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中國的愛因斯坦:束星北檔案 第三章 天下第一才子
中國的愛因斯坦:束星北檔案 第三章 天下第一才子
劉海林      阅读简体中文版

竺可楨時代的浙江大學群星璀璨,束星北是當時公認的最為杰出活躍的代表。在一些人眼里,束星北屬于那種秉性出眾、智慧超群的天才人物。他的學生程開甲對老師的評價是:那個時代,像束星北這樣集才華、天賦、激情于一身的教育學家、科學家,在中國科學界是罕見的,他的物理學修養和對其內涵理解的深度,國內也是少有的。  許良英(中國科學院自然科學史研究所研究員,40年代浙江大學學生):  我第一次聽束先生的課,是1939年10月在廣西宜山,聽他為浙大物理系二年級學生開的“力學”(即理論力學)課。上課前,聽說這門課要從牛頓運動三定律講起,我很失望。因為牛頓運動定律我已學過四遍(初中三年級的物理,高工一年級的物理課和二年級的應用力學,以及大學一年級的普通物理),以為自己早已懂得,沒有什么可學的。而我在上大學前讀過十幾本關于現代物理學的通俗讀物,知道一點相對論和量子力學的基本知識,急于想跳過250年前牛頓的古典理論,徑直學習20世紀的新物理學。想不到聽了束先生的第一堂課,我覺得自己的想法完全錯了,原有的自滿情緒也就破滅了。  束先生講課的最大特點是:以啟發、引人深思的方式,著重、深入地講透基本物理概念和基本原理,使學生能夠融會貫通地理解整個理論框架。他由日常所見的自然現象出發,通過高度的抽象概括,從各個不同側面,對基本概念和原理進行透徹的分析。并不厭其詳地動用各種唾手可及的實例,深入淺出地反復論證,使學生能夠一通百通地領會、掌握基本概念。他講課,既不用講義,也不指定參考書,黑板上也沒有可供學生抄錄的工整的提綱,而只是用質樸生動的語言,從大家所熟知的現象,來闡明物理理論和思想。他舉止<隨意>不修邊幅,說話非常隨便、直率,喜歡在教室里到處走動,還愛坐在課桌上高談闊論。  力學第一課,他先講物體的運動,接著講速度、平均速度、瞬時速度,由此引進數學上的極限和微分概念。然后著重論證,是運動的變化,而不是運動本身需要“原因”。所謂原因,是指外界影響,可以叫做“×”或“鬼”,牛頓把它叫做“力”。以前人們,包括希臘哲學家亞里士多德,都以為物體運動總需要一個推動者在不停地推動著;伽利略和笛卡兒卻發現,只有當運動狀態改變時,才需要有外界的影響。就這樣,他把古代運動觀和近代運動觀作了鮮明的對比,把哲學和物理學融為一體。  這一堂課,我聽得出神,覺得茅塞頓開,精神上得到很大的享受。就這樣,束先生把牛頓運動三定律足足講了一個月,而其回味無窮。對比之下,以前我雖然學過四遍運動三定律和兩遍微積分(高工二年級學第一遍),也能熟練地運用牛頓定律解決不少力學問題,但對于運動和力并沒有形成清晰的物理概念,實際上是似懂非懂。由此我才開始真正領會什么叫理論,什么叫原理……  通過束先生的課,我比較徹底地理解了牛頓力學基本概念的物理內容。對于古典物理理論的完整性和一致性開始有了欣賞能力,認識到了基本概念和基本原理的重要性,并且開始養成對問題窮根究底的習慣……  在宜山,力學課只上了一個多月就中止了,因為日寇從欽州灣登陸進犯廣西,浙大不得不開始第五次搬遷,遷到了黔北遵義。正當我們陸續到達遵義準備復課時,束先生獲悉父親噩耗,即請假赴上海奔喪。力學課由另一位教授代教。這位教授照本宣講,平鋪直敘,引不起我多少興趣,因為所講的內容,任何一本力學教科書中都可以找到。我只盼著束先生早日回來。1940年6月束先生回到遵義,給我們講牛頓力學的發展——分析力學,著重把拉格朗日方程和哈密頓原理講透,使我們并不很困難地攀登上古典力學的第二座高峰。  我還有幸在三年級聽束先生開的“熱學”(即熱力學)課。他講熱學也像講力學那樣,用一個月的時間講熱力學第二定律和“熵”概念。他用高度的哲學概括,把自然界中的變化分為兩種:一種是不可回復的,如人的死亡,生物的生長。