老一辈在年轻时怎么出国留学的,唯一一个参与

2019-11-15 21:13栏目:奥门新萄京娱乐场
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二十世纪二十年代可谓量子力学发展的黄金时代。1926年海森堡和玻尔以“量子力学”为题宣告了新量子理论的诞生。

1 引言

那时,爱因斯坦、薛定谔与以玻尔、海森堡为代表的哥本哈根学派正就波函数的本质展开着激烈争论。同时,一些理论物理学家开始运用量子力学处理分子与原子层面的具体问题。

清华大学物理系由中国著名物理学家、教育家叶企孙(1898—1977) 于1925 年创立。创系之后,叶企孙深知要建设一个高水平的物理系,必须有一批高水平的教授,于是在1928—1937 年间,他先后聘用吴有训、萨本栋、周培源、赵忠尧、任之恭、霍秉权、孟昭英等国内知名物理学家担任物理系教授。

这时,古老的中国刚从睡梦中醒来,用朦胧的双眼打量着世界。面对沉痛的现实,有识之士纷纷寻找救国良方。他们留日留法留德留美,从师夷长技到学贯中西。但在那个量子力学的黄金年代,出国学习物理的只有寥寥数人。

第二次世界大战以前,世界科学的中心在欧洲,身为清华大学理学院院长的叶企孙想输送留学生去德国柏林、英国剑桥、法国巴黎等欧洲科学重镇。当时留学的最佳渠道是根据“庚子赔款”出国,叶企孙和清华大学校长梅贻琦(1889—1962)长期主持招收留美公费生工作,物理学公费留学由叶企孙负责。1942 年叶企孙又被国民政府教育部聘为“留英公费生考选委员”。由于叶企孙运筹帷幄和高瞻远瞩的安排,使众多学生能用“庚子赔款”的经费赴欧美留学。

奥门新萄京娱乐场 ,中国最早的理论物理博士

1924年,一位来自江苏的少年打破了数十年的记录。那时的清华预科毕业生,到国外学习一般从大二读起。但这位少年直接就读康奈尔大学物理研究所攻读硕士。更神奇的是他在不到一年时间拿到康奈尔的硕士学位之后,去哈佛大学拿了一个文学硕士(也是一年),然后又跑去了哥伦比亚大学物理系攻读博士。

他的成长伴随着美国量子物理研究的萌芽与崛起,他的博士论文成为美国最早的五篇(一说七篇)量子物理论文之一,而且也只有他的论文上没有导师的签名——因为没有人能够指导他。

他就是中国最早的理论物理博士——王守竞。

在选择这些考取庚款的留学生时,叶企孙也有自己的考虑:根据中国的长远发展和近期的急需来确定留学生的专业和名额数,出国留学的导师则选择国际科学前沿的顶尖学者,这样能使我国留学生的发展方向正确并且较快地达到世界领先水平。

理论物理求学之路

传奇故事要从很久很久以前说起。王守竞出生于1904年12月24日。他的父亲王季同是有名的天才,知识基本都是自学。所以王季同对子女经常有些狂语,什么在学校学习纯属浪费时间,你们有不明白的问老爹我就够了,学校没啥大不了的。王守竞就在这样的环境中长大,严格但不死板。

1926年,已经拿到两个硕士学位的王守竞来到了哥伦比亚大学。在这里,王守竞和几个志同道合的年轻人组成了理论物理兴趣小组。这些年轻人后来成了美国理论物理的顶尖人物:刚博士后出站的讲师拉尔夫·克朗尼格(Ralph Kronig,美国理论物理学家),同在哥大物理系做博士论文的拉比(I. I. Rabi,因发明核磁共振法获1944年诺贝尔物理学奖),杰拉尔德·查卡洛斯(Geraid Zachairs,美国国防政策专家)。

