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真人真知吴大猷

吴大猷,物理学家、教育家。研究成果遍及理论物理的许多领域,撰写了专著《多原子分子结构及其振动光谱》、《量子散射理论》、《气体与等离子体的动力学方程》以及一套理论物理教程。指导帮助了一批学生发展自己的科学才能,使他们在科学上取得了突出的成就,为中国物理学的发展做出了重大贡献。

——《中国科学技术专家传略·理学编》

 

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美编 | 农民 

 

发蒙启蔽,稍通解耳

 

吴大猷,1907年9月29日出生于广东省番禺县的一个书香家庭,祖籍广东省高要。祖父吴丹桂在光绪十五年殿试中进士,光绪二十七年(1901年)提拔为记名御史。父亲吴国基是1901年的举人,改就西学,曾出使菲律宾,宣统元年(1909年)奉派吉林省服官,不幸在1911年关外鼠疫流行时病逝。

吴大猷幼年丧父,随其母关嘉娥长大。母亲专心教育儿子,总是多为别人着想,以身作则。吴大猷的言行多受母亲影响,童年时期是一个守规矩且性格内向的孩子。

图1 吴大猷两岁时的照片

上学期间,中国教育制度正处于废除旧式,承接西洋新式的混乱时期。其伯父当时受聘天津广东旅津中学校长一职,带着吴大猷前往天津求学。吴大猷在当时中国的精英学校——天津私立南开中学堂重新就读一年级。

也是在那里,吴大猷对科学产生了兴趣,并且为英语和数学的高阶学习打下了坚实的基础。

图2 吴大猷四岁时与母亲的合影

1925年,读到高中二年级,吴大猷以同等学力报考南开大学矿科,被高分录取。一年后,由于资助“矿科”的捐赠者李组绅先生的资金周转出现问题,“矿科”停办。吴大猷在大一学习普通物理时,发现自己对物理学十分感兴趣,遂改学物理。时任南开大学教授的饶毓泰创建并主持南开大学物理系,非常欣赏勤奋好学的吴大猷,常常对吴大猷学术上的问题耐心教导,详尽解答,还经常一起散步,下棋,师生情谊深厚,宛若挚友。

吴大猷后来回忆这段时光感慨道:“我最怀念的老师就是饶毓泰先生。”也是饶毓泰和叶企孙两位教授推荐,吴大猷获得中华教育文化基金会奖学金,选择密歇根大学攻读博士学位。

 

两年间获得硕士和博士学位

 

吴大猷在密歇根大学学习期间,遇到了第二位恩师——物理系系主任雷道尔教授。此校当时为美国发展量子力学的中心,雷道尔教授极力邀请吴大猷参与他主持的“红外线光谱实验”。

吴大猷虽然没在光谱上有所研究,但他改进了当时的红外谱仪,提升了性能,吸引了许多厂家采用这种设计生产光谱仪,吴大猷多年后感慨当时没想到申请专利。

用不到一年时间修完硕士课程后,吴大猷在导师Goudsmit教授的指导下,研究铀原子的5f电子能态,并通过理论计算,预言铀原子可能为一组14个化学性质十分相似的元素系(当时并未发现)的起头元素,这14个元素将依次把5f壳层填满,与稀土元素填充4f壳层相同。

这项计算对后来第二次世界大战时发现铈元素有所贡献。1933年吴大猷获得博士学位后,留在母校工作一年,并提出了氦原子的激发态和自电离理论,成为最早研究这个课题的学者之一。

图3 吴大猷与夫人阮冠世合影“真人真知吴大猷”

 

1934年夏,年仅27岁的吴大猷受饶毓泰教授之聘,回国任北京大学物理系教授。1934年秋-1937年夏,除开设近代物理、电磁学等课程外,他还开设量子力学、原子光谱、气体导电等研究生课程,让北大学子有机会学习国际前沿课题。

