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    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

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    彭桓武:物理天工總是鮮

    2020-02-03 光明日報
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      學人小傳

      彭桓武(1915-2007),湖北麻城人,1935年畢業于清華大學物理系,隨后入清華大學研究院學習,1938年考取中英庚款留學生,1940年、1945年相繼獲愛丁堡大學哲學博士學位和科學博士學位。留歐期間曾在愛爾蘭都柏林高等研究院從事科研工作,與玻恩、海特勒等物理學家合作,在固體物理、介子理論和量子場論等方面做出有國際影響的工作。1947年年底回國,歷任云南大學、清華大學教授。曾任二機部九所研究員和副所長、中國科學院高能物理研究所副所長、中國科學院理論物理研究所首任所長。彭桓武回國初期致力于量子力學在中國的早期普及,隨后在中國尖端武器的研究和理論設計方面作出重要貢獻。晚年致力于物理學與其他交叉學科的發展。1945年與玻恩共同獲英國愛丁堡皇家學會麥克杜噶-布里斯本獎。1948年當選為愛爾蘭皇家學會會員,1955年當選為中科院數理化學部委員。1982年獲國家自然科學獎一等獎,1985年獲國家科技進步獎特等獎,1995年獲何梁何利基金科學與技術成就獎。1999年被授予“兩彈一星”功勛獎章,2020年獲中國核工業功勛獎章。

      10年前,中國人民革命軍事博物館收到了一份特殊的藏品——一枚金質獎章。這遵照了“兩彈一星”元勛彭桓武先生的遺愿,由中國科學院理論物理研究所將他的“兩彈一星”功勛金質獎章贈予中國人民革命軍事博物館。如今,這枚“兩彈一星”功勛獎章已經頒發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和理論物理發展所作出的重要貢獻。

      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,選修化學并旁聽數學,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。本科畢業后,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。在云南大學短暫教書后,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。為了簡化計算,彭桓武發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年獲愛丁堡大學哲學博士學位。

      隨后,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諤的指導下做博士后研究。

      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、博士后同學哈密頓合作,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,包括其產生、在大氣層中的擴散、介子簇射和轉換為中性介子。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是為輻射阻尼尋找證據,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并擔任卡耐基研究員。隨后的兩年間,他同玻恩合作,深入研究場的量子力學,系統分析了量子場論的性質,并在處理量子場論發散問題方面投入了很多精力。

      基于量子場論的發散困難及輻射反作用的嚴格論述,彭桓武于1945年獲愛丁堡大學科學博士學位。同年,他與玻恩共同分享愛丁堡皇家學會的麥克杜噶—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,該書現珍藏于中國科學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,他指導研究生莫勒特計算加速器人工產生介子的產生截面。

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

      在同國際一流物理學家們的合作中,彭桓武兼容并蓄,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諤處,他掌握了波動力學方法及薛定諤的縝密思維能力;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。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,這個年輕人學了這么多,知道那么多,理解這么快……”

      盡管彭桓武在學術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的藝術感……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——“世亂驅人全氣節,天殷囑我重斯文”,這出自他對顛沛流離求學和留學生涯的萬千感慨。當然,他深知建設祖國必然需要知識和人才這一顛撲不破的真理。所以,當彭桓武再次返回都柏林時,他認為自己已經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,甚至還學習游泳以備在大西洋中自救,但后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

      彭桓武回國后,相繼在云南大學、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,他回國后積極普及量子力學。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為各大學培訓了一批量子力學師資。

      此外,彭桓武還協助錢三強等人籌備組建中國科學院近代物理研究所并擔任理論組組長。錢三強與彭桓武是清華大學只差一級的校友,1939年結識于歐洲。彭桓武1947年回國前曾去巴黎看望錢三強、何澤慧夫婦。二人約定待錢三強回國后“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,后來經錢三強解釋后才得以釋放。

      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。回國后,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,并在隨后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世紀60年代初,蘇聯短時間內撤回援助專家,中國科學家必須自力更生研制原子彈。1961年4月初,彭桓武奉命被調到當時的二機部北京第九研究所(1964年改為二機部第九研究設計院),頂替撤走的蘇聯專家,負責核武器的理論攻關工作。

