王淦昌的老师 杰出的高能物理学家王淦昌
1907年,王淦昌生于江苏常熟的一个小镇上,父亲是有名的中医,可惜在他四岁时就去世了,他自幼好学,先进私塾,后入小学,在小学里他最喜爱的就是算术,特别对解趣味数字题有兴趣,他表现的聪明才智深受老师的赞赏。
13岁时,母亲又患病去世,王涂昌随亲戚到上海浦东中学读书,对他影响最大的是数学教师周培。在周培的指导下,王淦昌积极参加数学自学小组,在中学就学完了大学一年级的微积分课程。
1924年王涂昌高中毕业,他没有忙着考大学,而是先人外语专修班,打好外语基础,再找机会进了一年技术学校,学习汽车驾驶和维修,然后报考清华大学,这时清华大学还叫清华学校,原为留美预备学校,就在这一年开始设立大学部,王淦昌成了清华大学物理系第一届本科生。
清华大学有一个特点,就是注重实验。物理系规定实验课程不少于理论课程的二分之一,王淦昌一进清华。就迷上了化学和化学实验,他往往长时间呆在化学实验室里,关于元素和化合物的各种性质,凡是有条件的他都认真去做,这些训练对他后来的许多成果有重要作用。
物理系主任叶企孙是著名实验物理学家,他亲自给学生上普通物理。在一堂课中,叶企孙提出一个关于伯努利方程的问题,王淦昌在短时间给出简练而准确的回答。叶企孙很欣赏王淦昌理解和分析问题的能力,课后找他谈话,了解他的情况,并对王淦昌说,有问题随时可以去找地。叶企孙的特殊关怀更加激发王淦昌的信心,决心要扣实验物理学的大门,他成了物理实验室的常客。
王淦昌大学四年级时,正值清华大学请到吴有训主持近代物理学课程,吴有训在讲课中,特别注意介绍和剖析近代物理学的许多重要实验。他非常强调训练学生从事实验物理学研究的本领,要求大家掌握实验技术,努力提高实验的精确性,把对物理学的理解建立在牢固的实验基础上。
吴有训很快就注意到王淦昌对实验的特殊爱好和动手能力。1929年6月,王淦昌毕业后,吴有训把他留下来当助教,并要求他在工作中专注近代物理学的实验研究。吴有训给王淦昌出了一个很有实际意义的研究课题:清华园周围氧气的强度及其变化。
王淦昌做这个课题非常认真,从1929年11月到1930年4月,实验连续进行了六个月,基本上都是在室外作业。他首先查阅了大量参考文献,其中包括最早在1902年-1904年间发表的论文。王淦昌每天上午9点前把长6米,直径0.
5毫米的裸铜线水平地架到实验室外5米的高处,用蜡杆使之绝缘,再用静电机使导线带上负3000伏的电位。经过大约两小时的曝露后,在1分钟40秒内把铜线仔细地绕在一个线框周围,然后把线框放到金箔验电器的绝缘箱中,通过显徽镜读出金箔的放电率。
每次都详细记录下当时的大气压、温度、风速、风向、云的性质和分布。工作十分繁锁,非常艰苦而又需极其敏捷的技巧。王淦昌接受了历经整整半年的考验,不管天寒地冻,从不间断.论文发表在1931年-1932年的《国立清华大学科学报告》中。题为《大气放射性和北平的气候》,这是一篇有关中国地区大气放射性的论文。
三、失去了一次机遇
1930年,王淦昌考取江苏省官费留学,到德国柏林大学当研究生,师从著名物理学家迈特纳(LiseMeitner,1878-1968)学放射性物理学。王淦昌终日沉浸在实验室里,往往一工作就到深夜,而实验室的大门十点钟关闭,所以他有时只好翻墙回到住所。在这期间,王淦昌听到玻恩等知名物理学家的讲演,从中吸取了许多新思想和新方法,了解到物理学前沿的许多最新发现。
这时候正值发现中子的前夕,一个难得的机遇来到王淦昌面前,1930年的一天,王淦昌在柏林大学听到了有关玻特和贝充用放射性钋所放出的α粒子轰击铍核得到很强的中性辐射的报告。当时实验者解释为γ辐射。这个报告给王淦昌留下了深刻的印象,在他的脑子里引起了疑问。
他想,γ辐射果真有那么强的穿透力吗?如果改用云室做探测器,有可能弄清这种辐射物的本性。他在报告会后两次找迈特纳,建议用云室研究这个问题。可惜都被迈特纳拒绝。
两年后,当英国的查德威克证明这种中性辐射物正是卢瑟福预言的中子,并且公布了云室的证据时,迈特纳只好对王淦昌说:“这是运气问题”,如果王淦昌当年有更好的条件,导师能积极地支持他的见解,如果他自己坚持,百折不挠地通过其它途径去争取实验条件,也许会改写中子的发现史呢!当然,历史就是历史,王淦昌作为一个刚登上科学殿堂的研究生,身处异国,毕竟难以实现自己的愿望。
