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ZT: 一個天才物理學家的命運

(2014-03-31 17:20:24) 下一個

【轉自友人的電郵】

深深的皺褶裏,不僅僅是歲月滄桑,生命從生成到滅亡也不全是季節的輪回。一雙曾經多麽明亮熾熱的眼睛,它溫暖過很多人的靈魂和冰涼的真理,如今卻隻剩下怎麽讀也讀不盡的蒼涼。相信生命與靈魂隻有死過數十次的人,才會有這樣令人悲傷與不安的麵孔。

束星北的命運告訴我們,已被我們認為早翻爛了的過去的大書,其實,還沒有真正打開……


上麵這段話是《束星北檔案》一書的作者對物理學家束星北教授晚年的一張攝影肖像的描繪:

2013
年是束星北教授逝世30周年,浙江大學校友會聯誼會於1019日在青島隆重舉行了束星北教授逝世30周年紀念大會。他的學生物理學家李政道專門為束教授作了鏗鏘有力的題詞“浙大人 民族魂”。


下麵介紹束教授一生的點滴

優秀的物理學家束星北

1972年,諾貝爾物理學獎得主李政道先生回國。當周恩來總理提出希望他能為解決中國教育人才斷層的問題做些工作,介紹一些海外有才學的人到中國講學時,李政道說:中國不乏這樣的人才,隻是他們沒有得到使用,比如我的老師束星北先生。

束星北,江蘇揚州人,曾獲得英國愛丁堡大學的碩士學位和麻省理工學院的碩士學位。1931年回國後在浙江大學執教。他非常重視啟發式教學,培育了李政道、程開甲、吳健雄等多位傑出人才,其獨特的教學方法和風格給許多師生留下深刻印象。

與傳統的知識分子不同,束星北棱角分明,鋒芒畢露。在學術上,他實事求是,錙銖必較。無論是誰,隻要他認為與科學不符,就會衝上前去,與人爭論不休。50年代初,王竹溪教授到山東大學講學。講座中途,束星北走到講台上說:有必要打斷一下,因為我認為王先生的報告錯誤百出,他沒有搞懂熱力學的本質。他捏起粉筆一邊在王先生寫滿黑板的公式和概念上打叉,一邊解釋錯在那裏,一口氣講了大約40分鍾。

不僅如此,他還把學術標準帶到了生活中。他疾惡如仇,容不得半點錯誤和荒謬。三反期間,浙江大學節約委員會中生有,把蘇步青定為貪汙典型。束星北直接闖進辦公室,對節約委員會主任罵道:你知道蘇步青是什麽人嗎?你們算什麽東西!說罷,把對方揪起來,一拳打出幾米開外。結果,他被以抗拒運動的罪名大加批判。

束星北反對當時的一邊倒學蘇聯:你們教辯證唯物主義,我就教牛頓、愛因斯坦。他對好好學習的學生耐心有加;對熱衷搞運動的學生,笨蛋草包狗屁不通難聽的話他也是說得出來的。

後來的反右運動中,束星北沒有逃脫被整肅、批判、改造的命運。1960年,在長期的打擊和圍剿下,智慧、理性的束星北認錯了,他開始往自己身上潑汙水,承認有罪

李政道先生的談話給束星北的待遇帶來了轉機。1979年落實政策後,航天部實驗的一枚洲際導彈需要計算彈頭數據艙的接收和打撈最佳時期,由錢學森拍板讓他計算並由國家撥款100萬元。束星北分文未要,僅憑著實驗室的一台計算機、一摞紙就準確無誤地完成了任務。

束星北以一人之力,對施加在身上的無形壓力強烈反抗,在荒謬的時代裏保持了清醒和異議,顯示出的高貴和理性。雖然他最後落敗,但我們今天仍然以擁有過束星北這樣優秀的知識分子為榮。

束星北檔案――一個天才物理學家的命運

  他的理論物理修養(三四十年代)國內難有比肩者。愛因斯坦、玻爾等大師的背影就在眼前晃動,他要做的就是躋身其中。

  他的教育才華(三四十年代)也無人可以企及。他啟蒙並培育過一批國內外頂尖的物理學家,如美國科學院院士、美國物理學會會長吳健雄,和楊振寧共同榮獲1957年諾貝爾物理學獎的世界著名物理學家李政道,中國第一顆原子彈研製的開拓者、中國核武器試驗的創始人之一程開甲等。

  他又是天賦極高、富有激情的“詩人”,在他身上,有一種學界罕見的“騎士”作派與英雄豪俠的氣質。因而,有人認為,他身上最飽滿的地方,恰恰是中國知識分子身上最為貧瘠的地方。

  中國科學院學部委員、國防科工委顧問、中國第一顆原子彈研製的開拓者之一、中國核武器試驗事業的創始人之一―――程開甲,作為20世紀40年代浙江大學物理係學生、束星北的研究生,是這樣回憶他的導師的:

  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火斤先生請他吃晚飯,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,他擺動一個桌上的天平,問我們為什麽會擺動。用這個例子講,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。以後一年中,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 必須弄清什麽是速度和什麽是加速度。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,而相對加速度隻能是運動學上(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麽一個題:“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,為什麽月亮跟地球轉了 ”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。從這裏(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。你能忘記這個考題嗎?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。

   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,並從中得出結論:熱力學過程中的規律是隻有在可 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,其他過程的熵隻能單調增加。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:隻是在能量流入或流出物體時才稱為熱,其餘的不是“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。規律性隻要有實踐證明,並非要求每一過程的規律都要重複的(地 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 係統,並不需要和可能有更多的內在規律,隻要嚴格推導他 它 就可以了。比如按量子力學,同一核子為什麽先後(在)不同時間衰變發出粒子,我們回答這是量子力學講幾率。再問為什麽有幾率不同,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”。從這裏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)一書中最後的結語,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。

