彭桓武:物理天工總是鮮
來源:光明日報 發(fā)布時間:2020-04-22 10:46

  10年前,中國人民革命軍事博物館收到了一份特殊的藏品——一枚金質(zhì)獎?wù)隆_@遵照了“兩彈一星”元勛彭桓武先生的遺愿,由中國科學(xué)院理論物理研究所將他的“兩彈一星”功勛金質(zhì)獎?wù)沦浻柚袊嗣窀锩娛虏┪镳^。如今,這枚“兩彈一星”功勛獎?wù)乱呀?jīng)頒發(fā)20余周年了,讓我們重溫彭桓武先生一生中的幾個重要階段,全面了解他對新中國國防事業(yè)和理論物理發(fā)展所作出的重要貢獻(xiàn)。

  世亂驅(qū)人全氣節(jié) 天殷囑我重斯文

  1931年—1935年,彭桓武在清華大學(xué)學(xué)習(xí)。他主修物理,選修化學(xué)并旁聽數(shù)學(xué),受到吳有訓(xùn)、葉企孫、周培源和楊武之等先生的指導(dǎo)和幫助,打下了堅實的理學(xué)基礎(chǔ)。本科畢業(yè)后,彭桓武進(jìn)入清華大學(xué)研究院,在周培源先生的指導(dǎo)下開展相對論的研究,但因1937年“七七事變”爆發(fā)而中斷學(xué)業(yè)。在云南大學(xué)短暫教書后,他于1938年考取了中英庚款留學(xué)生。

  1938年秋,彭桓武抵達(dá)英國愛丁堡大學(xué),師從著名物理學(xué)家玻恩。玻恩是量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一,獲得了1954年諾貝爾物理學(xué)獎。考慮到自己之前的研究“皆偏于數(shù)學(xué),只對技巧有所提高,而對理論物理尚未入門”,彭桓武在與玻恩初次見面時便提出“想要研究具體的物理問題,不想再搞廣義相對論等難以捉摸的東西。”

  玻恩建議彭桓武計算金屬的熱振動頻率。為了簡化計算,彭桓武發(fā)展了自洽場的微擾方法并利用該方法計算由均勻形變引起的晶格勢能變化和金屬彈性模量。基于該工作,彭桓武于1941年獲愛丁堡大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。

  隨后,彭桓武前往愛爾蘭都柏林研究院,在量子力學(xué)另一創(chuàng)始人、1933年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者薛定諤的指導(dǎo)下做博士后研究。

  此時,彭桓武的研究興趣轉(zhuǎn)入介子理論。他與都柏林研究院助理教授海特勒、博士后同學(xué)哈密頓合作,應(yīng)用“阻尼的量子理論”研究宇宙線介子。研究發(fā)現(xiàn),新理論能夠解釋主要與介子相關(guān)的宇宙線現(xiàn)象,包括其產(chǎn)生、在大氣層中的擴(kuò)散、介子簇射和轉(zhuǎn)換為中性介子。理論得到的介子密度隨能量、高度、地磁緯度等變化情況與實驗測量相一致。

  這便是著名的HHP理論,即以Hamilton、Heitler和Peng三位作者姓氏首字母命名。這項工作的最初動機(jī)是為輻射阻尼尋找證據(jù),但在當(dāng)時卻因?qū)τ钪婢€現(xiàn)象提供了連貫的圖像和解釋,引起著名理論物理學(xué)家丘、湯川秀樹以及實驗物理學(xué)家巴巴、鮑威爾、羅徹斯特等人的注意。

  1943年7月,彭桓武重返愛丁堡大學(xué)并擔(dān)任卡耐基研究員。隨后的兩年間,他同玻恩合作,深入研究場的量子力學(xué),系統(tǒng)分析了量子場論的性質(zhì),并在處理量子場論發(fā)散問題方面投入了很多精力。

  基于量子場論的發(fā)散困難及輻射反作用的嚴(yán)格論述,彭桓武于1945年獲愛丁堡大學(xué)科學(xué)博士學(xué)位。同年,他與玻恩共同分享愛丁堡皇家學(xué)會的麥克杜噶—布里斯本獎(MakDougall Brisbane)。

  1944年,玻恩所著的《原子物理》第三版出版。玻恩在該書中引用了HHP理論,同時感謝彭桓武的幫助和核對附錄證明部分,并贈送彭桓武一本親筆簽名的專著。彭桓武對這部專著非常珍視,雖異地幾處,卻一直保存完好。彭桓武去世后,遵照其遺囑,該書現(xiàn)珍藏于中國科學(xué)院理論物理研究所圖書館。