      此時,中國的原子彈研制一度陷入困境。理論計算表明,炸藥爆炸后在內爆過程中產生的壓力總是小于在原子彈設計初期蘇聯專家留下的教學模型框圖。中國科學家歷時一年多,經歷9次煩瑣計算,還是得不到與蘇聯專家一致的數據。

      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復查之前的計算數據。周光召仔細檢查9次計算結果后認為,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后,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。最后,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行細致的物理設計。

      于是,在突破原子彈后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,差不多所有這方面后來的工作者,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。第一顆原子彈爆炸后,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。多年以后,彭桓武作為第一獲獎人因“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。”

      這是彭桓武內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界,甚至航天界的科學家們前進。

      生前慢待因忙亂

      去后勤思怎補償

      對于中國科學事業的發展,彭桓武一直保持初心。而對于愛情,他也同樣保持著真誠。當彭桓武第二次到達都柏林時,與當時指導的研究生莫勒特發展了真摯的愛情。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的發展貢獻一生。

      莫勒特積極推動恢復和提高戰后法國的物理學研究水平,與丈夫德西特共同創立Les Houches暑期學校,成為法國乃至歐洲重要的學術交流陣地。為表彰莫勒特為法國科學發展所作的特殊貢獻,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歲時才經人介紹認識國務院機關幼兒園醫生劉秉嫻。劉秉嫻父母去世早,從小與姐姐相依為命。她曾在煙臺、青島和上海的醫院擔任護士、護士長和醫生,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,劉秉嫻因患血栓閉塞性脈管炎在家休養,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,還給丈夫寫了一封“最后通牒”,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,劉秉嫻懷著對親人和生活的無比眷戀,永遠閉上了眼睛。彭桓武將這一天的日歷頁撕下珍藏起來。夫人追悼會結束當晚,彭桓武陷入昏迷。七天七夜之后才蘇醒。他特別自責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,很少關愛她。夫人去世后,彭桓武常通過作詩來表達哀思。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,去后勤思怎補償。”

      直至晚年,彭桓武還經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

      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,最后到達北京。

      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“科學與技術成就獎”,獎金為100萬元港幣。他決定用這份獎金,設立“彭桓武紀念贈款”,全部分給那些曾經為尖端科學作出貢獻、后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。

      中央電視臺《大家》欄目主持人曾在訪談中提及這一百萬獎金,認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”。

      完成核武器理論研制后,彭桓武認為已經完成中國年輕一代核物理工作者的培養任務和使命,便主動申請回到理論物理研究工作。1972年,他先回到中國科學院高能物理研究所工作。1978年中國科學院理論物理研究所成立后,彭桓武擔任所長。五年任期一結束,他便向院領導寫信請辭所長一職,推薦更加年輕和有領導能力的周光召擔任所長。當時,有同事建議他擔任理論物理研究所名譽所長一職,他認為,“不要這樣為好,我也很不愿意這樣,掛名的‘名譽’。近年來我在擔任理論物理所所長期間,主要工作均委托青年同志去辦,已經擔任過了名譽所長。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,建立時院領導即指示我所要有一個新的作風。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名譽所長職稱。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。

      同時,彭桓武還提倡理論化學物理的研究。而他自己,為了還碩士指導教師周培源先生的“債”,直到90歲仍在研究廣義相對論并發表學術論文。彭桓武就這樣不斷地開辟新方向,堅持工作在科研第一線,培養了一批又一批學生,為我國理論物理事業的發展,不惜花費精力進行了許多組織和研究工作。而在工作有了基礎后,他總是悄然引退,把領導職務逐個移交給更年輕的科學家。

      這,就是彭桓武先生獻身集體、獻身科學的一生寫照!

      (作者:莊辭,系中國科學院理論物理研究所科研處處長;劉金巖,系中國科學院自然科學史研究所副研究員。)

      (原載于《光明日報》 2020-02-03 11版)

    打印 責任編輯:侯茜
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