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在之后的半个多世纪里,中国尽管经历了战争、动乱,但在一些涉及国防工业的尖端科技领域,始终没有落下太多,在某种程度上,正是在那个时代以清华物理系师生为代表的科学家们,支撑着这个民族的大国底气。
1999年,共和国建立50年之际,23枚“两弹一星功勋奖章”被授予23位科学家。没有他们,中国就不会有核弹、导弹、人造卫星。在这23位功勋者中,有6位出自清华老物理系,王淦昌、赵九章、彭桓武、钱三强、王大珩、陈芳允,他们是1929年到1938年从第一级到第八级的清华物理系毕业生(另有邓稼先、朱光亚毕业于西南联大时期的物理系、周光召毕业于1951届清华物理系)。
包括“两弹一星”元勋在内,从1929第一届本科毕业生到1938年,清华物理系共培养本科生69人,研究生1人,这其中有21人在建国后成为中国科学院院士,有1人成为美国科学院院士、1人成为美国工程科学院院士,其他学生也都成为各领域的领军人物,成才率之高,历史罕见。
在这个名单的背后,映射的是一个“科学救国”的时代,而清华物理系则是这个时代中的一段传奇。因为这段传奇,在之后的半个多世纪里,中国尽管经历了战争、困厄、动乱,但在一些涉及国防工业的尖端科技领域,中国始终没有被落下太多,在某种程度上,正是在那个时代以清华物理系师生为代表的科学家们,支撑着这个民族的大国底气。
■黄金十年
物理学家、教育家吴有训曾总结建国前的理科教育发展历程,分三个时期:阶段一为妄读时期,高等教育处于草创;阶段二为空谈时期,自以为“中国的大学程度,似较世界任何大学为高……这种高调的课程,对具有谈玄传统的中国人,非常适合口味,结果学生对于实验常识几无训练,唯日谈自由研究不知研究为何事”;阶段三“可称为实在工作时期,这时期包括抗战前十年至十五年的时间,国内才真正有了科学工作……重要的实验,均可举行,实验科学意义,学生得以了解。……英国剑桥大学已可承认国内大学研究部所给的学分,法国巴黎大学已承认由中国的学士学位可直接进行法国国家博士学位的论文工作”。
吴有训所说的“战前十年至十五年的时间”对应的正是清华大学物理系的“黄金十年”。1926年秋,清华学校大学部建立学系制度,在首批成立的11个学系中,物理系位列其中。创办之初,物理系仅两名教授,梅贻琦和叶企孙。
物理系的筹建,映衬的是当时知识精英“科学救国”的愿望。而筹办物理系,梅贻琦需要一个能汇聚和造就人才的人,他首先想到的便是在国际物理界已有声誉,此时正在国立东南大学(南京大学前身)任物理系副教授的叶企孙。正是这一决定,让清华物理系以及清华理学院只用几年时光,便从一个草创班子迅速崛起为中国第一等实力的理科教育高地。
叶企孙本名叶鸿眷,是“游美肄业馆”更名为“清华学堂”之后走进清华园的第一批学生。在清华园习读5年后,1918年8月入美国芝加哥大学物理系学习。叶企孙的求学选择受其家庭影响至深,其祖父叶佳镇一生饱学,官至国子监典簿厅主事(五品)。1857年,当他在广州见到两广总督叶名琛,这个中国读书人的成长标杆竟被英法士兵以俘虏的身份游街示众时,信念一夜崩塌,直至去世,终日慨叹“国无利器”。从那时开始,叶家子弟对读书求仕兴趣大减,觉得要想改变国家羸弱情状,得另辟蹊径。
深思熟虑之后,叶企孙选择了出国攻读物理学。而他的这一选择,对20世纪的中国影响深远。
半个多世纪以来,不管中国怎样贫弱,仍被视为大国,这与中国在一些尖端科技领域的成就有关。如果把这些高科技罗列出来,考察一下它们的起源,就可以发现,它们无不与近代物理学的发展紧密关联。
19世纪末20世纪初,物理学大蜕变,从经典物理(牛顿物理学)跨入近代物理学阶段。其标志是1900年普朗克常数(h)的发现、1905年爱因斯坦相对论的提出,以及1913年丹麦物理学家丹尼斯•玻尔对量子论的开拓,这些成果把物理学推进了新纪元。20世纪的“四大发明”(原子能、半导体、计算机、激光)无不立足于近代物理学。