  1945年7月,海特勒升任都柏林研究院理論物理研究所高級教授,彭桓武接替海特勒任助理教授。這期間,他指導(dǎo)研究生莫勒特計算加速器人工產(chǎn)生介子的產(chǎn)生截面。

  留學(xué)歐洲的前七年,彭桓武從未休假,共發(fā)表18篇論文,其中3篇發(fā)表于英國《自然》雜志,其余各篇均發(fā)表于世界著名物理學(xué)期刊。

  在同國際一流物理學(xué)家們的合作中,彭桓武兼容并蓄,集各學(xué)派之所長進(jìn)而形成了自己的風(fēng)格。在愛丁堡大學(xué),他學(xué)習(xí)玻恩的矩陣力學(xué)方法和嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推演能力;在愛爾蘭都柏林研究院薛定諤處,他掌握了波動力學(xué)方法及薛定諤的縝密思維能力;而與海特勒關(guān)于介子理論的合作,使他掌握了如何系統(tǒng)研究某一主題的方法。

  憑借杰出的理論物理研究能力,彭桓武獲得玻恩和薛定諤的高度贊譽(yù)。在玻恩眼里,彭桓武是一位“天賦出眾”、具有“神秘才干”、“單純”又“杰出”的人。而薛定諤在與愛因斯坦的通信中寫道:“簡直不敢相信,這個年輕人學(xué)了這么多,知道那么多,理解這么快……”

  盡管彭桓武在學(xué)術(shù)上沒有同薛定諤有過合作,但薛定諤對他的影響卻很大。1985年,《薛定諤傳》作者穆爾寫信向彭桓武詢問薛定諤對他的影響,彭桓武在回信中寫道:“我同薛定諤教授曾在1941年—1943年、1945年—1947年兩次共事。我非常感激同他友好且親密的接觸……大家公認(rèn)聽薛定諤教授的報告是一種享受,因為他報告時邏輯清晰同時具有很強(qiáng)的藝術(shù)感……薛定諤見解多樣,同時是一位深刻的思想家,這不得不讓人欽佩。”

  彭桓武初抵愛丁堡時曾寫下詩句——“世亂驅(qū)人全氣節(jié),天殷囑我重斯文”,這出自他對顛沛流離求學(xué)和留學(xué)生涯的萬千感慨。當(dāng)然,他深知建設(shè)祖國必然需要知識和人才這一顛撲不破的真理。所以,當(dāng)彭桓武再次返回都柏林時,他認(rèn)為自己已經(jīng)具備獨立研究的能力,便想爭取早日回國。

  為此,彭桓武上夜校學(xué)俄語,計劃從西伯利亞回國。為了得到回國船票,他請求狄拉克和布萊克特幫忙,但未能如愿。

  1947年年底,彭桓武終于得到由倫敦到香港的船票,輾轉(zhuǎn)回國。事實上,早在1941年留英庚款三年資助期結(jié)束時,彭桓武便有意回國,甚至還學(xué)習(xí)游泳以備在大西洋中自救,但后來因太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)而擱置。

  集體集體集集體 日新日新日日新

  彭桓武回國后,相繼在云南大學(xué)、清華大學(xué)和北京大學(xué)物理系任教,研究方向轉(zhuǎn)移到原子核領(lǐng)域。由于留歐期間通曉量子力學(xué)基本理論,他回國后積極普及量子力學(xué)。除1952年至1955年在北京大學(xué)物理系講授量子力學(xué)外,還于1954年暑假在青島由教育部舉辦的講習(xí)班中為各大學(xué)培訓(xùn)了一批量子力學(xué)師資。

  此外,彭桓武還協(xié)助錢三強(qiáng)等人籌備組建中國科學(xué)院近代物理研究所并擔(dān)任理論組組長。錢三強(qiáng)與彭桓武是清華大學(xué)只差一級的校友,1939年結(jié)識于歐洲。彭桓武1947年回國前曾去巴黎看望錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦。二人約定待錢三強(qiáng)回國后“一塊好好干”。

  近代物理所成立初期,百廢待興。為了開展工作,研究所動員所里科學(xué)家去廢品站撿一些可用作研究的舊金屬。彭桓武有一次在天橋廢品站尋找廢品,卻被公安人員懷疑為小偷或者破壞分子而帶到派出所盤問,后來經(jīng)錢三強(qiáng)解釋后才得以釋放。

