面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 學者風采

彭桓武:物理天工總是鮮

2020-02-03 光明日報
【字體:

語音播報

  學人小傳

  彭桓武(1915-2007),湖北麻城人,1935年毕业于清华大学物理系,随后入清华大学研究院学习,1938年考取中英庚款留学生,1940年、1945年相继获爱丁堡大学哲学博士学位和科学博士学位。留欧期间曾在爱尔兰都柏林高等研究院从事科研工作,与玻恩、海特勒等物理学家合作,在固体物理、介子理论和量子场论等方面做出有国际影响的工作。1947年年底回国,历任云南大学、清华大学教授。曾任二机部九所研究员和副所长、中國科學院高能物理研究所副所长、中國科學院理论物理研究所首任所长。彭桓武回国初期致力于量子力学在中国的早期普及,随后在中国尖端武器的研究和理论设计方面作出重要贡献。晚年致力于物理学与其他交叉学科的发展。1945年与玻恩共同获英国爱丁堡皇家学会麦克杜噶-布里斯本奖。1948年当选为爱尔兰皇家学会会员,1955年当选为中科院数理化学部委员。1982年获國家自然科學獎一等奖,1985年获国家科技进步奖特等奖,1995年获何梁何利基金科学与技术成就奖。1999年被授予“两弹一星”功勋奖章,2020年获中国核工业功勋奖章。

  10年前,中国人民革命军事博物馆收到了一份特殊的藏品——一枚金质奖章。这遵照了“两弹一星”元勋彭桓武先生的遗愿,由中國科學院理论物理研究所将他的“两弹一星”功勋金质奖章赠予中国人民革命军事博物馆。如今,这枚“两弹一星”功勋奖章已经颁发20余周年了,让我们重温彭桓武先生一生中的几个重要阶段,全面了解他对新中国国防事业和理论物理发展所作出的重要贡献。

  世亂驅人全氣節

  天殷囑我重斯文

  1931年—1935年,彭桓武在清華大學學習。他主修物理,選修化學並旁聽數學,受到吳有訓、葉企孫、周培源和楊武之等先生的指導和幫助,打下了堅實的理學基礎。本科畢業後,彭桓武進入清華大學研究院,在周培源先生的指導下開展相對論的研究,但因1937年“七七事變”爆發而中斷學業。在雲南大學短暫教書後,他于1938年考取了中英庚款留學生。

  1938年秋,彭桓武抵達英國愛丁堡大學,師從著名物理學家玻恩。玻恩是量子力學的創始人之一,獲得了1954年諾貝爾物理學獎。考慮到自己之前的研究“皆偏于數學,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。爲了簡化計算,彭桓武發展了自洽場的微擾方法並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年獲愛丁堡大學哲學博士學位。

  隨後,彭桓武前往愛爾蘭都柏林研究院,在量子力學另一創始人、1933年諾貝爾物理學獎獲得者薛定谔的指導下做博士後研究。

  此時,彭桓武的研究興趣轉入介子理論。他與都柏林研究院助理教授海特勒、博士後同學哈密頓合作,應用“阻尼的量子理論”研究宇宙線介子。研究發現,新理論能夠解釋主要與介子相關的宇宙線現象,包括其産生、在大氣層中的擴散、介子簇射和轉換爲中性介子。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是爲輻射阻尼尋找證據,但在當時卻因對宇宙線現象提供了連貫的圖像和解釋,引起著名理論物理學家丘、湯川秀樹以及實驗物理學家巴巴、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並擔任卡耐基研究員。隨後的兩年間,他同玻恩合作,深入研究場的量子力學,系統分析了量子場論的性質,並在處理量子場論發散問題方面投入了很多精力。

  基于量子场论的发散困难及辐射反作用的严格论述,彭桓武于1945年获爱丁堡大学科学博士学位。同年,他与玻恩共同分享爱丁堡皇家学会的麦克杜噶—布里斯本奖(MakDougall Brisbane)。

  1944年,玻恩所著的《原子物理》第三版出版。玻恩在该书中引用了HHP理论,同时感谢彭桓武的帮助和核对附录证明部分,并赠送彭桓武一本亲笔签名的專著。彭桓武对这部專著非常珍视,虽异地几处,却一直保存完好。彭桓武去世后,遵照其遗嘱,该书现珍藏于中國科學院理论物理研究所图书馆。