在实验上,吴大猷利用霍普金斯大学R. W. 伍德教授制作的罗兰凹面长光栅开展了原子、分子光谱和拉曼光谱的实验研究,使北京大学成为我国最早研究原子、分子光谱的基地之一。基于密西根大学的研究,吴大猷继续开展原子物理的理论研究,如原子的激发态、自电离,最早引入原子激发态的电子亲和性概念。他力图将实验与理论相结合,三年内发表论文十四五篇。

1937年抗日战争爆发,吴大猷随北京大学内迁,在国立西南联合大学任教。吴大猷在艰难困苦的客观条件下,仍然尽力保障学子的精神追求,生怕苦闷扼杀了未来的苗子。

为了培养战后恢复科研所需的人才,他请大学租了一所泥墙泥地的房子做实验室,找一位助教把北京运去的Steinheil大型摄谱仪的光学元件(透镜,棱镜,狭缝等)安在砖墩和木制架上,组装了摄谱仪,开展拉曼效应的实验研究,并指导研究生黄昆进行“日冕光谱线的激起”等理论研究。这种进取精神也影响着学生们。后来,李政道为恩师吴大猷所作的诗中,第一句就是“真人真知吴大猷”以歌颂吴大猷追求真理的精神。

图4 吴大猷(中)与杨振宁(左)、李政道(右)合影

北京大学建校40周年际,吴大猷撰写了《多原子分子之结构及其振动光谱》(英文)一书,是该领域的第一本专著,出版后立即在国际学术界引起了强烈反响,作为标准手册指导这一领域数十年,并被收入Condon主编,Prentice Hall出版社出版的系列丛书。

时事造就英雄。抗战时期的西南联大校舍简陋,图书实验设备欠缺,还要时时躲避敌机空袭。在这样生命都受到威胁的环境里,师生们仍旧工作勤奋,教学研究工作从未中断,并培养出了一批杰出的学生。吴大猷的学生就有杨振宁、黄昆、黄授书等人,并发现了如李政道这样的奇才。吴大猷教学与研究两开花,古往今来,也是少数。

图5 吴大猷在西南联大时期(右)

1945年,当时的军政部约请吴大猷、曾昭抡、华罗庚为国防科技工作的发展提出建议。他们建议派数、理、化方面的人才出国考察以了解各部门科学的进展情况,并建议立即选送优秀青年出国学习数、理、化等基础学科。建议被采纳后,吴大猷推选年轻助教朱光亚和尚未毕业的李政道学习物理,而吴大猷也被聘请出国考察和研究拟定国防科学发展的计划,后因形势变化而放弃。金子在哪都能发光

 

1946年,吴大猷回到母校密歇根大学从事高能质子、中子散射理论的研究工作;1947年来到哥伦比亚大学,讲授研究生的现代物理与理论物理课程,同时研究核子力的介子理论与大气中氧分子原子的分布平衡问题。

图6 吴大猷晚年在讲台上

1949年秋,吴大猷原计划回国,由于国内形势变化,加上加拿大国家科学院的改革政策需要加强基础科学研究,吴大猷受其恳诚之托,主持理论物理方面的研究工作,并担任加拿大国家科学院理论物理部主任。

吴大猷任职期间,积极组织学术活动,邀请许多著名物理学家来做报告,如P. A. M. 狄拉克、汤川秀树、N. F. 莫特、G. 加莫夫,并且亲自就新理论做解释性和系统性的演讲,推动了加拿大国家科学院的理论物理研究的发展,于1957年当选为加拿大皇家学会会员。吴大猷在加拿大国家科学院的任期长达14年,他曾于1956年赴台湾大学和新竹清华大学任客座教授5个月。

图7 吴大猷先生纪念碑(台北市南港区胡适公园)

 

热爱祖国,胸怀两岸

 