  1955年年初,中共中央正式?jīng)Q定發(fā)展中國的核武器。中國核工業(yè)建設(shè)初期得到了蘇聯(lián)專家一定的幫助,1955年10月至1956年4月,彭桓武被派去蘇聯(lián)熱工研究所學(xué)習(xí)反應(yīng)堆設(shè)計理論。回國后,他的主要工作是培養(yǎng)中國原子能研究的青年人才。

  彭桓武善于挖掘年輕科研人員潛力,培養(yǎng)了周光召、黃祖洽、于敏等能力超強(qiáng)的年輕理論物理學(xué)家,助力中國成功研制原子彈,并在隨后的短時間內(nèi)成功研制氫彈。除在近代物理所同黃祖洽、金星南一起培養(yǎng)反應(yīng)堆理論和計算數(shù)學(xué)的大學(xué)畢業(yè)生外,彭桓武還依照美國通用教科書,給二機(jī)部新招的各工科大學(xué)不同專業(yè)的畢業(yè)生補(bǔ)習(xí)核工原理等專業(yè)基礎(chǔ)課。

  20世紀(jì)60年代初,蘇聯(lián)短時間內(nèi)撤回援助專家,中國科學(xué)家必須自力更生研制原子彈。1961年4月初,彭桓武奉命被調(diào)到當(dāng)時的二機(jī)部北京第九研究所(1964年改為二機(jī)部第九研究設(shè)計院),頂替撤走的蘇聯(lián)專家,負(fù)責(zé)核武器的理論攻關(guān)工作。

  此時,中國的原子彈研制一度陷入困境。理論計算表明,炸藥爆炸后在內(nèi)爆過程中產(chǎn)生的壓力總是小于在原子彈設(shè)計初期蘇聯(lián)專家留下的教學(xué)模型框圖。中國科學(xué)家歷時一年多,經(jīng)歷9次煩瑣計算,還是得不到與蘇聯(lián)專家一致的數(shù)據(jù)。

  彭桓武請他的學(xué)生、剛從蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合原子核研究所回國的周光召復(fù)查之前的計算數(shù)據(jù)。周光召仔細(xì)檢查9次計算結(jié)果后認(rèn)為,計算沒有問題,懷疑蘇聯(lián)專家數(shù)據(jù)的可靠性。他從炸藥能量利用率著手,求出炸藥所做出的最大功,從理論上證明用特征線法所做計算結(jié)果的正確性,從而證明蘇聯(lián)專家數(shù)據(jù)是不正確的,結(jié)束了近一年的爭論,使得中國原子彈研制繼續(xù)向前推進(jìn)。

  1964年10月16日,中國成功爆炸第一顆原子彈。

  第一顆原子彈理論設(shè)計完成后,彭桓武迅速組織力量轉(zhuǎn)向氫彈原理探索。從1964年年底開始,在彭桓武等人的主持下,鄧稼先、周光召組織科技人員制定了關(guān)于突破氫彈原理的工作大綱。

  彭桓武還設(shè)計了三套氫彈研制方案,分別由周光召、黃祖洽和于敏負(fù)責(zé)。彭桓武回憶說,原則上三套氫彈研制方案都是合理可行的,黃祖洽負(fù)責(zé)的方案實際上是一個保底的方案。最后,于敏帶領(lǐng)的研究小組率先實現(xiàn)了其中的一個氫彈設(shè)計原理。在明確氫彈設(shè)計原理之后,理論部科研人員很快地融合一起,完善氫彈理論模型并進(jìn)行細(xì)致的物理設(shè)計。

  于是,在突破原子彈后的兩年兩個月的時間內(nèi),再次突破氫彈原理,取得中國核武器研制的又一個里程碑式成果。1967年6月17日,中國第一顆氫彈空投試驗成功。

  原子彈和氫彈的成功研制,對新中國的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義,既推進(jìn)了國防現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程,帶動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,又鞏固和提升了新中國的國際地位。彭桓武在理論設(shè)計和人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮了不可替代的作用。

  周光召曾說,彭桓武是中國“核物理理論、中子物理理論以及核爆炸各層理論的奠基人,差不多所有這方面后來的工作者,都是他直接或間接的學(xué)生”。物理學(xué)家、1957年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者楊振寧先生在2001年給彭桓武的信中這樣寫道:“中國今日國力鼎盛與原子武器之發(fā)展有密切關(guān)系。先生在此方面之貢獻(xiàn)我雖不知細(xì)節(jié),但早知其重要性。”