但由于这些学说对当时的科学界来说太过超前,以至于直到20世纪20年代之后,一连串重大试验的确证,才使这些新学说得到公认并迅猛发展。而叶企孙等中国求学者也正是在此时来到欧美,跟随国际物理名家对世界科学的最前沿展开了学习和研究。这样,近代物理学从发轫就进入了中国,并培养了一批优秀的科学家。这就是为什么中国可以在极端困厄条件下、极短时间内,独立研制出令世界震惊的“两弹一星”的原因。
从20世纪二三十年代清华物理系的师生们在国外的研究成果,可以看到中国的这些年轻人成长得有多迅速。
叶企孙,清华物理系开创者,1920年9月始,跟随后来的诺贝尔物理学奖得主P.W.布里奇曼攻读博士学位,1921年用X射线方法测量了普朗克常数(近代物理学中使用最广泛的常数),被国际科学界公认为当时最精确的h值,时年23岁。
吴有训,清华物理系教授,在美国跟A.H.康普顿读博士学位期间,成功验证了对近代物理学发展具有转折点作用的“康普顿效应”。1925年11月,在美国召开的物理学会第135届会议上,吴有训被安排在大会第一名的位置宣读了他的论文,至此才使“康普顿效应”为学界所公认,助其老师获得诺贝尔物理学奖。
赵忠尧,清华物理系教授,1931年在美国加州理工学院获博士学位,师从诺贝尔物理学奖得主R.A.密立根。他在1930年在人类历史上第一次观测到正电子,在实验中发现反物质,这足以使他获得诺贝尔物理学奖,但阴差阳错失之交臂。两年之后,他的同学C.D.安德森公布了关于这一结果的进一步研究,获得1936年诺贝尔物理学奖。安德森在晚年承认,他的获奖归功于赵忠尧。
还有师从爱因斯坦研究广义相对论的周培源,师从居里夫人研究核物理的施士元,用并矢方法解决电路的计算和分析问题,从而为世界电机工程开拓了一个新研究领域的萨本栋……据不完全统计,单只在20年代,中国物理学家就取得了14项居世界领先水平的科研成就。
这些年轻学人,集聚于清华园。
■建系
1925年8月,在梅贻琦的举荐下,叶企孙被清华聘请为物理系教授,负责物理系的筹建。
阔别7年之后,叶重回母校,“科学救国”的少年理想如今真正有了施展的可能。
1926年秋,物理系正式建立,系址为清华大礼堂西南侧的科学馆,叶企孙任首任系主任。那年9月,清华物理系招来了第一批本科生,共4人,周同庆、施士元、王淦昌、钟间。
创建初期,物理系全系教师、职工和学生加起来一共10个人,而教授只有叶企孙一人(时任教务长的梅贻琦已无暇在物理系任课)。即便如此,仍开出了21种课目,这些课大多堆积到叶身上。
多年之后,施士元回忆这段历史,“叶先生亲自上课,他担任的课与学生同步升级。我在一年级,他教一年级的普通物理。我升二年级,他教二年级的电磁学。我升三年级,他教三年级的光学。我升到四年级,他带我的毕业论文。”
施士元毕业之后,远赴法国跟随居里夫人学习,并获得博士学位。归国后,25岁的施士元被国立中央大学(南京大学前身)聘为物理教授兼系主任,成为中国最年轻的教授,直到1987年才告别讲席。
也正是在中央大学期间,施士元教出了后来被誉为“中国居里夫人”的吴健雄,后者曾参与美国“曼哈顿工程”,研制世界上第一枚原子弹。
从1926年物理系创建,到1938年成立西南联大,在此期间,清华大学物理系走出10届毕业生,共69人(另有研究生一人)。他们很多都成长为中国科学史上的大师级人物,核物理学家王淦昌、钱三强、何泽慧、李正武,理论物理学家彭桓武、王竹溪、胡宁、张宗燧,力学专家林家翘、钱伟长,光学专家王大珩、龚祖同,固体物理学家葛庭燧,气象学家赵九章,地球物理学家傅承义、翁文波、秦馨菱,物理海洋学家赫崇本等。
著名经济学家、在抗战前曾任清华法学院院长的陈岱孙在多年后,谈及叶企孙担任院长和主任的理学院和物理系时,如此品评:“在短短的几年的时间内,清华从一所颇有名气而无学术地位的学校,一变而为名实相符的大学。在这一突变的过程中,应该说,理学院是走在前列的,而物理学系是这前列中的排头兵。”
从1926年建系后,叶企孙千方百计延揽名师,到抗战爆发前,他先后聘请到吴有训、萨本栋、周培源、赵忠尧、任之恭、霍秉权等教授,这些人皆是当时中国物理界一时之选。
留洋归国的教授们给这所学校带来了不同于国内其它高校的气息。