  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,他指導研究生莫勒特計算加速器人工産生介子的産生截面。

  留学欧洲的前七年,彭桓武从未休假,共发表18篇論文,其中3篇发表于英国《自然》杂志,其余各篇均发表于世界著名物理学期刊。

  在同國際一流物理學家們的合作中,彭桓武兼容並蓄,集各學派之所長進而形成了自己的風格。在愛丁堡大學,他學習玻恩的矩陣力學方法和嚴格的數學推演能力;在愛爾蘭都柏林研究院薛定谔處,他掌握了波動力學方法及薛定谔的缜密思維能力;而與海特勒關于介子理論的合作,使他掌握了如何系統研究某一主題的方法。

  憑借傑出的理論物理研究能力,彭桓武獲得玻恩和薛定谔的高度贊譽。在玻恩眼裏,彭桓武是一位“天賦出衆”、具有“神秘才幹”、“單純”又“傑出”的人。而薛定谔在與愛因斯坦的通信中寫道:“簡直不敢相信,這個年輕人學了這麽多,知道那麽多,理解這麽快……”

  盡管彭桓武在學術上沒有同薛定谔有過合作,但薛定谔對他的影響卻很大。1985年,《薛定谔傳》作者穆爾寫信向彭桓武詢問薛定谔對他的影響,彭桓武在回信中寫道:“我同薛定谔教授曾在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……大家公認聽薛定谔教授的報告是一種享受,因爲他報告時邏輯清晰同時具有很強的藝術感……薛定谔見解多樣,同時是一位深刻的思想家,這不得不讓人欽佩。”

  彭桓武初抵爱丁堡时曾写下诗句——“世亂驅人全氣節,天殷嘱我重斯文”,这出自他对颠沛流离求学和留学生涯的万千感慨。当然,他深知建设祖国必然需要知识和人才这一颠扑不破的真理。所以,当彭桓武再次返回都柏林时,他认为自己已经具备独立研究的能力,便想争取早日回国。

  爲此,彭桓武上夜校學俄語,計劃從西伯利亞回國。爲了得到回國船票,他請求狄拉克和布萊克特幫忙,但未能如願。

  1947年年底,彭桓武終于得到由倫敦到香港的船票,輾轉回國。事實上,早在1941年留英庚款三年資助期結束時,彭桓武便有意回國,甚至還學習遊泳以備在大西洋中自救,但後來因太平洋戰爭爆發而擱置。

  集體集體集集體

  日新日新日日新

  彭桓武回國後,相繼在雲南大學、清華大學和北京大學物理系任教,研究方向轉移到原子核領域。由于留歐期間通曉量子力學基本理論,他回國後積極普及量子力學。除1952年至1955年在北京大學物理系講授量子力學外,還于1954年暑假在青島由教育部舉辦的講習班中爲各大學培訓了一批量子力學師資。

  此外,彭桓武还协助钱三强等人筹备组建中國科學院近代物理研究所并担任理论组组长。钱三强与彭桓武是清华大学只差一级的校友,1939年结识于欧洲。彭桓武1947年回国前曾去巴黎看望钱三强、何泽慧夫妇。二人约定待钱三强回国后“一块好好干”。

  近代物理所成立初期,百廢待興。爲了開展工作,研究所動員所裏科學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,卻被公安人員懷疑爲小偷或者破壞分子而帶到派出所盤問,後來經錢三強解釋後才得以釋放。

  1955年年初,中共中央正式決定發展中國的核武器。中國核工業建設初期得到了蘇聯專家一定的幫助,1955年10月至1956年4月,彭桓武被派去蘇聯熱工研究所學習反應堆設計理論。回國後,他的主要工作是培養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,培養了周光召、黃祖洽、于敏等能力超強的年輕理論物理學家,助力中國成功研制原子彈,並在隨後的短時間內成功研制氫彈。除在近代物理所同黃祖洽、金星南一起培養反應堆理論和計算數學的大學畢業生外,彭桓武還依照美國通用教科書,給二機部新招的各工科大學不同專業的畢業生補習核工原理等專業基礎課。