当时正值薛定谔的波动力学提出不久,他们经常就此展开讨论。1927年拉比、克朗尼格都因故离开,但这短暂一年双方都获益良多,拉比后来回忆说:“我到了欧洲后发现,我们的自学小组帮了我大忙。我对物理的了解比那些与我同一个档次的德国人要多得多,不过比汉斯·贝特(Hans Bethe,1967年诺贝尔物理学奖获得者)这种特别优秀的人还差一点。”

奥门新萄京娱乐场 1理论物理兴趣小组成员(左1:王守竞,左2:Ralph Kronig,右1:I. I. Rabi)

当然,这样的远见在执行过程中会遇到诸多困难,其中为留学生选择国际顶尖学者作为导师的想法实施起来最为困难。周培源和吴有训这样有留学背景的物理系教授就成为连接留学生和国际顶尖科学家之间的桥梁,他们通过自己在外国学习和科研过程中建立的广泛人际关系,为派遣留学生计划打开了一扇大门,先后成功派遣了王竹溪、张宗燧、胡宁、彭桓武等一批后来成为著名物理学家的年轻学者前往欧洲跟随国际物理学顶尖学者学习。

唯一参与量子革命浪潮的中国科学家

王守竞的博士论文是在海森堡多分子系统铁磁性的基础上研究氢分子。

说来也有趣,1928年之前美国没有人做量子力学,那一年突然冒出来五篇(一说七篇),王守竞那篇还没有导师。他的论文也是哥大第一篇理论物理论文。美国著名理论物理学家坎布尔、斯莱特以及著名化学家鲍林(L.C.Pauling,两届诺贝尔奖得主)等人的专著中都对王守竞的这项工作作了介绍。

博士毕业之后王守竞受美国国家研究委员会 ( The National Researeh of Council, NRC)资助开始做博士后研究,每年大概只有5%的博士能享受此待遇,王守竞更是当时唯一接受此资助的中国人。在博士论文氢分子的转动谱的基础上,他提出了多原子分子非对称转动谱能级公式——“王氏公式”。美国学者把王守竞的这一成就当做美国物理崛起浪潮中的一个标志,这是头一次有中国科学家走在了理论物理的前沿。

吴大猷是中国物理泰斗,他曾说,中国量子力学(非早期量子论)是从“一位很难得的聪明的年轻人”王守竞开始的,在量子力学开始的两三年“做了三篇可以说是很好很好的文章”,夸赞之词溢于言表。

本文就从我国热力学统计物理研究的开拓者——王竹溪留学英国的始末,来看叶企孙、周培源等人对出国留学的中国物理学家的高瞻远瞩及细致安排。

回到中国,投身中国物理教育

1929年王守竞与费令宜一起回国。王季同像个老顽童似得,要考考儿子的学问。数学物理的问题哪里难得倒儿子,老王傲娇地点评:“马马虎虎。”

1931年完婚后,王守竞决定接受北京大学的邀请出任物理系主任。当时北大风雨飘摇,全靠着前辈颜任光、丁西林、李书华等人苦苦支撑。特别是颜任光,改变了物理系只授课不做实验的传统,不仅如此还自己动手制作科学仪器,后来与丁佐臣一起创办上海大华科学仪器公司,从此中国有了自己生产的物理仪器和仪表。

可以想见这种文化传承对后来的王守竞也产生了不小影响。在教学上,王守竞也沿袭了颜任光的做法:鼓励实验,还邀请清华教授到北大兼职,开始对北大物理系进行改革。

当年发生了“九一八”事变,战争的阴云笼罩着中国大陆。王守竞和许多科学家一样也由研究量子力学转向了更实际一些的仪器制造。

文 | 尹晓冬 段菲菲

风雨飘摇,转投实业救国

1936年3月,资委会决定尽量利用外资和外国技术,兼顾军事与经济,用3年时间建设起一系列配套的工厂:从炼矿到发电,从炼油到钢铁,甚至到飞机和大炮。

在咨委会的王守竞任机器制造厂(即中央机器厂)筹备委员会主任,负责机器制造,特别是航空发动机。从此,他走上了一条披荆斩棘的坎坷之路。但当时中国的机械制造至少比国外落后一百年,连最发达的上海也没有大型的机械制造厂。