“中国原子能科学之父”钱三强是清华物理系第八级毕业生。在入清华之前,他已在北大预科和本科读了三年,当时清华物理系教授常来北大兼课,他听了几次之后,觉得北大物理系教授教得比清华逊色,于是不顾好友劝阻,转读清华。
入清华物理系之后,他觉得清华确实跟北大有许多不同,一是政治运动少,学生能专心于学业;二是清华物理系的教授多是从美国留学归来,一色的美国教育方式,这让他颇为受用。
在当时,清华物理系有诸多风气引领国内高校之先。以科研来说,很多留洋教授回国之后,因国内不具有研究条件,除授课之外,很少再进行科学研究,这令他们在国外的导师颇感惋惜。
1931年,清华教授赵忠尧访问英国卡文迪许实验室,回国前,著名物理学家E.卢瑟福对他说:“从前你们中国人在我们这儿念书的很多,成绩不错,但是一回去就听不到声音了,希望你回去继续搞科研。”
赵忠尧不负期望,回清华后只一年,便在英国《自然》杂志上发表了其最新的研究论文。卢瑟福看到后,撰文嘉许。
在清华,物理系的教授们多能做到既授课又做科学研究。钱三强回忆,“我在学校期间,吴有训进行X射线对金属结构的研究;赵忠尧和霍秉权研究原子核物理,开始建立威尔逊云室;萨本栋与任之恭进行电路与电子学方面的研究,并准备试制真空管;周培源进行理论物理方面的研究;叶企孙进行光谱学研究。”
据物理学家严济慈统计,从1930年至1933年间,中国在国际上发表的重要论文共有16篇,其中清华物理系独占9篇。这种氛围的直接受益者就是在物理系就读的学生。尽管此时还未走出国门,但他们所接触的学问都是物理学的最前沿。物理学家、教育家钱伟长是清华物理系第七级毕业生,在西南联大时期曾代过叶企孙的热力学课程,就是这件小事,却给他很大触动。
“我在1933年听过叶老师的热力学的课,自以为学得不错,满口应承下来。”叶企孙离开前,把已经准备好的前五堂课的讲义交给他,钱伟长翻看时,发现“讲的基本原理虽然还是熟知的热力学的第一第二定律,但所引实例完全是有关金属学的热力学性质”。这让他有些始料不及,当初他上此课时,叶所引实例都是气体学方面,这也是30年代前期,世界工业中的热点问题,但在30年代后期,由于二战爆发,金属学开始受到重视,发展极快,“他(叶企孙)把金属学学术期刊上的最新发展中利用热力学定律的富有成效的部分,吸收入了讲课。……这份不到十页的讲稿,对我教育很深……”
正是在这些教授的引导下,清华物理系成为当时中国高校中少有的在教学中重视物理实验的所在,先后建立了普通物理实验室、热学实验室、光学实验室、电学实验室、近代物理实验室以及自制实验仪器设备的金木工厂。
1929年初,在清华科学会15周年纪念大会上,归国教授吴有训发言时说:“中国现在有物理实验室可以讲述者唯中央大学、前北京大学、清华大学,然此三校则以清华大学为第一,此排非特吹,乃系事实。盖叶先生(叶企孙)素来不好宣传,但求实际。以后我们希望在本校得几位大物理学家,同时还希望出无数其他大科学家。”
“中国氢弹之父”、物理系第一级毕业生王淦昌回忆,物理系起步极艰辛,“系里的仪器设备很缺,由教师带领学生自己动手制作,这种理论联系实际的教学,学理论与动手实践紧密结合的办学作风,对我们青年学生产生很重要的影响,我们在日后担任教学工作和系主任时,也沿用了这一套作风。”
■科学救国
后来历史验证,吴有训的期望都实现了。在五六十年代,尤其是当中苏关系破裂之后,中国科学家能够白手起家,研制出众多的科研设备,归功于之前打下的实验和动手的基础。
在叶企孙、吴有训等中国物理先驱苦心孤诣的经营下,清华科学馆成为了全国有志于科学报国的青年心目中的圣殿。尤其在九一八事变发生后,青年们兴起了一个学习理工科的热潮。
物理系第七级毕业生钱伟长是国学大师钱穆的侄子,自小国学功底深厚。1931年入清华园时便被陈寅恪(历史系)、朱自清(中文系)争抢,校内亦传,说是学校来了个国学根基可与英文系钱钟书比肩的新生。就在钱伟长选定中文系之后,日本发动了九一八事变,东三省迅速沦陷。这让钱伟长很受冲击:学文救不了国,要想不挨打,就得学理。于是,物理考试只得5分(百分制)的他天天追着吴有训教授要转系,死缠之下,终于有条件试读(一年内,普通化学、普通物理、高等数学三门课均过70分),并于一年后成功“转正”。于是,中国少了一个国学大家,出了一个“力学之父”。