一種是可回復的,如2個H2分子和1個o2分子合成2個H20分子;一個物體從A處位移到B處。而可回復的變化又可分成“真變化”和“假變化”兩類。真變化是指:在變化后雖然可以使其中一物或狀態還復,但在還原過程中必然要使另一物或狀態引起變化;即使再令這種變化還原,可是其它地方又發生了變化。如此繼續下去,縱使竭盡種種方法,也終不能使一切事物或狀態都恢復到變化以前的情況。兩個不同溫度的物體相接觸所出現的就是這種真變化。假變化是指還原過程中至少可以用理想方法使之絲毫不留任何痕跡于宇宙間的那處變化。卡諾熱機的運行,平衡狀態下壓縮氣體,都屬于這一類。這樣,他就把不可逆的變化稱為“真變化”,把“熵”理解為真變化的精確量度,使物理概念增添了豐富、深邃的哲學內涵。①  周志成(原中國大百科全書出版社副總編輯,四十年代浙江大學物理系學生):  物理學既是實驗科學,又是思辯科學。它從自然哲學演變而來。不論是實驗物理學家或理論物理學家,不論是做研究或教學工作,都需要科學的哲學思想的指引,才能出色地完成任務。束先生就是一位有哲學頭腦的物理學家,他把親身的體會貫穿在課堂教學中,把我們這些初學物理的大學生,一步步地領上了較正確的道路。    

 

1940年秋,我和同班同學金德椿相約從電機系轉到物理系。當時的工學院和理學院的課程安排很不相同,工學院的選修課極少,理學院的選修課占很大比例,該怎么選才好,金就帶我去找他高工同班同學許良英,許幫我們出主意后,接著說,物理系有兩位大師王淦昌和束星北,要我們抓緊機會聽他們的課。束先生講得較難懂,但理解后很受用。那一年束開了理論力學,王開了電磁波(相當于現今的電動力學基礎),我都選了,有幸在一年中聽了兩位大師的課。  ……  束先生講課的內容與眾不同,聽完別的老師的課,再找一些外文課本和專著來讀,就會感到老師在哪些方面把課本的內容深化了。束先生講的內容,很大部分在書中找不到,而且每一節課都有所未聞,甚至〈都是些〉意想不到的新內容。如果接連有幾節課印象不深,我就懷疑自己學習不專心了。我用最珍愛的活頁厚道林紙筆記本來記(課堂筆記),但我的筆記能力比同班的鄒國興差得遠,他的井井有條,在全系甚至全校都出了名。我一向記得很亂,束先生的思想又跳得很快,怕漏掉內容,不及消化就記,就更亂了。復習時又加了許多記號和內容,更亂中添亂。就這樣一本亂七八糟的筆記本,我視為至寶,從湄潭帶到桂林,又從桂林步行背回湄潭,為了減輕負担,把較重的衣被連筆記本的皮面都丟了或賣了,唯獨束先生的講課筆記沒有丟。以后它還跟著我到杭州、北京和新疆,派了不少用場,可惜“文革”期間丟失了,因此我不能按筆記系統地整理束先生的物理學觀點,只能憑記憶一鱗半爪地介紹一些印象。  束先生講力學時要我們從最基本的變化即位置的變化來研究物體的運動。例如我們都覺得相對運動不難學,無非是用向矢量減法求相對速度和加速度。束先生說那只是一時一地的〈相對運動〉,真正的相對運動是從一個運動物體看另一個運動物體的全過程,那才是完整的全面的。  ……  束先生還特別注意物理量的可測度性,在講到瞬時速度時,用到了無窮小的概念,他就問什么叫無窮小和無窮大。我們就說小到不能再小,叫無窮小,大到不能再大,叫無窮大。束說這是數學和哲學中的無窮小和無窮大,是理想的,不可測度的,但物理學中研究的量必須是實際的,可以測度的。小到或大到一定程度就可以認為無窮小或無窮大了。例如地球繞太陽的公轉運動,隔1天,方向的變動不到1°,1小時只0·04°,1分鐘只差0·0007°;速度的數值,1分鐘平均只差0.002米/秒,相當于公轉速度的萬分之7。1分鐘內完全可視地球作勻速直線運動,因此1分鐘可視為無窮小。如果要求程度不高,1小時乃至1天都可視為無窮小。同樣,在靜電學中提到無限大均勻帶電平面附近的均勻電場,實際上平面大到一定程度,中心附近的電場足夠均勻時,就可把平面視為無限大。這番話使我們了解物理學中的無限小和無限大實質上都是近似無限小和無限大的有限量,在以后學到無限長載流導線,無限緩慢的準靜態過程都不認為難以想象了。  