1932年和1933年,王淦昌先后发表了两篇引人注目的论文,一篇是关于连续β射线谱的研究,另一篇与迈特纳联名,是关于γ射线的内光电效应的,也涉及β射线谱,1933年12月19日,王淦昌完成了博士论文,他采用盖革一耐勒计数器测量β射线谱,比别人的实验结果要精确得多。不久,意大利的费米发表了β衰变理论,在建立这个理论的过程中参考了当时有关β谱的许多测量结果,王淦昌的工作可能对费米有一些参考价值。
三、抗战期间提出重要建议
1934年,王淦昌回国后应聘到山东大学物理系任教,后转浙江大学。王淦昌在这两所大学都致力于近代物理实验室的建设,对加强我国的科学研究基地发挥了作用。当时王淦昌在浙江大学物理系是最年轻的教授,他以广博的学识,诚恳待人的性格,得到了师生的爱戴,大家常称他为:“baby professor”。
1937年5月23日,著名物理学家玻尔到杭州访问,王淦昌与之见面,并在陪同游览的过程中,讨论了有关原子核和宇宙线等问题。
不久,抗日战争爆发,浙江大学内迁,在流亡途中师生历尽艰辛。王淦昌和大家一起,在万分困难的情况下坚持实验和教学。他非常关心学生,经常以自己有限的财物接济穷苦学生。他除了开出近代物理课以外,还讲过“军用物理”,在讨论课上介绍重核裂变的新发现。在教学之余,他曾试图用照相方法寻求核裂变产生的核径迹。
1940年初,浙江大学迁到了遵义。贵州的条件虽然艰苦,但比较安定。在这以后的五年中,王淦昌和师生一起,有了一段稳定的教学和研究。王淦昌在这个时期作出了一项重大成果,得到了国际上的重视,这就是关于探测中微子的建议。
中微子是泡利(w.Pauli)在1903年为解释为什么连续β射线谱中能量会有差异时作的一个假设。随后,费米提出β衰变理论,进一步肯定了中微子的存在,但直到1941年还未有任何实验找到确凿的证据,证实有关中微子的理论预言,因为中微子本身不带电,无法直接测量。
王淦昌一直关心这方面的进展,在阅读了大量的文献资料之后,经过一段时间的思考,写出了一篇短文,寄到美国《物理评论》杂志,题为《关于探测中微子的一个建议》。他在论文中提出了一个可行方案,使探测中微子成为可能。论文发表于1942年1月,不出两个月,美国的阿伦(J.S.Allen)就照着王淦昌的方案初步得到了肯定的结果。
王淦昌在贵州的山区里,条件虽然艰苦,仍坚持科学实验。当时实验室非常简陋,仪器设备却井井有条,没有电力供应,以一台靠汽车发动机带动的小发电机代替,没有探测器,自制云室也能得到一些有用的结果。无从获得新的放射源,手头仅有十几毫克的镭。
就是在这样艰苦的情况下,王涂昌进行实验研究,五年中发表了九篇论文。其中值得特别提到的是有一篇建议用透明胶质块记录电离粒子的径迹,比鲍威尔(C.F.Powell)发明核乳胶技术还早3年。王淦昌和他的学生曾多次作过这方面的试验,可惜均因条件不足而失败。
王淦昌非常重视对学生的启发教育。在抗战时期那样困难的情况下做实验,明知条件不足,他还是带领学生做。他说:“不要以为物理学的研究工作只钻研纯理论和做实验两个方面,还有第三个方面,那就是归纳,分析和判断杂志上所发表的人家的实验方法、数据和结论。
这种工作是给理论搭桥的,是推动实验工作前进的。现在是抗战期间,中国还很穷,还很糟糕,我们要钻研前沿问题缺乏必要的实验设备条件,只能做这种搭桥工作。这种工作在物理学界也很重要”。
王淦昌不但注重实验,也很重视理论分析。他曾多次指导学生做理论物理学方面的研究,有一些是探索性的。他常说:“罗马不是一朝一夕建成的”。王淦昌特别注意启发学生的科学热情。诺贝尔物理奖获得者李政道是他的学生,至今李政道博士还记得有1943年刚进入浙大时,王淦昌和束星北与他作过的讨论,是他们激起了他对物理学的热情。
著名哲学家范岱年回忆说:“1944年入学,一天上午,王淦昌先生就从湄潭徒步赶来,与十一名新生共坐在一间教室的几条破旧板凳亲切地交谈,他很带感情地说:“物理学是很美的科学,大至宇宙,小至基本粒子,都是她研究的对象。
她寻求其中的规律,这是十分有趣味的,你们选择了一个很好的专业。”他的讲话鼓舞了大家献身物理学的决心。
四、杜布纳发现新粒子
1946年,王淦昌随浙大师生迁回杭州。次年,得资助赴美作粒子物理学研究,1949年回国,回国时自己没有带什么东西,却用节余的钱购买了许多科研的电子器材和一台直径30厘米的大云室,他以安装好这台云室来迎接解放。