科学救国,是那时清华物理系学子求学以及出国深造的隐秘动机,并不挂在嘴边,但都心照不宣。
当初叶企孙学成归国时,布里奇曼一再挽留,被谢绝。叶企孙特意在归国前,用平时节俭下来的费用到欧洲参观英法德荷比五国物理研究机构,以作为国内拓展物理研究的借鉴。
吴有训归国时,康普顿几次劝说他留在美国,并亲自为吴有训安排工作,均被婉拒。康普顿极为钦佩这位心怀祖国的天才学生。三十余年后,70岁的康普顿对诺贝尔物理学奖获得者杨振宁说:你的老师吴有训是我一生中最得意的学生。
赵忠尧,唯一被邀请现场观看世界第一枚原子弹试爆的中国科学家,时任堂堂中央大学物理系主任,在观看之后,偷偷留在美国,隐姓埋名五年,每日打工十六小时以上,三餐只吃面包、咸菜,终于用打工凑足的钱,买来研制原子弹设备的核心零部件。就是这些零部件,在1955年被组装成我国第一台质子静电加速器。
在这些老师们的熏陶之下,从清华物理系毕业的学子们都秉持了这一传统,王淦昌、赵九章、彭桓武、钱伟长、王大珩、钱三强、何泽慧、钱学森……这些30年代的年轻学子,纷纷在后来成为共和国的科学脊梁。
■物理系的“革命家”
除了科学报国外,30年代的清华物理系,学生们也以其他方式参与到救国运动中去。
当时,物理系教授、理学院院长叶企孙居住的清华北院七号是一个师生聚会之所。北院七号建筑完全西式,朝南一侧是一排漂亮的落地窗,窗沿上摆满了绿萝、兰草,外廊上还缠着葡萄紫藤,是个很让人讨喜的所在。从1925年起一直到1952年院系调整,叶企孙一直是这里的主人。陈岱孙、陈寅恪、吴宓、赵元任、叶公超、金岳霖、张奚若这些清华教授是此院常客,因为总在此处享用叶企孙私人厨师的手艺,被人称为“北院七号饭团”,实际上是清华“少壮派”的核心。
而对于学生来说,这里也是他们喜欢借住、拜访的地方。尤其在日本侵华之后,这里更是成为年轻人议论国是的场所。每次运动之后,学生们总是躲在叶企孙家里,以躲避军警搜捕。
在主观上,叶企孙并不鼓励学生们冒着生命危险参加政治运动,在他的心目中,救国有不同的道路,而学生最紧要的是要学好功课。
王淦昌记得1926年因日军进犯大沽口而导致的三一八惨案,当时,他和几个清华学生就站在军警向学生开枪的现场,当他们晚上跑到北院七号,向叶企孙讲述自己白天所经历的惨剧时,叶大发雷霆:
“谁叫你们去的?你们明白自己的使命吗?如果我们的国家有大唐帝国那般的强盛,这个世界上有谁敢欺侮我们?一个国家与一个人一样,弱肉强食是亘古不变的法则,要想我们国家不遭到外国人的凌辱,就只有靠科学!科学,只有科学才能拯救我们的民族……”说罢泪下如雨。
——王淦昌
叶企孙这些教授们不希望自己的学生白白牺牲生命。但真当学生们投入到爱国运动中,他们又总是尽各种办法支持,以至于北院七号实际上成为当时进步学生的一个秘密联络点和庇护所。后来担任共和国副总理的姚依林(在清华大学读书时名叫姚克广),在读书时就已经进行地下工作,曾多次在叶企孙的帮助下利用北院七号进行活动。
美国国家工程科学院院士、清华物理系第九级毕业生戴振铎曾在1936年底,旷课参加了抗敌前线服务团,慰劳傅作义将军领导的抗日将士,团里还有物理系第十级学生王天眷、陈芳允、李正武。叶知道后,也并未责骂,只说补课不能免。
物理系也善于发现“革命家”。胡乔木是1930年考入清华物理系的,当时名为胡鼎新,吴有训发现胡文史功底深厚,颇有这方面的培养潜力,就力促其转读历史系。
■布局未来
从1929年到1938年,物理系全部毕业生也不过69人,教授们以雕金刻玉的心血培养着这些中国未来的科学砥柱。为保证教育质量,他们严格控制招录人数和淘汰率,第一级学生4人,第二级学生3人,第三级学生1人。
中国科学院院士翁文波记得,1930年考入物理系时有同学13人,毕业时只6人;核物理学家、第八级毕业生何泽慧记得入学时有28人,毕业只10人……
正因如此,每一个学生都被清华物理系的教授们珍视着,尤其不能在年轻时就过早地陨落。叶企孙、吴有训等教授们利用自己的资源与关系,帮助学生谋划毕业后的发展。而这种谋划不只从学生个人出发,也从中国科学发展需要出发。