束先生對牛頓運動三定律講了一二個月,許多內容都是從未聽到、看到和想到的。當時普通物理和中學物理教材對牛頓定律特別是第一、第三定律介紹得非常簡略,遠沒有我國當今教材分析的〈得〉深入(我甚至猜想因束先生的同事王謨顯先生和(他的)學生雷樹人參與大、中學教材的編寫,而把束先生的精辟分析已滲入到教材中了)……  對于牛頓的第三定律,束先生強調力的相互性和成對性,即作用和反作用是成對出現、成對消失、也即是相互依存的。它們又都屬于同一類型的力,或都是萬有引力,或都是彈性力,或都是摩擦力,決無例外。而且不論相互作用的物體作出什么樣的運動,這個定律永遠成立。實驗證明,根據這個定律推出的動量守恒定律對高速運動的微觀粒子依然成立。即定律的應用范圍超出了經典力學范圍。然后他又分析我們同學間爭論不休的一個問題:馬拉車的力和車拉馬的力,大小相等,方向相反,為什么馬和車還能起動?他說兩個大小相等、方向相反的力作用在同一物體上即同一馬或同一車上,當然不能加速;但作用和反作用力是作用在不同物體上的,對馬來說受到車的向后拉力以外還有地面給它的向前的力,如果后者大于前者,馬就能加速前進;車能否加速也要看它所受的合力。所以作用和反作用力決非平衡力,而一對平衡力也決非作用和反作用。從而徹底澄清了我們對這定律的誤解。  在分析系統的動量變化時,束先生強調劃分系統內力和外力的重要性。他說“力舉千鈞而不能自拔其身”,系統內力的作用和反作用都在系統內部,產生的動量大小相等,方向相反,不可能使系統的動量有變化,要改變整個系統的動量,只能依靠外力。把汽車視為一個系統起動時,引擎可使汽車的一部分例如輪子轉動,但若沒有地面的磨擦力,只能空轉,不能前進一寸。從而,他就引入動量守恒定律。在分析系統的動能變化時,他也不把問題局限在質點動力學的范圍,而擴及到物體系統的全過程。例如子彈打入沖擊擺的過程,他說由于子彈射入到相對地停止在擺內的時間極短,可以忽略擺線的拉力和地球引力的影響,即不計外力,所以在這種過程中動量守恒;但因沖擊擺塊的質量遠大于子彈,盡管擺塊和子彈間的作用和反作用力大小相等,但子彈的位移遠大于擺塊的位移,子彈損失的動能就越大于擺塊獲得的動能,所以在這過程中動能或機械能不守恒,很大一部分轉化為其它能……    

 

束先生還特別重視伽利略相對性原理,他說一切力學定律,都要經得起伽利略變換,即在一切慣性系中都成立。因此他要我們用不同的慣性系來研究同一物理問題,使我們理解盡管在不同慣性系中,外力作的功以及物體或系統的動量、動能及其變動值都不同,而所得結果卻是相互適應的。他也要求我們用慣性系和非慣性系兩種方法來分析同一個較復雜的力學問題,而求得同一的結果。例如要我們分析升降機和列車加速時其內部的擺的運動,使我們認識到這相當于重力的數值和方向有了變動。這些不僅使我們更深刻地掌握〈了〉力學概念和方法,也為我們學習狹義〈相對論〉和廣義相對論打下了基礎。  束先生最反對學習上的淺嘗輒止,一知半解就自以為是,多次強調:“知之為知之,不知為不知。”不要弄虛作假。他說,有些概念、定理或問題,乍看覺得簡單,再思覺得很復雜,又再深思,復歸于簡單,才真正學到了東西。有些問題百思不得其解,這是難點,往往也是重點,經千思萬慮,終于把問題弄清楚了,這就一通百通,解決了你在物理上的重大疑點,能大大地前進一步。有許多物理學的見解認識,只能意會,不能言傳,這不是神秘主義,也不是老師賣關子不愿說,而是你們還沒有想到這一層,老師越說就越糊涂。所以不能滿足課堂上學到的,要知一反三,要緊追不放。他還規定,做作業時,不能滿足于推算出一個公式,而要討論公式中每一項的物理意義,還要討論公式成立的條件,在特殊條件(包括初始條件)下公式的簡化等等,推動我們往深處思索。  束先生在講授力學時的許多精辟見解,遠非本文所能概括。可惜我們剛學到分析力學〈時〉,束先生就因奔父喪回上海了。等他回到湄潭,我們快畢業了,只學了一點狹義相對論。但束先生在分析長度和時間的悖論后說,兩個作相對運動的慣性系,你看我的尺短了,鐘短〈慢〉了,我看你的尺,鐘短了,慢了。