  20世纪60年代初,苏联短时间内撤回援助专家,中國科學家必须自力更生研制原子弹。1961年4月初,彭桓武奉命被调到当时的二机部北京第九研究所(1964年改为二机部第九研究设计院),顶替撤走的苏联专家,负责核武器的理论攻关工作。

  此时,中国的原子弹研制一度陷入困境。理论计算表明,炸药爆炸后在内爆过程中产生的压力总是小于在原子弹设计初期苏联专家留下的教学模型框图。中國科學家历时一年多,经历9次烦琐计算,还是得不到与苏联专家一致的数据。

  彭桓武請他的學生、剛從蘇聯杜布納聯合原子核研究所回國的周光召複查之前的計算數據。周光召仔細檢查9次計算結果後認爲,計算沒有問題,懷疑蘇聯專家數據的可靠性。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果的正確性,從而證明蘇聯專家數據是不正確的,結束了近一年的爭論,使得中國原子彈研制繼續向前推進。

  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計完成後,彭桓武迅速組織力量轉向氫彈原理探索。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于突破氫彈原理的工作大綱。

  彭桓武還設計了三套氫彈研制方案,分別由周光召、黃祖洽和于敏負責。彭桓武回憶說,原則上三套氫彈研制方案都是合理可行的,黃祖洽負責的方案實際上是一個保底的方案。最後,于敏帶領的研究小組率先實現了其中的一個氫彈設計原理。在明確氫彈設計原理之後,理論部科研人員很快地融合一起,完善氫彈理論模型並進行細致的物理設計。

  于是,在突破原子彈後的兩年兩個月的時間內,再次突破氫彈原理,取得中國核武器研制的又一個裏程碑式成果。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,對新中國的發展具有重要的戰略意義,既推進了國防現代化建設進程,帶動國民經濟發展,又鞏固和提升了新中國的國際地位。彭桓武在理論設計和人才培養過程中發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,差不多所有這方面後來的工作者,都是他直接或間接的學生”。物理學家、1957年諾貝爾物理學獎獲得者楊振甯先生在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展有密切關系。先生在此方面之貢獻我雖不知細節,但早知其重要性。”

  然而,對于個人貢獻,彭桓武一直保持謙虛、低調。第一顆原子彈爆炸後,他難掩激動情緒,在羅布泊寫下“不是工農兵協力,焉能數理化成功”的詩句。多年以後,彭桓武作爲第一獲獎人因“原子彈氫彈設計原理中的物理力學數學理論問題”獲得國家自然科學一等獎。當九所的同志把唯一一枚獎章送給彭桓武時,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。”

  这是彭桓武内心精神世界的真实写照。至今,这十四个字一直指引着中國科學界,甚至航天界的科学家们前进。

  生前慢待因忙亂

  去後勤思怎補償

  对于中國科學事业的发展,彭桓武一直保持初心。而对于爱情,他也同样保持着真诚。当彭桓武第二次到达都柏林时,与当时指导的研究生莫勒特发展了真挚的爱情。不过,两个年轻人最终并没有选择在一起,而是为各自祖国科学的发展贡献一生。

  莫勒特积极推动恢复和提高战后法国的物理学研究水平,与丈夫德西特共同创立Les Houches暑期学校,成为法国乃至欧洲重要的学术交流阵地。为表彰莫勒特为法国科学发展所作的特殊贡献,1981年法国政府授予她国家功勋骑士勋章。

  彭桓武回国后单身多年。直到43岁时才经人介绍认识国务院機關幼儿园医生刘秉娴。刘秉娴父母去世早,从小与姐姐相依为命。她曾在烟台、青岛和上海的医院担任护士、护士长和医生,工作积极,1958年修十三陵水库时被评为劳动模范,还因工作出色被评为北京市优秀保育工作者。

  彭桓武被這位溫婉大方、踏實肯幹的山東姑娘吸引。二人于1958年年底結婚。婚後,劉秉娴勤儉持家,解除了彭桓武科研工作的後顧之憂。從此,彭桓武衣服整潔了,外出吃飯的次數少了。有了夫人的精心照料,他得以將全部精力放在發展新中國的原子能事業上。

  1972年,劉秉娴因患血栓閉塞性脈管炎在家休養,1977年又被診斷爲肺癌晚期。臨終前,劉秉娴爲彭桓武父子趕做棉衣、單衣和短褂袖,還給丈夫寫了一封“最後通牒”,實際是對彭桓武以及兒子彭遠征生活習慣、待人接物等各方面的囑托。