从清华物理系学生出国留学所去方向和所学专业,可以看出他们实际上是在对中国未来科学发展规划蓝图、排兵布阵。
钱学森去美国前原本是学习铁道机械工程的,在叶企孙的引导安排下,他成为一代宗师冯•卡门的博士生,从事火箭研究。
清华大学第五级毕业生赵九章被叶企孙安排去美国专修高空气象学,回国后立刻为中国空军训练出五批气象员,并为中国卫星上天建立功勋;同为物理系第五级毕业生的熊鸾翥到德国学习弹道学,从而成为中国第一位兵工弹道专家;“光学之父”、第八级毕业生王大珩到英国学习应用光子学,后来成为中国现代光学及光学工程的开拓者和奠基人……
钱伟长回忆:“叶企孙……为了物理系,为了国家,他动员了许多念物理的学生毕业后去搞国家需要的学科,如气象、地质等……不是为了物理而搞物理,而是为国家搞物理。”
这种布局和多方向发展的眼光对学生影响深远,并在他们身上得以延续。
上世纪80年代,当了解美国“星球大战计划”后,清华物理系的那些老毕业生着急了,王淦昌、陈芳允、王大珩、杨嘉墀(交通大学毕业)联合起草了一封名为《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》的信给邓小平。正是这封写于1986年3月3日的建议信,开启了中国著名的“863计划”,从那时开始,极大地改变了世界高科技领域的格局。
这些物理系学子们从毕业之后就已经开始用自己所学的知识回报祖国。
1936年,国民政府在南京兵工署设立弹道研究所,以方俊奎、王大珩、陈亚伦、杨振邦等清华学生组成的研究人员占三分之二。
中国第一个地震台——北京西山鹫峰地震台的建立同样与清华物理系关系密切。中国是一个地震多发的国家,但直到1930年才有了自己的地震监测机构,发起者是中国第一位地质学博士翁文灏(曾被叶企孙聘为清华理学院地学系教授兼主任)。
地震台建成,翁文灏找不到合适的研究人员,求助于叶企孙。在叶企孙推荐下,他曾经的学生、中国地震科学事业的开创者之一李善邦从此浮出水面。
为充实地震台的力量,叶企孙从物理系实验室调来贾连亨担任李善邦的助手。并在后来又相继调来物理系第六级毕业生翁文波(翁文灏堂弟)、第九级毕业生秦馨菱。
1930年9月20日13时2分2秒,是鹫峰地震台第一次接收到地震的纪录。从这一天起,由它编成的观测信息发送至世界各地和国际地震中心,填补了欧亚大陆广大地区的空白。
地处偏远,又时逢战乱,地震台的研究人员们极其艰苦,设备是自己制作的、电是自己发的、东西都是蚂蚁搬家似的一点点亲手搬运的,生活更是简陋不堪。
英国著名学者李约瑟曾在叶企孙陪同下参观过鹫峰地震台,“当这几位衣衫褴褛,形容枯槁,背靠茅屋竹林,口中却自然流泻出熟练的英语和地震学的专业术语的地震学者出现在眼前时,李约瑟被深深震撼了。……这些都是你的学生,李约瑟问叶企孙。叶企孙颔首答道:是的。”(引自《最后的大师——叶企孙和他的时代》)
二十余年后,李约瑟在自己的《中国科学技术史》第四卷扉页上,写道:献给叶企孙教授。
他献给的其实是一个群体。
■余韵
1937年,七七事变爆发后,清华老物理系告一段落。清华师生转战长沙,后又至昆明,与北京大学、南开大学组成“国立西南联合大学”,物理系集三校精华,人才济济,中国四大近代物理先驱中,有三位在此任教(饶毓泰、叶企孙、吴有训,另有胡刚复时在浙江大学),培养了诺贝尔物理学奖获得者李政道,国家最高科学技术奖获得者、“两弹一星元勋”邓稼先、朱光亚等一批本科生。
在本科之外,研究生培养三校仍然分开。联大期间共有7名物理学研究生毕业,其中毕业于清华研究院的有谢毓章、黄授书、杨振宁、张守廉、应崇福和杨约翰。
1946年10月,清华大学在北平复校。按各人志愿,联大物理系学生10人选择到北大物理系继续学习,53人到清华物理系继续学习。清华大学物理系师生,在叶企孙带领下,重新回到魂牵梦绕的科学馆,在图书资料、实验设备被日本侵略军破坏殆尽的情形下,齐心协力,重建物理系。
6年之后,全国高校院系调整,清华变成一所纯工科大学。清华物理系绝大部分教师和全部学生,被归并成北京大学物理系,清华老物理系宣告终结。