產生這個似是而非的結論,是由于同時的相對性,理解了同時的相對性,即你的兩地同時和我的兩地同時不是一回事,相差v1/c2(v是兩慣性系的相對速度,1是兩地的距離,c是光速。公式中出現:v1/c2或其導數vu/c2(v是物體一慣性系中的速度),都是由于同時的相對性。因此盡管我幾十年未和相對論打交道,但現在看有關相對論的文章時,不會感到有很大的困難。②  程開甲(中國科學院院士、國防科工委顧問、中國第一顆原子彈研制的開拓者之一、中國核武器試驗事業的創始人之一,四十年代浙江大學物理系學生、束星北的研究生):  ……我第一次見到束星北先生是在1937年秋,那時抗日戰爭已經開始,浙大將一年級新生遷往天目山善源寺上課。一天,束星北先生來到天目山,一年級物理老師朱福先生請他吃晚飯,我們幾個一年級新生去找束先生,請他和我們談談。他當時同意到物理實驗室去談。他一開言便考我們,他擺動一下桌上的天平,問我們為什么會擺動。用這例子講,學物理就是要把遇到的現象能分析解釋。這就是我們進浙大所受〈聽〉到的生動的物理學第一節課。以后一年中,浙大又遷往江西泰和乃至廣西宜山才定下來。那時我們已是二年級。聽束先生的理論力學。他的講法令人感到物理現象和生活〈是〉融和在一起〈的〉。就力學〈來講〉必須弄清什么是速度什么是加速度。這是掌握牛頓第二定律的實質。因為速度是相對的,力和加速度是絕對的,而相對加速度只能是運動學上〈的〉名詞。對此有深刻的準確的認識才能對力的特性有所認識。束先生第一次考試出了這么一個題:“月亮同時受地球和太陽的引力,而太陽的引力比地球的引力要大得多,為什么月亮跟地球轉了?”我們有幾個人答對了,他上課時說:我心中十分高興,你們答對了。從這里〈可以〉看出他是如何深思熟慮地〈的〉將科學知識傳授給學生〈的〉,有深刻的內涵和啟發性。你能忘記這個考題么?像這樣的事例在他的教課中很多,大家都說束先生的課難學,但能真正學到手。  我們在二三年級時,經常參加物理系的討論會,其中有束先生講的傅里埃變換、光譜特性,其中他就埋伏了為量子力學中的測不準關系而分析研究了光學中的頻率和時間分散關系△v·△t~1。其后講量子力學,直到用Darwin計算的Dirac的方程。但在這之前,他有意從光譜精細結構中的拉莫進動,又加〈入〉Thomas進動來說明,再用Pauli自旋理論,最后一下子進入Dirac理論,使人覺得好的成果并非天上掉下來〈的〉,而是幾代人努力的結果,使人珍視一個科學真理的來之不易。他常說,“物理學真理是逼出來的,是逼上梁山。”他結合朱正元講他如何測量4686這一條譜線及其精細結構來講相對論量子力學。這樣,使學生們認識到物理學是存在我們生活實踐中的。  1939年我們進入三年級,束先生的課開始教數學方法和工具。主要講:⑴正交函數及希爾伯特空間。⑵格林函數及積分方程。⑴是引入量子力學中的教學方法。但是⑵在當時還不能看到在量子場論或其它多體問題上的應用。1940年年初,〈束先生〉就提出用特異點解微分方程這一方法,可是真正有大的應用一直要在Feynman理論出來以后,這真是令人驚異。這門課因為浙大再次從宜山遷往遵義,沒有能講完。到遵義后,束先生一方面講量子力學、電動力學和相對論。相對論是作為討論講座,教師們都參加聽。束先生講的相對論又是與眾不同。他十分強調同時性的物理概念,用了許多Paradox闡明觀點,去掉模糊思想。另一方面,他又從以太理論的許多實驗中,如以太風等困難〈的問題〉,一步步逼近相對論。〈告訴人們〉相對論在于轉變牛頓的絕對時間,是一個革命性的突變。因此,自然要再三強調時間的相對性。對于羅倫茲變換,他是從Maxwell方程出發,達到光速不變的要求從而得出來(〈按〉他說法〈是〉“逼上梁山”)。他也向我們演算如何湊出這個變換。因此,聽了束星北的相對論,就不覺得相對論神秘,而是懂得認識真理必須經過一系列的實踐過程,這是非此不可的惟一途徑。    

 