我们不知道王守竞是怀着怎样的心情上路的。或许他会想起他那天才的父亲,两次办厂不成功。现在他有一个机会建造中国最大的机械制造厂,能够弥补父亲的遗憾,能够填补祖国的空白。

1939年中央机器厂正式成立,王守竞任总经理。由于日军进攻,工厂迁移到后方,但面临最大的问题是缺少技术工人,王守竞居然想出冒着天大风险返回上海招募的方法。

接下来,一个大厂崛起于后方。它制造了很多中国的第一:中国第一台机械工业的工作母机、第一台大型发电机、第一台大型汽轮机、第一台500马力电动机、第一台30-40吨锅炉、第一座铁合金冶炼炉等等,最著名的是1942年5月研制出的中国第一批“资源牌”4吨汽车。

奥门新萄京娱乐场 2中央机器厂汽车厂房。图片来源:kunming.cn

2 清华大学周培源和王竹溪

办工厂,也是为中国培养技术人才

在工厂,王守竞亲自选拔人才。不仅选技工,还选拔大学生。他喜欢用外语问他们问题,对方擅长英语他就用英语,对方擅长用德语他就用德语,以致工人都喊他王博士从不喊官职。

他办厂,不是把工厂仅仅当成生产基地,同时也是技术学校。他让西南联大的学生到工厂实习,让技术人员到学校讲课学习,还派人出国留学。他自己捐书搭建的中央机器厂图书馆甚至不亚于某些大学。

抗战胜利后,工厂变成地方性小厂,这远非王守竞所能预料和希望的。欣慰的是,这些返乡的技术人员与工程师,成为了新中国机械工业的开创者。

这也是王守竞最有远见的地方:他深知,自己这一代人是没有什么希望了,但是要用两三代人的时间,用尽自己的心血,将中国科学技术的地基打好,让后人能够安安静静地做研究。

“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干”正是他们那一代人的写照。

周培源(1902—1993), 中国著名物理学家、教育家和社会活动家。1919 年考入清华学校(清华大学前身),1924 年赴美留学,先后于1926 年和1928 年取得美国芝加哥大学学士、硕士学位和加利福尼亚理工学院博士学位。1928 年,周培源又前往美国哈佛大学、普林斯顿大学和康奈尔大学做短期访问学习。1929 年清华大学的第一任校长罗家伦聘请其担任清华大学物理系教授。

一叶扁舟,曲终人散

从1936年9月到1946年9月,整整十年,王守竞从32岁到42岁人生中最美好最富有创造力的十年都奉献给了这个工厂。

吴大猷对王守竞的回忆文章中特别惋惜:“对物理界是很可惜很可惜的,他真是绝顶聪明的一个人。可是他后来当然没有办法做飞机发动机,你别说那个时候没办法做,现在你连要做个平常最便宜的汽车发动机都做不来。”从吴大猷开始,一大批科学家为他不值。真的不值吗?也许吧,但这种计算题谁又能有个标准答案呢?

1951年,王守竞与顾维钧依依惜别,转入美国国防部与麻省理工合办的林肯实验室(MIT/Lincoin Lab.)从事太空和军事系统的研发。之后的一切都成了迷,我们只知道1968年叶企孙身陷囹圄还不忘推荐王守竞,只知道周培源热烈欢迎王守竞回国,要给他办一场大大的物理年会。也知道他1969年退休,和他父亲晚年修佛叔叔晚年研习昆曲一样,他晚年只练苏轼的字,直到1984年6月19日去世。

然而,他终究是没有回来。没有人知道为什么。也许,这国,他救了半辈子,科学、教育、实业、外交,能做的他都做了,他累了。

当年,他也曾华山论剑,当年,他也曾指点江山。今天,也该让我们了解一些他的故事了。

哪怕,惊鸿一瞥,也好。(编辑:Jerrusalem)