叶企孙搬离了他居住多年的清华北院七号公寓,一段中国理科教育传奇也就此告一段落。
本文参考资料:邢军纪 著《最后的大师——叶企孙和他的时代》,虞昊黄延复 著《中国科技的基石——叶企孙和科学大师们》,葛能全 著 《钱三强》,祁淑英著 《钱伟长传》
1999年,共和国建立50年之际,23枚“两弹一星功勋奖章”被授予23位科学家。没有他们,中国就不会有核弹、导弹、人造卫星。在这23位功勋者中,有6位出自清华老物理系,王淦昌、赵九章、彭桓武、钱三强、王大珩、陈芳允,他们是1929年到1938年从第一级到第八级的清华物理系毕业生(另有邓稼先、朱光亚毕业于西南联大时期的物理系、周光召毕业于1951届清华物理系)。
包括“两弹一星”元勋在内,从1929第一届本科毕业生到1938年,清华物理系共培养本科生69人,研究生1人,这其中有21人在建国后成为中国科学院院士,有1人成为美国科学院院士、1人成为美国工程科学院院士,其他学生也都成为各领域的领军人物,成才率之高,历史罕见。
在这个名单的背后,映射的是一个“科学救国”的时代,而清华物理系则是这个时代中的一段传奇。因为这段传奇,在之后的半个多世纪里,中国尽管经历了战争、困厄、动乱,但在一些涉及国防工业的尖端科技领域,中国始终没有被落下太多,在某种程度上,正是在那个时代以清华物理系师生为代表的科学家们,支撑着这个民族的大国底气。
■黄金十年
物理学家、教育家吴有训曾总结建国前的理科教育发展历程,分三个时期:阶段一为妄读时期,高等教育处于草创;阶段二为空谈时期,自以为“中国的大学程度,似较世界任何大学为高……这种高调的课程,对具有谈玄传统的中国人,非常适合口味,结果学生对于实验常识几无训练,唯日谈自由研究不知研究为何事”;阶段三“可称为实在工作时期,这时期包括抗战前十年至十五年的时间,国内才真正有了科学工作……重要的实验,均可举行,实验科学意义,学生得以了解。……英国剑桥大学已可承认国内大学研究部所给的学分,法国巴黎大学已承认由中国的学士学位可直接进行法国国家博士学位的论文工作”。
吴有训所说的“战前十年至十五年的时间”对应的正是清华大学物理系的“黄金十年”。1926年秋,清华学校大学部建立学系制度,在首批成立的11个学系中,物理系位列其中。创办之初,物理系仅两名教授,梅贻琦和叶企孙。
物理系的筹建,映衬的是当时知识精英“科学救国”的愿望。而筹办物理系,梅贻琦需要一个能汇聚和造就人才的人,他首先想到的便是在国际物理界已有声誉,此时正在国立东南大学(南京大学前身)任物理系副教授的叶企孙。正是这一决定,让清华物理系以及清华理学院只用几年时光,便从一个草创班子迅速崛起为中国第一等实力的理科教育高地。
叶企孙本名叶鸿眷,是“游美肄业馆”更名为“清华学堂”之后走进清华园的第一批学生。在清华园习读5年后,1918年8月入美国芝加哥大学物理系学习。叶企孙的求学选择受其家庭影响至深,其祖父叶佳镇一生饱学,官至国子监典簿厅主事(五品)。1857年,当他在广州见到两广总督叶名琛,这个中国读书人的成长标杆竟被英法士兵以俘虏的身份游街示众时,信念一夜崩塌,直至去世,终日慨叹“国无利器”。从那时开始,叶家子弟对读书求仕兴趣大减,觉得要想改变国家羸弱情状,得另辟蹊径。
深思熟虑之后,叶企孙选择了出国攻读物理学。而他的这一选择,对20世纪的中国影响深远。
半个多世纪以来,不管中国怎样贫弱,仍被视为大国,这与中国在一些尖端科技领域的成就有关。如果把这些高科技罗列出来,考察一下它们的起源,就可以发现,它们无不与近代物理学的发展紧密关联。
19世纪末20世纪初,物理学大蜕变,从经典物理(牛顿物理学)跨入近代物理学阶段。其标志是1900年普朗克常数(h)的发现、1905年爱因斯坦相对论的提出,以及1913年丹麦物理学家丹尼斯•玻尔对量子论的开拓,这些成果把物理学推进了新纪元。20世纪的“四大发明”(原子能、半导体、计算机、激光)无不立足于近代物理学。