在遵義我是四年級了,他開的熱力學和量子力學的講演也很獨特,〈他〉著重講了兩種永動機失敗的許多實例,并從中得出結論:熱力學過程中的規律是只有在可逆變化中。世界上總的熵是不變而且熵可以積分成為狀態的函數,其它過程的熵只能單調增加。把熵描述成可以捉摸的物理量,不像一般的〈地〉敘述為數學公式。他十分強調熱的概念:只是在能量流入或流出物體時才稱為熱,其余的不是“熱能”,是內能。這樣既生動實際又嚴格的〈地〉描述熱力學的第二定律,給學生一個正確和具體的觀點。實際上這是在排除接受常有的熱力學中許多錯誤的認識。  他講的量子力學,十分強調測不準原理的事實根據,從實際測量中或數學推導中引出:將原理化成與實際等同。但這與實證論(Positivism)不同。規律性只要有實踐證明,并非要求每一過程的規律都要重復的證明。他講量子力學著重堅持實踐的結果,而不必過分去猜測超實踐的問題。這就排除了愛因斯坦等人去尋找隱函數的問題。量子力學本身是一個完全〈的〉系統,并不需要和可能有更多的內在規律,只要嚴格推導他(它)就可以了。比如按量子力學,同一核子為什么先后不同時間衰變發出粒子,我們回答這是量子力學講幾率。再問為什么有幾率不同?那就問到家了,他指出“你說相同的核子,其實核子本來不都相同的!”這真有些像禪宗惠能回答的“本來無一物,何處染塵埃”。從這里可以看到束先生對原理真是深思熟慮,已經深入到哲學境界了。他引用玻爾在原子光譜和自然描述(Atomic spectra and description of Nature)一書中最后的結語,描述量子力學:在這個宇宙的戲劇之中,我們同是觀眾也是演員。③  40年代的浙江大學物理系和數學系的學生,對束星北的教育才能是有口皆碑的,特別是曾經受教于他的學生認為,對物理學研究得這樣精深且又闡述得如此清楚的人國內難有出其右者。就連他的好友王淦昌在談到他的教授方法時,也很是欽佩有加:“〈束星北講課〉既不用課文〈本〉,也不寫講義,常常是結合日常生活中所遇到事物深入淺出講解新概念、原理等,講得非常透徹,學生們都愛聽他講的課,這一點我是無論如何也學不來的。”④  束星北的才華與其在物理學上的水準,從他同王淦昌的關系上也能夠反映出來。  出生于江蘇省常熟縣支塘鎮楓塘灣的王淦昌,是1925年清華大學首屆本科生,一年后分科進了物理系,從師于葉企孫教授(1898—1977)和吳有訓教授(1897—1977)。兩人都是中國著名的實驗物理學大師和中國近代物理學先驅。兩個大師都特別強調學生從事實驗物理學研究的本領,充分掌握物理實驗的技巧,努力提高實驗的精確性,把對物理理論的理解建立在牢固的實驗事實與基礎之上,使王淦昌一涉足物理學就獲得了嚴格訓練,并為日后馳騁物理天下打下了堅實的基礎。  王淦昌1930年考取了江蘇省官費留學研究生,來到柏林大學威廉皇帝化學研究所放射物理研究室,從師于被愛因斯坦譽稱為“我們的居里夫人”的杰出物理學家邁特內。研究所地處柏林郊外的一個叫達列姆的小鎮。他在這個名不見經傳的小鎮子的實驗室里常常工作到深夜。實驗室的大門晚上十時關閉,王淦昌只好翻墻越戶回到自己的宿舍。只有兩種情況使他奔走于柏林城內的校部與小鎮達列姆之間。一種情況是去聽大師的講演(他曾聽過物理大師薛定諤的幾堂波動力學課)。另一種情況是參加每周一次的Seminar,Semi-nar是德國物理學界群英薈萃的討論會,王淦昌從中吸取了多少新思想新方法,自己也難以記清了。但是正是這樣的柏林城內與達列姆之間的奔波,成為他日后成為物理大師的必要的準備。  1930年到1934年,王淦昌留學德國的四年里,正是現代物理學史上的黃金時代。量子力學取得了巨大的成就,原子核物理和粒子物理也得到了飛速的發展。狄拉克提出空穴理論,預言了正電子的存在;泡利提出了中微子假說,以解釋β衰變的連續能譜;查德威克發現了中子;安德遜在宇宙線中找到了正電子;費米提出了β衰變理論;約里奧和居里夫婦二人發現了人工放射性。滾滾海潮般的前沿理論和科學發現,沖擊著邁特內和尤重實驗物理學的王淦昌。他和老師敏銳地捕捉辯識著現代物理學的發展方向。