谨以此文,纪念王守竞先生诞辰111周年。

王竹溪(1911—1983), 中国著名理论物理学家。1929 年考入清华大学物理系,1933 年取得学士学位后考入清华大学研究院,于1935 年取得硕士学位,同年考取“庚子赔款”留学英国剑桥大学,师从福勒(R. H. Fowler, 1889-1944) 教授,1938 年获得博士学位后学成归国,受聘担任西南联大清华大学物理系教授。

参考文献

  1. 《王守竞的量子力学研究成果及其学术背景》,胡升华
  2. 《王守竞——中国机械工业的拓荒者》,余少川
  3. 《早期中国物理发展的回忆》,吴大猷
  4. 《纪念王守竞先生》,赵广增
  5. 《近代中国学者对量子力学的贡献》,​王爱国
  6. 《留学生与民国时期物理学的体制化》,​易安
  7. 《1935—1945年资源委员会的重工业建设研究》​,邵俊敏

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年轻时代的王竹溪

2.1 周培源眼中的王竹溪

王竹溪进入清华大学学习时,周培源已经是清华大学物理系教授,在本科阶段王竹溪的主要理论课都是跟周培源教授学习的。周培源很快发现王竹溪读书勤奋,善于思考,学习态度严肃认真,能深入理解物理概念并具有数学计算的特殊才能。在周培源讲授的理论力学课上,对难度比较大的一些习题,王竹溪总是很快就能抓注习题的主旨,解算出它们的答案。王竹溪的能力,引起了周培源的极大注意,所以在教学过程中遇到一些问题,他们就常常一起商讨。周培源还发现,王竹溪不仅对理论物理具有极大的兴趣,对物理实验也同样重视。为了做好证明地球自转运动的傅科(Foucault)摆实验,他耐心地重复了许多次,直到取得满意的结果才罢手。

所以在周培源眼中王竹溪是个非常优秀的学生,他在数学和物理方面过人的天赋、扎实的理论功底和认真严谨的治学态度,都让周培源和物理系其他教师看在眼里。1933 年王竹溪本科毕业考入清华研究院后,开始跟随比他年长9 岁的周培源研究湍流,成为了周培源最早和最得意的学生之一。

2.2 湍流理论与赴英计划

1938 年周培源的研究方向从相对论和量子力学正式转向湍流,所以在他指导王竹溪做湍流方向的研究时,自己也还处于一种探索的状态,他们基本上是同一时期进入这个领域的。

在此后的时间里,他们一起研究和讨论,使王竹溪得到了更多的研究经验。同时王竹溪没有让周培源失望,在研究生阶段表现很出色,短短几个月内,他就完成了一项流体力学的湍流理论研究工作,并且把研究成果写成论文《旋转体后之湍流尾流》,于次年发表在《清华大学理科学报》上,他在论文的结尾说:“我的老师周培源教授建议我做这个问题,并在研究期间给予指导,对此我表示由衷的感谢。”可见在跟随周培源的这段时间里,王竹溪的确受益良多,使自己的能力得到了显著提升。这篇论文不仅充分体现了王竹溪的科研水平,还成为王竹溪留学剑桥的敲门砖。

1934 年夏天,王竹溪考取了第二届“中美庚款”,准备在研究生毕业后赴美国留学。此时剑桥大学的一位流体力学家对王竹溪发表的《旋转体后之湍流尾流》这篇论文进行了审查,给予“有水平”的评价。于是,王竹溪的留学机会就从留美转为留英,具体落实到了剑桥大学,在剑桥大学期间,他开始了统计物理学的学习和研究。

3狄拉克访华成为契机

3.1 狄拉克和福勒

周培源在国外留学时就与国际著名物理学家狄拉克(P. Dirac,1902—1984)相识。1928 年秋,他赴德国莱比锡, 在海森伯(Werner Heisenberg, 1901—1976) 教授领导下从事量子力学的研究。1929 年4月,周培源由海森伯推荐,参加了由尼耳斯·玻尔(Bohr Niels Henrik David,1885—1962)召集的哥本哈根年会。这是中国人首次访问玻尔研究所,会议第一天上午,尼耳斯·玻尔致欢迎词,包括周培源在内的6 名首次访问哥本哈根理论物理研究所的国外学者,同其他24 名学者一起,就自己最感兴趣的有关课题,进行了简短的报告,此次参会的就有狄拉克。