但由于这些学说对当时的科学界来说太过超前,以至于直到20世纪20年代之后,一连串重大试验的确证,才使这些新学说得到公认并迅猛发展。而叶企孙等中国求学者也正是在此时来到欧美,跟随国际物理名家对世界科学的最前沿展开了学习和研究。这样,近代物理学从发轫就进入了中国,并培养了一批优秀的科学家。这就是为什么中国可以在极端困厄条件下、极短时间内,独立研制出令世界震惊的“两弹一星”的原因。
从20世纪二三十年代清华物理系的师生们在国外的研究成果,可以看到中国的这些年轻人成长得有多迅速。
叶企孙,清华物理系开创者,1920年9月始,跟随后来的诺贝尔物理学奖得主P.W.布里奇曼攻读博士学位,1921年用X射线方法测量了普朗克常数(近代物理学中使用最广泛的常数),被国际科学界公认为当时最精确的h值,时年23岁。
吴有训,清华物理系教授,在美国跟A.H.康普顿读博士学位期间,成功验证了对近代物理学发展具有转折点作用的“康普顿效应”。1925年11月,在美国召开的物理学会第135届会议上,吴有训被安排在大会第一名的位置宣读了他的论文,至此才使“康普顿效应”为学界所公认,助其老师获得诺贝尔物理学奖。
赵忠尧,清华物理系教授,1931年在美国加州理工学院获博士学位,师从诺贝尔物理学奖得主R.A.密立根。他在1930年在人类历史上第一次观测到正电子,在实验中发现反物质,这足以使他获得诺贝尔物理学奖,但阴差阳错失之交臂。两年之后,他的同学C.D.安德森公布了关于这一结果的进一步研究,获得1936年诺贝尔物理学奖。安德森在晚年承认,他的获奖归功于赵忠尧。
还有师从爱因斯坦研究广义相对论的周培源,师从居里夫人研究核物理的施士元,用并矢方法解决电路的计算和分析问题,从而为世界电机工程开拓了一个新研究领域的萨本栋……据不完全统计,单只在20年代,中国物理学家就取得了14项居世界领先水平的科研成就。
这些年轻学人,集聚于清华园。
■建系
1925年8月,在梅贻琦的举荐下,叶企孙被清华聘请为物理系教授,负责物理系的筹建。
阔别7年之后,叶重回母校,“科学救国”的少年理想如今真正有了施展的可能。
1926年秋,物理系正式建立,系址为清华大礼堂西南侧的科学馆,叶企孙任首任系主任。那年9月,清华物理系招来了第一批本科生,共4人,周同庆、施士元、王淦昌、钟间。
创建初期,物理系全系教师、职工和学生加起来一共10个人,而教授只有叶企孙一人(时任教务长的梅贻琦已无暇在物理系任课)。即便如此,仍开出了21种课目,这些课大多堆积到叶身上。
多年之后,施士元回忆这段历史,“叶先生亲自上课,他担任的课与学生同步升级。我在一年级,他教一年级的普通物理。我升二年级,他教二年级的电磁学。我升三年级,他教三年级的光学。我升到四年级,他带我的毕业论文。”
施士元毕业之后,远赴法国跟随居里夫人学习,并获得博士学位。归国后,25岁的施士元被国立中央大学(南京大学前身)聘为物理教授兼系主任,成为中国最年轻的教授,直到1987年才告别讲席。
也正是在中央大学期间,施士元教出了后来被誉为“中国居里夫人”的吴健雄,后者曾参与美国“曼哈顿工程”,研制世界上第一枚原子弹。
从1926年物理系创建,到1938年成立西南联大,在此期间,清华大学物理系走出10届毕业生,共69人(另有研究生一人)。他们很多都成长为中国科学史上的大师级人物,核物理学家王淦昌、钱三强、何泽慧、李正武,理论物理学家彭桓武、王竹溪、胡宁、张宗燧,力学专家林家翘、钱伟长,光学专家王大珩、龚祖同,固体物理学家葛庭燧,气象学家赵九章,地球物理学家傅承义、翁文波、秦馨菱,物理海洋学家赫崇本等。
著名经济学家、在抗战前曾任清华法学院院长的陈岱孙在多年后,谈及叶企孙担任院长和主任的理学院和物理系时,如此品评:“在短短的几年的时间内,清华从一所颇有名气而无学术地位的学校,一变而为名实相符的大学。在这一突变的过程中,应该说,理学院是走在前列的,而物理学系是这前列中的排头兵。”
从1926年建系后,叶企孙千方百计延揽名师,到抗战爆发前,他先后聘请到吴有训、萨本栋、周培源、赵忠尧、任之恭、霍秉权等教授,这些人皆是当时中国物理界一时之选。
留洋归国的教授们给这所学校带来了不同于国内其它高校的气息。
