里的货很多,你们得盯紧点。有时两人也就共同关注的题目进行研讨,如核裂变和Bohr的色散理论或β衰变理论等。据程开甲称,四十年代初,两人已开始讨论研究如何击破原子核了。从中也可以看出,两人的研究已完全进入国际物理学的先进行例了。  束星北与王淦昌无疑是那个时代的中国物理大师,他们不但在科学研究上成就卓越,还一同创造了中国物理学的一代学风,建立起中国理论物理与实验物理的基础,同时也造就了一大批称名于国内和世界物理学界的人才,如吴健雄、李政道、程开甲等。  湄潭期间,束星北的相对论研究也越发的深邃、成熟。在湄潭,他开始从一个新的途径继续对广义相对论进行了探索。他将精力集中在从罗伦兹匀速变换发展加速变换,导出加速变换方程。他认为匀速变换是相对的,而加速是绝对的,其桥梁应当是罗伦兹变换。他力图证明等价原理中时空变化率,从而进入相对论。这种思想是极为大胆新颖的。它实质上等于否定了爱因斯坦的引力场理论,只承认罗伦兹变换,放弃了爱因斯坦统一场论,时间空间的弯曲是由相对运动物质的加速而来的:将普遍的时空变成相对于运动质点的时空,而不是一个统一场的时空。他的这种新观点曾发表在英国最具国际影响的杂志《自然》上。  “星北在湄潭的一个比较有趣的工作,是用特殊相对论的原理,推演物质在加速时,也是可以有相对关系的。这项工作很有趣,他把所得结果发表在国际上很有影响的杂志Nature(即自然)上,时间估计是在1944至1945年间,论文是以束星北、蒋素卿两个人的名字发表的。我出于好奇,也将这个公式用一般的相对论原理试加推导,也得出了同样的结果。李寿先生最近谈起此事时说,他也曾对此事加以验证,也得到了相同的结果。因此,我们对此深信不疑,认为这至少是一个很重要的创举,在理论界应有所反应。奇怪的是,就我所知,并没有什么反应,这使我大惑不解。但我个人对他的文章是很感兴趣的,觉得立意新颖,很希望以后会弄清楚,究竟这篇文章是否有价值。”⑦    

 