  20世紀40年代的浙江大學物理係和數學係的學生,對束星北的教育才能是有口皆碑的,特別是曾經受教於他的學生認為,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

  連他的好友王淦昌在談到束星北的教授方法時,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。”

  束星北的才華與其在物理學上的水準,從他同王淦昌的關係上也能夠反映出來。出生於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,一年後分科進了物理係,從師於葉企孫教授(18981977年)和吳有訓教授(18971977年)。 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,並為日後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,從師於被愛因斯坦譽稱為“我們的居裏夫人”的傑出物理學家邁特內。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裏常常工作到深夜。實驗室的大門晚上10時關閉,王淦昌隻好翻牆越戶回到自己的宿舍。隻有兩種情況使他奔走於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SeminarSeminar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,成為他日後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裏,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;約裏奧和居裏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,衝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辨 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係,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。王淦昌的腦子裏突然閃出了火花。他對γ輻射能否具有那麽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,如果改用雲霧室作為探測器來重複玻特的實驗,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,建議用一個雲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。兩年後(1932217日) 身居世界科學中心的人們,突然在世界最權威的科學雜誌《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,也許隻有邁特內 心緒複雜地想到,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、計數器和雲霧室―――來重複玻特的實驗,才證實了那種貫 穿輻射的名為中子的中性粒子流,並計算出這種粒子的質量。幾天後,居裏夫人公布了他們用雲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。

  王淦昌來到浙江大學後,最重要的科研成果是“關於探測中微子的建議”。

  王淦昌《關於探測中微子的建議》的關鍵之點,就在於把普通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。以後,又經羅德拜克、阿倫等科學家的多次實驗,王淦昌於1941年提出的建議,最終在10年之後(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。

  束星北與王淦昌,盡管經曆不同,性情更是形同霄壤,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。從學業經曆上講,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後,遂成為“對手”和至交,他們既能相互衝撞啟發,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。甲是由全係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。學術報告實際上是兩個人和全體學生共同的討論或爭論,兩個主角無論誰登台做主講,另一個一定會不斷地 在下麵“拆台”,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,爭得麵紅耳 赤。大教授竟像孩子一樣地論爭,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夥伴,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 束星北那裏。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,他稱讚王淦昌的語言是:他肚子裏的貨很多,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,40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列了。

  束星北與王淦昌無疑是那個時代的中國物理學大師,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聞名於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地深邃、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。它實質上等於否定了愛因斯坦的引力場理論,隻承認羅倫茲變換,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於運動質點的時空,而不是一個統一場的時空。粒子物理、場論、宇宙物理都是科學上的難題,遠沒有得到規律性的認識,因而束星北新穎大 膽的思想觀點也難以證實,但是從中可以看到他敏銳而又獨到的思路。沒有超凡的實力與功底,是難以進入到這樣的科學深度的,這一點,老友王淦昌是從不會懷疑 的。“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,也是可以有相對關係的。這項工作很有趣,他把所得結果發表在國際上很有 影響的雜誌Nature(即《自然》)上,時間估計是在19441945年 間,論文是以束星北、蔣素卿兩個人的名字發表的。我出於好奇,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。李壽木丹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,並沒 有什麽反應,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,很希望以後會弄清楚,究竟這篇文章是否有價值。”

  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 中國第一台雷達便出自於他手 、袖珍發報機等等,他都潛心研究過,有些限於條件沒能進行下去,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的一個研究生,畢業後又在物理係做助教,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裏,而那些思想與念頭,如果抓牢了,琢磨透了,就極有可能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(Cutoff),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,對於He的電子能級計算,並得到相同的修正。當時隻能作為一個預測的計算,並沒有想到以後真會有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去的其他研究工作(如果能夠繼續下去並)開花結果,那可以說是十分宏偉的。”

  程開甲認為,束星北科學素養與天分是毋庸置疑的,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。隻是“由於曆史條件和機遇(的原因),沒能顯示出來,這是十分令人惋惜的。”

  這個時期,束星北躊躇滿誌、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。心裏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。”……

  他自覺追逐的目標並不遙遠,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紮下了根。

  1937520日, 世界著名物理學家玻爾來到中國。他訪問了上海後,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。 大師在杭州遊覽講學的幾天裏,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複合核與液滴模型思想以及他本人與愛因斯坦的爭論;王淦昌同他 探討的是宇宙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。“523日,1230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。524日,演講之後,我們應邀到市政府赴宴,由於年輕的物理學家們,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。525日,束博士、王博士和何博士陪著我們走了一程又一程,並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麵帶微笑站立在傾盆大雨中,隻為盡可能地與我父親多爭論上幾句。”尼爾斯?漢斯日後回憶道。

  原浙江大學物理係教授朱福曾稱,束星北給玻爾留下了深刻的印象。玻爾回去後,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。對於這些要 求,玻爾的回答千篇一律:中國有束星北、王淦昌這麽好的物理學家,你們為什麽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。以後的日子,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,沒有什麽可奇怪的。實際上王淦昌的經曆就是如此。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台退了下來,並很快就消 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。以後,束星北又出現在一些關注他的人們的視線裏,而那已經是另一個舞台了。

  (摘自《束星北檔案―――一個天才物理學家的命運》,劉海軍著,作家出版社20051月出版。)

 

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