也就是這一年,王淦昌兩次在柏林大學本部參加了意義深遠的物理討論會。從討論會上他知道了玻特和他的學生貝克以前做過一個實驗,用放射性釙放出的α粒子轟擊鈹核,發現了很強的貫穿輻射。他們將這種輻射解釋為γ輻射。而γ輻射與元素衰變的關系,他的導師邁特內早在1922年就做過實驗研究,對γ輻射的性質也作了一些探索。王淦昌的腦子里突然閃出了火花。他對γ輻射能否具有那么強的貫穿能力所需要的高能量表示懷疑。玻特在實驗中用的探測器是計數器。王淦昌想到的是,如果改用云霧室作為探測器來重復玻特的實驗,也許就會弄清那種貫穿輻射的本性了。當他將自己這個偉大的設想告訴給邁特內,建議用一個云霧室著手研究玻特發現的這種貫穿射線時,邁特內沒有同意。兩年后(1932年2月17日)身居世界科學中心的人們,突然在世界最權威的科學雜志《自然》上看到了一顆光耀新時代的太陽——查德威克——照亮了柏林上空。那一天,也許只有邁特內心緒復雜地想到,這個“太陽”正是采用了王淦昌兩年前向他建議采用的實驗手段——用高壓電離室,計數器和云霧室——來重復玻特的實驗,才證實了那種貫穿輻射的名為中子的中性粒子流,并計算出這種粒子的質量。幾天后,居里夫人公布了他們用云霧室再次進行的這項實驗的結果,成為查德威克成功實驗的佐證。這樣上帝將本應該戴在王淦昌頭上的1935年的諾貝爾物理學獎桂冠戴到了查德威克頭上。⑤    

 

王淦昌來到浙江大學后,最重要的科研成果是“關于探測中微子的建議”。  早在1914年,查德威克就發現放射物質輻射出的γ射線、α射線的譜是分立的,而β射線的譜卻是連續的。這似乎與原子核處于分立的量子狀態的事實不一致,產生了所謂能量危機——即能量似不守恒。玻爾認為,在放射β射線時,能量僅在統計的意義下守恒,對于單個的反應并不守恒。可是,1930年12月4日,泡利在致“蒂賓根地區物理會議放射組”的公開信中提出:“在原子核內可能存在一種我稱為中子的電中性粒子。但是泡利對自己的猜想并沒有充分的信心。1933年,在中子發現后,費米提出了β衰變理論,認為中子蛻變為質子、電子和中微子(即泡利所說的中子)在理論上肯定了中微子的存在。由于中微子不帶電,靜止質量接近于零,因此這類實驗十分困難。1941年前,雖然已有不少物理學家做過這方面的實驗,但都沒有取得確鑿地證實中微子存在的結果。  王淦昌意識到中微子實驗的重大意義,雖在抗戰顛沛流離中,他卻一直關注著這個題目。他所在的理工學院隨浙江大學經五次搬遷后落腳在貴州遵義的湄潭,條件極為簡陋,國內也沒有必需的實驗設備,他只能將自己潛心研究證明中微子存在的實驗方案寫成論文,發表在美國的《物理評論》上,文章發表后,在物理學界引起了轟動。  王淦昌《關于探測中微子的建議》的關鍵之點,就在于把普通β衰變末態的三體變為k俘獲中的二體。這就使得中微子的探測有了實際可能。美國科學家阿倫教授據此進行了實驗取得了肯定的結果。以后,又經羅德拜克、阿倫等科學家的多次實驗,王淦昌于1941年提出的建議,最終在十年之后(1952年)取得了成功。這項成果也成為當年國際物理學最重要的成就之一。⑥  束星北與王淦昌,盡管經歷不同,性情更是形同宵壤,可是對科學事業的執著與嚴謹的精神相同。在專業上,兩人雖各有所長,一個擅長理論物理,一個擅長實驗物理,但整體實力相當。從學業經歷上講,兩人都乘坐過“科學英雄時代”的列車,都是中國現代物理學界的領軍人物。  兩個才華非凡而又個性迥然的人在浙大遭遇后,遂成為“對手”和至交,他們既能相互沖撞啟發,又能相互吸收彌補。他們在課堂上常常是針尖對麥芒,互不相讓,形同兩軍對壘。如在湄潭時期,兩人曾為大學四年級學生專門開設了“物理討論”課程。課程分甲、乙兩種。甲是由全系教師和四年級學生輪流作學術報告。乙主要是由束星北和王淦昌就物理學前沿課題作學術報告。學術報告實際上兩個人和全體學生共同的討論或爭論會,兩個主角無論誰登臺作主講,另一個一定會不斷地在下面“拆臺”,不斷地提問插話、詰問“抬扛”,常常使討論變成了近乎吵架的爭論,有時候,兩個人竟像頂了牛的小孩子一樣,頭對頭,喊叫著,爭得面紅耳赤。