束星北像个巨大的章鱼,除去自己的“专业”还将吸盘伸向所有能够到的地方:死光(激光)、无人驾驶飞机、雷达(中国第一台雷达便出自于他手)袖珍发报机等等,他都潜心研究过,有些限于条件没能进行下去,有的出了阶段性成果,有的竟也在极简陋的条件下取得了成功。这说明束星北不但有理论,也有动手能力。  在浙江大学,程开甲是束星北惟一一个研究生,毕业后又在物理系作助教,跟随束星北时间最久,对他的天赋和智慧也体会最深,他认为束星北的物理学天赋是无人能及的,有极多的思想或念头在他那智力超常的大脑里,而那些思想与念头,如果抓牢了,琢磨透了,就极有可能会结出轰动世界的果实。如对量子电磁场的高次微扰的计算,就是一个足能说明问题的例子。因为量子电磁场的发散不能计算,因而人们无法得到原子能级的电磁场修正,可是束星北想出一个点子,“将发散上限切断,(Cut一off)继续进行下去,就可以得到原子能级的电磁场修正。这个想法实质上已经接近了Bethe计算Lamb Retherford效应的观点(当时Lamb效应还未发现,到1948年才发现)。那时他要王谟显先生用手摇机计算,我用分析方法,对于He的电子能级计算,并得到相同的修正。当时只能作为一个预测的计算,并没有想到以后真会有Lamb效应。这可明显看出束先生的深入远见。但束先生有一个弱点,工作做好就放下,不久就忘了,不然,这些工作以及他未继续下的其他研究工作〈如果能够继续下去并〉开花结果,那可以说是十分宏伟的。”⑧  程开甲认为,束星北科学素养与天分是无庸置疑的,他对物理学的认识与深度,在中国是极为罕见的。也正是由于这一点,他的思想与认识直到今天仍在发挥着作用,很多见解在今天的实践过程中被证明是正确的。只是“由于历史条件和机遇〈的原因〉,没能显示出来,这是十分令人惋惜的。”⑨  这个时期,束星北踌躇满志、雄心勃勃,即使一些老耄称誉他“天下第一才子”,他也欣欣然,既不自谦,也不觉为过。心里本来就有这样的感觉。“我28岁就成了名教授,自持有大才,恨不能把全世界的科学家都比低下去。”⑩  他自觉追逐的目标并不遥远,爱因斯坦、玻尔等大师的脊背清清楚楚地在眼前晃动着。这样的念头,早在1937年甚至更早的时候就扎下了根。  1937年5月20日,世界着名物理学家玻尔来到中国。他访问了上海后,受竺可桢之邀,专程到浙江大学作了原子核的学术报告。束星北就是这个时候有缘与这位量子力学大师相识的。大师在杭州游览讲学的几天里,束星北和王淦昌几乎与大师寸步不离。束星北同他探讨了原子核的复合核与液滴模型思想以及他本人与爱因斯的争论;王淦昌同他探讨的是宇宙射线中级联簇射的原因等问题。两个人特别是束星北与大师之间,不仅是请教、探讨,更多的是争论。“5月23日,12时30分,我们到达杭州,受到从大学来的三位青年科学家束星北、王淦昌、何增禄以及张绍忠教授的迎接。5月24日,演讲之后,我们应邀到市政府赴宴,由于年轻的物理学家们,特别是束博士和我父亲争论得特别起劲,我们迟到了一会儿。5月25日,束博士,王博士和何博士陪着我们走了一程又一程,并不停地与我父亲讲话。当我们分手时,天正下着雨,但我仍然看到强壮而坚定的束博士面带微笑站立在倾盆大雨中,只为尽可能的与我父亲多争论上几句。”  原浙江大学物理系教授朱福曾称,束星北给玻尔留下了深刻的印象。玻尔回去后,不断收到上海几所大学和浙江大学师生的信笺,多为探讨物理学上的有关问题。也有些师生向他请教、询问到国外深造学习的途径,有的则直接让他帮忙介绍。对于这些要求,玻尔的回答千篇一律;中国有束星北、王淦昌这么好的物理学家,你们为什么还要跑到外边去学习物理呢?  凡熟知束星北的人,没人怀疑他的能力和天赋,就如同没有人怀疑王淦昌的能力和天赋一样。以后的日子,如果世界上一个重大发现和新的学说有了他的名字,他们会觉得理所当然,没有什么可奇怪的。实际上王淦昌的经历就是如此。可是束星北的道路却未能这样延续,他早早地从这个如鱼得水的舞台退了下来,并很快就消失了。据称,50年代初玻尔还向拜访他的中国科学家打听束星北,却没人能告诉他束星北的去向。以后,束星北又出现在一些关注他的人们的视线里,而那已经是另一个舞台了。  注释  ①许良英:《忆束师星北先生》》,邗江文史资料第六辑《物理学家 束星北——纪念束星北先生去世十周年》第15、16、17、18页。  ②周志成:《难得的物理思想家和教育家——记一级教授束星北》, 邗江文史资料第六辑《物理学家束星北纪念束星北先生去世十周 年》第37、38、39、40、43、45、46页。  ③程开甲:《束星北先生的学术思想》邗江文史资料第六辑《物理学 家束星北—纪念束星北先生去世十周年》,第7、8、9、10页。  ④王淦昌:《深切怀念好友束星北先生》,束星北《狭义相对论》序 言第一页。王淦昌,中国科学院院士,原二机部部长、原子能研究 所名誉所长,已故。    

 

⑤据《王淦昌传略》《王淦昌和他的科学贡献》第228-230页,科 学出版社,1987年。  ⑥同上第237-239页。  ⑦王淦昌:《深切怀念好友束星北先生》,束星北《狭义相对论》序 言第2页。  ⑧程开甲:《束星北先生的学术思想》,邗江文史资料第六辑《物理 学家束星北-纪念束星北先生逝世十周年》,第11、12页。  ⑨同上第7页。  ⑩束星北档案资料散装卷。  纭{1}尼尔斯·汉斯日记,载《中国科技史料》第11卷(1990)第二期。  紝{1}据朱福采访录,1989年4月9日。    

刘海林 2013-08-23 09:45:31

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