  1977年8月14日,刘秉娴怀着对亲人和生活的无比眷恋,永远闭上了眼睛。彭桓武将这一天的日历页撕下珍藏起来。夫人追悼会结束当晚,彭桓武陷入昏迷。七天七夜之后才苏醒。他特别自责之前将全部精力投入在工作上,在同夫人共同生活的十九年里,很少关爱她。夫人去世后,彭桓武常通过作诗来表达哀思。在彭桓武1996年所作的一首诗中,可以看出他对夫人的无尽思念和歉疚:“对影如痴诉断肠,别时已等聚时长。生前慢待因忙亂,去后勤思怎补偿。”

  直至晚年,彭桓武還經常一個人乘公交車去香山,那裏曾是他和夫人攜手同遊之地,有著他們的美好回憶。劉秉娴去世後,彭桓武一直保留著她的骨灰和那封“最後通牒”。直到他2007年去世後,兩人的骨灰共同撒在了香山植物園的一棵樹下。

  淡泊名利

  提攜後進

  彭桓武一生生活簡樸,淡泊名利。留學歐洲時,他將節約下來的大部分獎學金用于購買與物理、化學相關的英文原版書籍。回國前,他又特意買新木箱將這些書籍打包,輾轉香港、上海、昆明,最後到達北京。

  彭桓武去世后,将他的所有书籍(共九个书架,其中大部分是英文原版的理论著作)捐赠给中國科學院理论物理研究所,这是一笔宝贵的财富。

  1995年,彭桓武獲得何梁何利獎的“科學與技術成就獎”,獎金爲100萬元港幣。他決定用這份獎金,設立“彭桓武紀念贈款”,全部分給那些曾經爲尖端科學作出貢獻、後因年齡和傷病沒能獲得足夠重視和榮譽的同事,以表達他的敬意。

  中央電視台《大家》欄目主持人曾在訪談中提及這一百萬獎金,認爲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。因爲你一個人只能用那麽多錢,你像我現在吃,大夫給我限制的,我只許吃這麽多東西,一天只許吃一個雞蛋,吃兩個雞蛋都不行,那個錢有什麽用?”

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

  完成核武器理论研制后,彭桓武认为已经完成中国年轻一代核物理工作者的培养任务和使命,便主动申请回到理论物理研究工作。1972年,他先回到中國科學院高能物理研究所工作。1978年中國科學院理论物理研究所成立后,彭桓武担任所长。五年任期一结束,他便向院领导写信请辞所长一职,推荐更加年轻和有领导能力的周光召担任所长。当时,有同事建议他担任理论物理研究所名誉所长一职,他认为,“不要这样为好,我也很不愿意这样,挂名的‘名誉’。近年来我在担任理论物理所所长期间,主要工作均委托青年同志去办,已经担任过了名誉所长。但我对这种状况早已厌烦。长此下去对工作不利。且我所是一个新所,建立时院领导即指示我所要有一个新的作风。由于历史较短,在我所尚未形成长期一贯的所长制。所以我建议理论物理所从一开始即根本不设名誉所长职称。如在追溯历史有需要时,只表明某某所长(起讫年月)即可”。

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

  同时,彭桓武还提倡理论化学物理的研究。而他自己,为了还硕士指导教师周培源先生的“债”,直到90岁仍在研究广义相对论并发表学术論文。彭桓武就这样不断地开辟新方向,坚持工作在科研第一线,培养了一批又一批学生,为我国理论物理事业的发展,不惜花费精力进行了许多组织和研究工作。而在工作有了基础后,他总是悄然引退,把领导职务逐个移交给更年轻的科学家。

  這,就是彭桓武先生獻身集體、獻身科學的一生寫照!

  (作者:庄辞,系中國科學院理论物理研究所科研处处长;刘金岩,系中國科學院自然科学史研究所副研究员。)

  (原载于《光明日報》 2020-02-03 11版)

打印 責任編輯:侯茜

掃一掃在手機打開當前頁

© 1996 - 中國科學院 版权所有 京ICP備05002857號 京公網安備110402500047號

聯系我們 地址:北京市三里河路52号 邮编:100864