大教授竟像孩子一樣的論爭,讓學生們頗感驚異新奇,而一些學術問題也在這樣非常的爭論中日見深邃。  在科學研究上,兩人也是須臾不可分離的伙伴,盡管各有所專,卻每有新的題目或思想時,必到一起探索討論。學生或同事有疑問或新發現,王淦昌一定要將他們引到束星北那里。他常說,束星北鬼點子太多了,你們去討吧。反之,束星北也是如此,他稱贊王淦昌的語言是:他肚子里的貨很多,你們得盯緊點。有時兩人也就共同關注的題目進行研討,如核裂變和Bohr的色散理論或β衰變理論等。據程開甲稱,四十年代初,兩人已開始討論研究如何擊破原子核了。從中也可以看出,兩人的研究已完全進入國際物理學的先進行例了。  束星北與王淦昌無疑是那個時代的中國物理大師,他們不但在科學研究上成就卓越,還一同創造了中國物理學的一代學風,建立起中國理論物理與實驗物理的基礎,同時也造就了一大批稱名于國內和世界物理學界的人才,如吳健雄、李政道、程開甲等。  湄潭期間,束星北的相對論研究也越發的深邃、成熟。在湄潭,他開始從一個新的途徑繼續對廣義相對論進行了探索。他將精力集中在從羅倫茲勻速變換發展加速變換,導出加速變換方程。他認為勻速變換是相對的,而加速是絕對的,其橋梁應當是羅倫茲變換。他力圖證明等價原理中時空變化率,從而進入相對論。這種思想是極為大膽新穎的。它實質上等于否定了愛因斯坦的引力場理論,只承認羅倫茲變換,放棄了愛因斯坦統一場論,時間空間的彎曲是由相對運動物質的加速而來的:將普遍的時空變成相對于運動質點的時空,而不是一個統一場的時空。他的這種新觀點曾發表在英國最具國際影響的雜志《自然》上。  “星北在湄潭的一個比較有趣的工作,是用特殊相對論的原理,推演物質在加速時,也是可以有相對關系的。這項工作很有趣,他把所得結果發表在國際上很有影響的雜志Nature(即自然)上,時間估計是在1944至1945年間,論文是以束星北、蔣素卿兩個人的名字發表的。我出于好奇,也將這個公式用一般的相對論原理試加推導,也得出了同樣的結果。李壽先生最近談起此事時說,他也曾對此事加以驗證,也得到了相同的結果。因此,我們對此深信不疑,認為這至少是一個很重要的創舉,在理論界應有所反應。奇怪的是,就我所知,并沒有什么反應,這使我大惑不解。但我個人對他的文章是很感興趣的,覺得立意新穎,很希望以后會弄清楚,究竟這篇文章是否有價值。”⑦    

 

束星北像個巨大的章魚,除去自己的“專業”還將吸盤伸向所有能夠到的地方:死光(激光)、無人駕駛飛機、雷達(中國第一臺雷達便出自于他手)袖珍發報機等等,他都潛心研究過,有些限于條件沒能進行下去,有的出了階段性成果,有的竟也在極簡陋的條件下取得了成功。這說明束星北不但有理論,也有動手能力。  在浙江大學,程開甲是束星北惟一一個研究生,畢業后又在物理系作助教,跟隨束星北時間最久,對他的天賦和智慧也體會最深,他認為束星北的物理學天賦是無人能及的,有極多的思想或念頭在他那智力超常的大腦里,而那些思想與念頭,如果抓牢了,琢磨透了,就極有可能會結出轟動世界的果實。如對量子電磁場的高次微擾的計算,就是一個足能說明問題的例子。因為量子電磁場的發散不能計算,因而人們無法得到原子能級的電磁場修正,可是束星北想出一個點子,“將發散上限切斷,(Cut一off)繼續進行下去,就可以得到原子能級的電磁場修正。這個想法實質上已經接近了Bethe計算Lamb Retherford效應的觀點(當時Lamb效應還未發現,到1948年才發現)。那時他要王謨顯先生用手搖機計算,我用分析方法,對于He的電子能級計算,并得到相同的修正。當時只能作為一個預測的計算,并沒有想到以后真會有Lamb效應。這可明顯看出束先生的深入遠見。但束先生有一個弱點,工作做好就放下,不久就忘了,不然,這些工作以及他未繼續下的其他研究工作〈如果能夠繼續下去并〉開花結果,那可以說是十分宏偉的。”⑧  程開甲認為,束星北科學素養與天分是無庸置疑的,他對物理學的認識與深度,在中國是極為罕見的。