1957年,吴大猷开始关心台湾科学技术事业的发展。1962年,吴大猷筹建中国台湾“中央研究院”物理研究所;1967年吴大猷任台湾“科学发展指导委员会”主任委员,主持拟定了发展科学的计划原则大纲,并成立“科学委员会”,制定了各项措施、制度,成为台湾科学发展的真正起点。此后的几十年,吴大猷在台湾重整教育体系的科学课程标准,推动台湾教育的全面改革,完善人才制度,极大地促进了台湾学术界的发展,为学子们倾注了全部爱心,为他们成长为科学之才,做了大量实实在在的工作。

自1975年开始,吴大猷亲力亲为,将几十年来积累的教学讲稿整理并译成中文,撰写了一套理论物理丛书,共七部,涵盖了古典动力学、量子论与原子结构、电磁学、相对论、热力学、气体运动论及统计力学、量子力学(甲)和量子力学(乙)。这套丛书囊括了经典物理到近代物理的全貌,出版后对台湾和东南亚的物理教学界起了很大的影响。1983年,科学出版社(北京)翻印出版了该丛书,李政道为其写序,称为中国物理学界的一大喜事。

图8 《早期中国物理发展之回忆》,吴大猷述

1984年开始,吴大猷又开始撰写《量子力学》(英文),代表了他几十年来讲授量子力学的精华心得。第二册为相对论量子力学与量子场论,与黄伟彦合著,于1991年出版。如此编著整套物理学丛书的,在国际上只有为数不多的几位物理学大师,如M. 普朗克、A. 索末菲、朗道,由此体现出吴大猷理解物理之广泛透彻,知识之渊博。

1991年9月,美国密歇根大学授予吴大猷荣誉科学博士学位,赞扬他从中国大陆到中国台湾一直致力于物理学的研究和教育,称赞他为物理学领域有卓越贡献的人才。1992年,吴大猷回到了阔别46年的北京,率台湾物理学家代表团参加“第一届东亚、太平洋、美国超能超导对撞机实验与物理研讨会”等3个国际学术会议,同时为老朋友周培源贺90大寿。故地重游,旧友相逢,盛况空前。面对跟踪而来的记者,吴大猷总是表达着一个核心思想:中华民族要实现复兴,两岸都要努力把科学搞上去。

在北京,吴大猷亲自邀请大陆著名科学家去台湾访问,并实现了首批大陆科学家谈家桢、张存浩、吴阶平、邹承鲁、卢良恕、华中一访台,为海峡两岸科学界之间的学术交流架起了金桥。

图9

说起中国物理学会与吴大猷的渊源,还是离不开台湾省。20世纪80年代,我国台湾的物理学会已经取得国际纯粹与应用物理学联合会(IUPAP)的成员资格。当时规定一个国家只能有一个物理学会成为其成员,而中国物理学界十分渴望有更多的机会参与国际交流。于是,周光召在李政道的建议下找到了吴大猷,吴大猷积极奔走,最终促成此事。

中国物理学会于1984年10月正式加入IUPAP,中国台湾地区物理学会以“位于中国台北物理学会”保留在IUPAP内,满足了所有中国物理学者的共同愿望。青年时期站上三尺讲台,不曾想,后来几十年都没有下来,那是因为他的执着与热爱。李政道和杨振宁获得诺贝尔奖后,二人立即不约而同地给吴大猷写信,感谢在昆明时受到的他的教诲。

吴大猷一生潜心于学术,淡薄个人名利;在学术上有远见有成就,但毫不居功,为发展中华民族的科学技术事业呕心沥血,实为中国正直知识分子之道德典范。2022年3月4日,时值吴大猷先生逝世22周年,述文一篇,以表敬意。

图10 吴大猷纪念邮票

 

参考文献

[1] 中国科学技术专家传略 理学编 物理学卷1[M].河北教育出版社.

[2] 科学时报:真人真知吴大猷——写在吴大猷诞辰百年之际.

 

本文经授权转载自微信公众号“中国物理学会”,部分图片来源于网络。

 



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