  然而,對于個人貢獻(xiàn),彭桓武一直保持謙虛、低調(diào)。第一顆原子彈爆炸后,他難掩激動情緒,在羅布泊寫下“不是工農(nóng)兵協(xié)力,焉能數(shù)理化成功”的詩句。多年以后,彭桓武作為第一獲獎人因“原子彈氫彈設(shè)計原理中的物理力學(xué)數(shù)學(xué)理論問題”獲得國家自然科學(xué)一等獎。當(dāng)九所的同志把唯一一枚獎?wù)滤徒o彭桓武時,他提議由九所保存,隨即寫下:“集體、集體、集集體;日新、日新、日日新。”

  這是彭桓武內(nèi)心精神世界的真實寫照。至今,這十四個字一直指引著中國科學(xué)界,甚至航天界的科學(xué)家們前進(jìn)。

  生前慢待因忙亂 去后勤思怎補(bǔ)償

  對于中國科學(xué)事業(yè)的發(fā)展,彭桓武一直保持初心。而對于愛情,他也同樣保持著真誠。當(dāng)彭桓武第二次到達(dá)都柏林時,與當(dāng)時指導(dǎo)的研究生莫勒特發(fā)展了真摯的愛情。不過,兩個年輕人最終并沒有選擇在一起,而是為各自祖國科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)一生。

  莫勒特積極推動恢復(fù)和提高戰(zhàn)后法國的物理學(xué)研究水平,與丈夫德西特共同創(chuàng)立Les Houches暑期學(xué)校,成為法國乃至歐洲重要的學(xué)術(shù)交流陣地。為表彰莫勒特為法國科學(xué)發(fā)展所作的特殊貢獻(xiàn),1981年法國政府授予她國家功勛騎士勛章。

  彭桓武回國后單身多年。直到43歲時才經(jīng)人介紹認(rèn)識國務(wù)院機(jī)關(guān)幼兒園醫(yī)生劉秉嫻。劉秉嫻父母去世早,從小與姐姐相依為命。她曾在煙臺、青島和上海的醫(yī)院擔(dān)任護(hù)士、護(hù)士長和醫(yī)生,工作積極,1958年修十三陵水庫時被評為勞動模范,還因工作出色被評為北京市優(yōu)秀保育工作者。

  彭桓武被這位溫婉大方、踏實肯干的山東姑娘吸引。二人于1958年年底結(jié)婚。婚后,劉秉嫻勤儉持家,解除了彭桓武科研工作的后顧之憂。從此,彭桓武衣服整潔了,外出吃飯的次數(shù)少了。有了夫人的精心照料,他得以將全部精力放在發(fā)展新中國的原子能事業(yè)上。

  1972年,劉秉嫻因患血栓閉塞性脈管炎在家休養(yǎng),1977年又被診斷為肺癌晚期。臨終前,劉秉嫻為彭桓武父子趕做棉衣、單衣和短褂袖,還給丈夫?qū)懥艘环狻白詈笸骸保瑢嶋H是對彭桓武以及兒子彭遠(yuǎn)征生活習(xí)慣、待人接物等各方面的囑托。

  1977年8月14日,劉秉嫻懷著對親人和生活的無比眷戀,永遠(yuǎn)閉上了眼睛。彭桓武將這一天的日歷頁撕下珍藏起來。夫人追悼會結(jié)束當(dāng)晚,彭桓武陷入昏迷。七天七夜之后才蘇醒。他特別自責(zé)之前將全部精力投入在工作上,在同夫人共同生活的十九年里,很少關(guān)愛她。夫人去世后,彭桓武常通過作詩來表達(dá)哀思。在彭桓武1996年所作的一首詩中,可以看出他對夫人的無盡思念和歉疚:“對影如癡訴斷腸,別時已等聚時長。生前慢待因忙亂,去后勤思怎補(bǔ)償。”

  直至晚年,彭桓武還經(jīng)常一個人乘公交車去香山,那里曾是他和夫人攜手同游之地,有著他們的美好回憶。劉秉嫻去世后,彭桓武一直保留著她的骨灰和那封“最后通牒”。直到他2007年去世后,兩人的骨灰共同撒在了香山植物園的一棵樹下。

  淡泊名利 提攜后進(jìn)