当时年仅27 岁的狄拉克由于在量子理论方面出色的工作声名鹊起, 在剑桥奠定了专家的地位。1930 年2 月,他当选英国皇家学会会员(FRS)。1933 年,他因创立有效的、新形式的原子理论而获得当年的诺贝尔物理学奖,他发展了量子力学,提出了著名的狄拉克方程,并且从理论上预言了正电子的存在。

狄拉克的博士导师福勒(Ralph Howard Fowler, 1889-1944) 是剑桥数学物理的领航人,理论物理与实验物理的中间人, 量子理论的传播者,作为卢瑟福的女婿,他还是卡文迪许实验室的理论家和实验家联系的唯一纽带。是福勒带领狄拉克走入量子力学领域。

1925 年7月28 日,海森伯到剑桥卡皮查俱乐部作题为《光谱项动物学和塞曼植物学》的报告,内容就是那时玻尔和索末菲“旧”量子理论框架中的光谱学理论。当时狄拉克不在剑桥,因此错过聆听海森伯的报告。不过,不久之后福勒收到了海森伯新论文的校样,文中海森伯用全新的方法推导出光谱规则,福勒看过后寄给狄拉克,并要求他仔细研读这篇论文。当时狄拉克致力于对玻尔—索末菲的理论研究,计划将原子理论建立在经典力学中一直使用的哈密顿方法之上。狄拉克看到这篇论文后,意识到海森伯开创了一个革命性的方法,也把他带到新量子理论的广阔领域中。

3.2 周培源等促成狄拉克访华

1935 年5 月7 日,周培源和吴有训(1897—1977)得知狄拉克将要访问日本,于是两人以清华大学名义向狄拉克发出邀请,希望他能在结束对日本的访问之后到访北平。周培源和吴有训通过西部联盟公司给狄拉克发了电报,内容如下:

亲爱的狄拉克教授:

我们从王守竞博士那里得知您将从西伯利亚返回英国。我们真诚地希望您能在完成日本的巡回演讲后,停留两周左右时间,访问北平。

在过去的五百年,北平一直是中国文化的中心。但是在它古老的文明背后,您将发现近些年现代物理研究的迅速发展。现阶段我们特别希望有像您这样的外国学者来访问。因为您的到来,将在研究中给予我们信心和灵感。

如果您能抽时间到中国来,请告诉我们您到达的大概日期。在您到达东京之后我们将和您沟通进一步的细节。清华大学将提供您的住所和差旅费用, 并陪伴您浏览这座古都的美丽风景。

我们的暑假将于六月末开始,但我们大多数人七月都会在北平。

此致

敬礼

保持联系。

您真诚的

吴有训 周培源

1935年5月7日

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狄拉克接受清华大学邀请的电报

狄拉克1935 年夏天赴匈牙利、日本、中国和苏联访问与旅行。他于1935 年7 月13 日—19 日访华(关于狄拉克具体是7 月13 日还是14日到达北平,目前研究还未确定)。狄拉克7 月15 日在清华大学科学馆演讲,16 日参加了中国物理学会为其准备的欢迎会,17 日晚上在北平研究院物理研究所演讲,18 日游览西山,19 日游览长城,19 日晚上离开北平赴哈尔滨,经哈尔滨去苏联。狄拉克的中国之行是纯粹学术上的访问,主要是来华传授他的电子理论,在清华大学科学馆做了两次学术演讲。

3.3 狄拉克访华期间王竹溪的表现

狄拉克来华讲学不仅促进了电子理论在中国的发展,也促成了王竹溪赴英国留学一事。在狄拉克来华之前,就已经知道王竹溪其人和他想要前往剑桥留学的事情了,但是并没有见过王竹溪本人。直到1937 年7 月,王竹溪有了与狄拉克见面和直接交流的机会,那么王竹溪给狄拉克留下了什么印象呢?