也正是由于這一點,他的思想與認識直到今天仍在發揮著作用,很多見解在今天的實踐過程中被證明是正確的。只是“由于歷史條件和機遇〈的原因〉,沒能顯示出來,這是十分令人惋惜的。”⑨  這個時期,束星北躊躇滿志、雄心勃勃,即使一些老耄稱譽他“天下第一才子”,他也欣欣然,既不自謙,也不覺為過。心里本來就有這樣的感覺。“我28歲就成了名教授,自持有大才,恨不能把全世界的科學家都比低下去。”⑩  他自覺追逐的目標并不遙遠,愛因斯坦、玻爾等大師的脊背清清楚楚地在眼前晃動著。這樣的念頭,早在1937年甚至更早的時候就扎下了根。  1937年5月20日,世界著名物理學家玻爾來到中國。他訪問了上海后,受竺可楨之邀,專程到浙江大學作了原子核的學術報告。束星北就是這個時候有緣與這位量子力學大師相識的。大師在杭州游覽講學的幾天里,束星北和王淦昌幾乎與大師寸步不離。束星北同他探討了原子核的復合核與液滴模型思想以及他本人與愛因斯的爭論;王淦昌同他探討的是宇宙射線中級聯簇射的原因等問題。兩個人特別是束星北與大師之間,不僅是請教、探討,更多的是爭論。“5月23日,12時30分,我們到達杭州,受到從大學來的三位青年科學家束星北、王淦昌、何增祿以及張紹忠教授的迎接。5月24日,演講之后,我們應邀到市政府赴宴,由于年輕的物理學家們,特別是束博士和我父親爭論得特別起勁,我們遲到了一會兒。5月25日,束博士,王博士和何博士陪著我們走了一程又一程,并不停地與我父親講話。當我們分手時,天正下著雨,但我仍然看到強壯而堅定的束博士面帶微笑站立在傾盆大雨中,只為盡可能的與我父親多爭論上幾句。”  原浙江大學物理系教授朱福曾稱,束星北給玻爾留下了深刻的印象。玻爾回去后,不斷收到上海幾所大學和浙江大學師生的信箋,多為探討物理學上的有關問題。也有些師生向他請教、詢問到國外深造學習的途徑,有的則直接讓他幫忙介紹。對于這些要求,玻爾的回答千篇一律;中國有束星北、王淦昌這么好的物理學家,你們為什么還要跑到外邊去學習物理呢?  凡熟知束星北的人,沒人懷疑他的能力和天賦,就如同沒有人懷疑王淦昌的能力和天賦一樣。以后的日子,如果世界上一個重大發現和新的學說有了他的名字,他們會覺得理所當然,沒有什么可奇怪的。實際上王淦昌的經歷就是如此。可是束星北的道路卻未能這樣延續,他早早地從這個如魚得水的舞臺退了下來,并很快就消失了。據稱,50年代初玻爾還向拜訪他的中國科學家打聽束星北,卻沒人能告訴他束星北的去向。以后,束星北又出現在一些關注他的人們的視線里,而那已經是另一個舞臺了。  注釋  ①許良英:《憶束師星北先生》》,邗江文史資料第六輯《物理學家 束星北——紀念束星北先生去世十周年》第15、16、17、18頁。  ②周志成:《難得的物理思想家和教育家——記一級教授束星北》, 邗江文史資料第六輯《物理學家束星北紀念束星北先生去世十周 年》第37、38、39、40、43、45、46頁。  ③程開甲:《束星北先生的學術思想》邗江文史資料第六輯《物理學 家束星北—紀念束星北先生去世十周年》,第7、8、9、10頁。  ④王淦昌:《深切懷念好友束星北先生》,束星北《狹義相對論》序 言第一頁。王淦昌,中國科學院院士,原二機部部長、原子能研究 所名譽所長,已故。    

 

⑤據《王淦昌傳略》《王淦昌和他的科學貢獻》第228-230頁,科 學出版社,1987年。  ⑥同上第237-239頁。  ⑦王淦昌:《深切懷念好友束星北先生》,束星北《狹義相對論》序 言第2頁。  ⑧程開甲:《束星北先生的學術思想》,邗江文史資料第六輯《物理 學家束星北-紀念束星北先生逝世十周年》,第11、12頁。  ⑨同上第7頁。  ⑩束星北檔案資料散裝卷。  紜{1}尼爾斯·漢斯日記,載《中國科技史料》第11卷(1990)第二期。  紝{1}據朱福采訪錄,1989年4月9日。    
2013-08-23 09:45

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