  彭桓武一生生活簡樸,淡泊名利。留學(xué)歐洲時,他將節(jié)約下來的大部分獎學(xué)金用于購買與物理、化學(xué)相關(guān)的英文原版書籍。回國前,他又特意買新木箱將這些書籍打包,輾轉(zhuǎn)香港、上海、昆明,最后到達(dá)北京。

  彭桓武去世后,將他的所有書籍(共九個書架,其中大部分是英文原版的理論著作)捐贈給中國科學(xué)院理論物理研究所,這是一筆寶貴的財富。

  1995年,彭桓武獲得何梁何利獎的“科學(xué)與技術(shù)成就獎”,獎金為100萬元港幣。他決定用這份獎金,設(shè)立“彭桓武紀(jì)念贈款”,全部分給那些曾經(jīng)為尖端科學(xué)作出貢獻(xiàn)、后因年齡和傷病沒能獲得足夠重視和榮譽(yù)的同事,以表達(dá)他的敬意。

  中央電視臺《大家》欄目主持人曾在訪談中提及這一百萬獎金,認(rèn)為它對普通人來說足可以過上舒適的生活,彭桓武立即回答:“對我來說沒用,我生活足夠了,加這一百萬或不加這一百萬(都一樣),這一百萬等于白搭。因為你一個人只能用那么多錢,你像我現(xiàn)在吃,大夫給我限制的,我只許吃這么多東西,一天只許吃一個雞蛋,吃兩個雞蛋都不行,那個錢有什么用?”

  對于名譽(yù)和職務(wù),彭桓武也很淡然。他曾擔(dān)任三屆全國人大代表和一屆全國政協(xié)委員,但因從未提過案和從未發(fā)過言而自己給自己“革了職”。

  完成核武器理論研制后,彭桓武認(rèn)為已經(jīng)完成中國年輕一代核物理工作者的培養(yǎng)任務(wù)和使命,便主動申請回到理論物理研究工作。1972年,他先回到中國科學(xué)院高能物理研究所工作。1978年中國科學(xué)院理論物理研究所成立后,彭桓武擔(dān)任所長。五年任期一結(jié)束,他便向院領(lǐng)導(dǎo)寫信請辭所長一職,推薦更加年輕和有領(lǐng)導(dǎo)能力的周光召擔(dān)任所長。當(dāng)時,有同事建議他擔(dān)任理論物理研究所名譽(yù)所長一職,他認(rèn)為,“不要這樣為好,我也很不愿意這樣,掛名的‘名譽(yù)’。近年來我在擔(dān)任理論物理所所長期間,主要工作均委托青年同志去辦,已經(jīng)擔(dān)任過了名譽(yù)所長。但我對這種狀況早已厭煩。長此下去對工作不利。且我所是一個新所,建立時院領(lǐng)導(dǎo)即指示我所要有一個新的作風(fēng)。由于歷史較短,在我所尚未形成長期一貫的所長制。所以我建議理論物理所從一開始即根本不設(shè)名譽(yù)所長職稱。如在追溯歷史有需要時,只表明某某所長(起訖年月)即可”。

  除了理論物理,彭桓武還提倡發(fā)展交叉學(xué)科,建議開展理論生物和理論化學(xué)研究。他親自推動全國的統(tǒng)計物理和凝聚態(tài)理論研究,促成了每兩年一次的全國統(tǒng)計物理和凝聚態(tài)理論系列會議。20世紀(jì)90年代,他又大力倡導(dǎo)生物物理的發(fā)展。

  同時,彭桓武還提倡理論化學(xué)物理的研究。而他自己,為了還碩士指導(dǎo)教師周培源先生的“債”,直到90歲仍在研究廣義相對論并發(fā)表學(xué)術(shù)論文。彭桓武就這樣不斷地開辟新方向,堅持工作在科研第一線,培養(yǎng)了一批又一批學(xué)生,為我國理論物理事業(yè)的發(fā)展,不惜花費精力進(jìn)行了許多組織和研究工作。而在工作有了基礎(chǔ)后,他總是悄然引退,把領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)逐個移交給更年輕的科學(xué)家。

  這,就是彭桓武先生獻(xiàn)身集體、獻(xiàn)身科學(xué)的一生寫照!(作者:莊辭,系中國科學(xué)院理論物理研究所科研處處長;劉金巖,系中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所副研究員。)

【責(zé)任編輯:周旋潔】
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