在狄拉克来华之前,王竹溪已认真读过狄拉克发表的一系列论文,在了解和熟悉他工作的基础上,王竹溪为狄拉克的演讲担任记录员就更加得心应手,游刃有余。7月15 日和7 月17 日狄拉克在清华大学科学馆学术演讲的题目分别为《阴电子之理论》和《阳电子之理论》,王竹溪作了详细的记录。不仅如此,王竹溪还于19 日陪同狄拉克游览了长城,给狄拉克留下了很好的印象。

机会总是留给有准备的人,正是王竹溪在与狄拉克接触和交流时表现优异,让狄拉克看到了他身上闪耀的才华和科研潜力,为王竹溪赴剑桥大学留学和之后与狄拉克的友好交往奠定了坚实的基础。

在这个关键时刻结识狄拉克,成为改变王竹溪学习和科研方向的重要转折点,狄拉克看到了王竹溪的数学天赋与风格,也看出王竹溪更适合做统计物理这样有冗长、复杂的计算而需要的耐心和细致的工作,所以王竹溪留学英国学习统计物理。

狄拉克这样的国际物理大师来华访问讲学,不仅让中国物理学界更加接近世界物理前沿,掀起了中国物理学家研究和讨论世界物理前沿问题的高潮,更为许多年轻学者开阔了眼界,提供了学习机会,促成了中西方的科学交流。

4 周培源派王竹溪赴英的三封信

叶企孙、吴有训、周培源等老一代物理学家为国家整体科学发展做长远计划,指引并鼓励报考庚款学生选择那些空白或薄弱学科赴国外深造,在气象学、弹道学、光学机械、无线电等领域都安排有物理系的学生,这些学生回国后各自成为其学科的拓荒者和奠基人。

周培源、吴有训等人不仅在专业选择和导师选择等问题上用心良苦,精心安排,而且在国际范围内竭力让中国物理学生与国际著名物理学家建立联系。其中他们早期的留学背景发挥了重要作用。王竹溪赴英国剑桥大学留学就典型地体现了周培源等人个人广泛的人际交往所起的重要作用。从笔者新发现的1935 年周培源和狄拉克的通信,以及王守竞与狄拉克的通信可以厘清周培源安排王竹溪赴英国留学这一历史事件的始末。

4.1 王守竞的推荐

1934 年王竹溪考取了第二届“中美庚款”后,为他选择今后的研究方向和导师成为当务之急,那么他是如何确定前往英国剑桥大学留学,并跟从福勒教授的呢?这里首先要提到一个在其中起重要作用的人,就是远在美国的物理学家王守竞。

王守竞(1904—1984), 量子物理学家。1924 年清华大学毕业后赴美留学,获康奈尔大学物理系硕士学位。同年秋,转入哈佛大学研究欧洲文学,随后获哈佛大学文学硕士。1926 年夏,转入哥伦比亚大学继续攻读物理,1928 年获哥伦比亚大学哲学博士学位。攻读博士学位期间,王守竞刻苦钻研,在量子力学方面取得很大成就,他的多原子分子非对称转动谱能级公式被后人称为“王氏公式”,是中国最早也是世界公认的卓越的量子力学家。

王守竞在美国留学时积极参加科学交流活动,包括1927 年11 月25—26 日在美国伊利诺斯州的芝加哥瑞尔森大学实验室举行的美国物理学会第147 次会议。他在从事量子力学的研究中认识了众多欧洲的物理学家,包括结识狄拉克教授,他俩在1929 年以前就已经相识。1929 年3 月,王守竞在芝加哥大学给在哥伦比亚大学的同学拉比(I. I. Rabi)写信:“我收到我的朋友周培源的信,他告诉我他在莱比锡与你相遇。你觉得他怎么样?你什么时候回来?几个星期后狄拉克要来,海森伯将参加芝加哥会议。我期待这个夏天在他的指导下学习。”

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