1950年4月,王涂昌应钱三强之邀,到中国科学院近代物理所任研究员,后任副所长,负责日常工作。他不但忙于事务,参加制定长期规划,促进各项实验研究开展,还亲自主持宇宙线的研究工作。他以极大的精力推动我国物理学的基础研究,在很短的时间里在一些领域,特别是宇宙线研究方面赶上世界先进水平。
1956-1960年,王淦昌代表我国到苏联杜布纳联合原子核研究所工作,在这里,他作出了一项最重要的贡献。杜布纳联合原子核研究所是一个以苏联为主的国际合作科研组织,有中、苏、朝、罗、波、捷等十几个国家参加。
王淦昌先任高级研究员,后任副所长,领导一个有几十位科技人员组成的大集体。当时,联合原子核研究所正在建造10Gev质子同步稳相加速器,与此同时,欧美的大型加速器也正在建造或已经运行,一场科学竞赛摆在科学家面前,迫切需要选择最佳方案。
王淦昌以敏锐的科学判断力,根据当时面临的各种前沿课题,结合联合原子核研究所高能加速能的特点,提出了两个研究方向。一是寻找新的粒子,其中包括各种超子的反粒子,二是系统地研究高能核作用下各种基本粒子产生的规律性。王淦昌亲自负责新粒了的研究工作。
研究课题开创之初,还有一项重要任务,这就是建立相应的探测器。王淦昌小组果断地选择气泡室作为主要的探测器,氢气泡室固然有效,但需等待过多时间,王淦昌和大家决定先自己动手做一台24升丙烷气泡室代替之。这样就争取到了时间,为了降低本底,王淦昌设计了巧妙的实验方案,利用高能π介子引起的核反应,这样可以把π介子引到离靶甚远的地方,无需复杂的电磁铁分离系统。
王淦昌研究组从1958年秋开始数据采集,前后总共得到近十万张气泡照片,其中有几十万个高能π介了核反应的事例。王淦昌在数据采集之初,就根据各种超子的特性,事先作好标准图形,以便以观察气泡照片时比较参考。王淦昌把握着研究课题进程中的每一个细节。
1959年3月9日,王淦昌小组从四万张照片中发现了第一张反西格马负超子事例的图象,经过计算正与预期相符。王淦昌小组这一发现在苏联和中国引起强烈反响,大家一致公认,王淦昌在整个工作中起了主导作风
五、报级祖国 坚持工作在科学研究第一线上
王淦昌1960年回国,1961年参加原子弹研制工作(596工程)。从此王淦昌隐名埋姓(化名为王京),消失在科学前沿上。
王淦昌积极从事祖国的国防建设,早在1952年,为了检查放射性,就曾应召赴朝鲜战场,达四个月之久。 1963年王淦昌到青海高原准备第一颗原子弹试验,他不仅参与了我国原子弹、氢弹原理突破及第一代核武器研制的实验研究和组织领导,而且在爆轰试验、固体炸药工艺研究和新型炸药研制、以及射线测试和脉冲中子测试方面,指导解决了一系列的关键技术问题。
在开展地下核试验的过程中,他花费了巨大精力,研究和改进测试方法,使我国仅用狠少次数试验就基本上掌握了地下核试验的技术关键。
他一直十分重视核武器研制中的基础研究工作,早在1962年,他就领导开展了新兴的脉冲X射线技术的研究, 用于测量瞬时压缩度问题,在他的指导下建成了大型强流脉冲电子加速器。
1964年第一颗原子弹爆炸成功。接着1967年第一颗氢弹爆炸成功,1969年地下核试验成功。王淦昌为祖国的富强历尽艰辛,可是这时却彼人戴上“反动学术权威”的帽子,勒令靠边站,受到了批判。四人帮倒台后,王淦昌复出,任二机部副部长,兼任原子能研究所所长。
王淦昌在1964年就独立地提出了用激光进行惯性约束以产生核聚变的方案,这以后,多次提出开展这项研究的建议,从1980年起,他一直在主持激光惯性约束聚变的研究工作。
1992年,这时王涂昌已经85高龄了,还依旧活跃在科学实践的第一线上,这年5月31日,北京举行了一次非常难得的、具有历史意义的聚会,中国当代物理学家联谊会。在会上,主席李政道博士请王淦昌讲话,问他道:“王老师,在您所从事的众多次科研工作中,您认为哪项是您最为满意的?”王淦昌想了想说,深情地说:“我自己对我在1964年提出的激光引发氖核出中子的想法比较满意。
因为这在当时是个全新的概念;而且这种想法引出后来成为惯性约束核聚变的重要科学题目,一旦实现,这将使人类彻底解决能源问题。”王淦昌先生这样大的年纪还在科学战线上奋斗,真不愧为我们学习的典范。