“中国原子能科学之父”钱三强是清华物理系第八级毕业生。在入清华之前,他已在北大预科和本科读了三年,当时清华物理系教授常来北大兼课,他听了几次之后,觉得北大物理系教授教得比清华逊色,于是不顾好友劝阻,转读清华。
入清华物理系之后,他觉得清华确实跟北大有许多不同,一是政治运动少,学生能专心于学业;二是清华物理系的教授多是从美国留学归来,一色的美国教育方式,这让他颇为受用。
在当时,清华物理系有诸多风气引领国内高校之先。以科研来说,很多留洋教授回国之后,因国内不具有研究条件,除授课之外,很少再进行科学研究,这令他们在国外的导师颇感惋惜。
1931年,清华教授赵忠尧访问英国卡文迪许实验室,回国前,著名物理学家E.卢瑟福对他说:“从前你们中国人在我们这儿念书的很多,成绩不错,但是一回去就听不到声音了,希望你回去继续搞科研。”
赵忠尧不负期望,回清华后只一年,便在英国《自然》杂志上发表了其最新的研究论文。卢瑟福看到后,撰文嘉许。
在清华,物理系的教授们多能做到既授课又做科学研究。钱三强回忆,“我在学校期间,吴有训进行X射线对金属结构的研究;赵忠尧和霍秉权研究原子核物理,开始建立威尔逊云室;萨本栋与任之恭进行电路与电子学方面的研究,并准备试制真空管;周培源进行理论物理方面的研究;叶企孙进行光谱学研究。”
据物理学家严济慈统计,从1930年至1933年间,中国在国际上发表的重要论文共有16篇,其中清华物理系独占9篇。这种氛围的直接受益者就是在物理系就读的学生。尽管此时还未走出国门,但他们所接触的学问都是物理学的最前沿。物理学家、教育家钱伟长是清华物理系第七级毕业生,在西南联大时期曾代过叶企孙的热力学课程,就是这件小事,却给他很大触动。
“我在1933年听过叶老师的热力学的课,自以为学得不错,满口应承下来。”叶企孙离开前,把已经准备好的前五堂课的讲义交给他,钱伟长翻看时,发现“讲的基本原理虽然还是熟知的热力学的第一第二定律,但所引实例完全是有关金属学的热力学性质”。这让他有些始料不及,当初他上此课时,叶所引实例都是气体学方面,这也是30年代前期,世界工业中的热点问题,但在30年代后期,由于二战爆发,金属学开始受到重视,发展极快,“他(叶企孙)把金属学学术期刊上的最新发展中利用热力学定律的富有成效的部分,吸收入了讲课。……这份不到十页的讲稿,对我教育很深……”
正是在这些教授的引导下,清华物理系成为当时中国高校中少有的在教学中重视物理实验的所在,先后建立了普通物理实验室、热学实验室、光学实验室、电学实验室、近代物理实验室以及自制实验仪器设备的金木工厂。
1929年初,在清华科学会15周年纪念大会上,归国教授吴有训发言时说:“中国现在有物理实验室可以讲述者唯中央大学、前北京大学、清华大学,然此三校则以清华大学为第一,此排非特吹,乃系事实。盖叶先生(叶企孙)素来不好宣传,但求实际。以后我们希望在本校得几位大物理学家,同时还希望出无数其他大科学家。”
“中国氢弹之父”、物理系第一级毕业生王淦昌回忆,物理系起步极艰辛,“系里的仪器设备很缺,由教师带领学生自己动手制作,这种理论联系实际的教学,学理论与动手实践紧密结合的办学作风,对我们青年学生产生很重要的影响,我们在日后担任教学工作和系主任时,也沿用了这一套作风。”
■科学救国
后来历史验证,吴有训的期望都实现了。在五六十年代,尤其是当中苏关系破裂之后,中国科学家能够白手起家,研制出众多的科研设备,归功于之前打下的实验和动手的基础。
在叶企孙、吴有训等中国物理先驱苦心孤诣的经营下,清华科学馆成为了全国有志于科学报国的青年心目中的圣殿。尤其在九一八事变发生后,青年们兴起了一个学习理工科的热潮。
物理系第七级毕业生钱伟长是国学大师钱穆的侄子,自小国学功底深厚。1931年入清华园时便被陈寅恪(历史系)、朱自清(中文系)争抢,校内亦传,说是学校来了个国学根基可与英文系钱钟书比肩的新生。就在钱伟长选定中文系之后,日本发动了九一八事变,东三省迅速沦陷。这让钱伟长很受冲击:学文救不了国,要想不挨打,就得学理。于是,物理考试只得5分(百分制)的他天天追着吴有训教授要转系,死缠之下,终于有条件试读(一年内,普通化学、普通物理、高等数学三门课均过70分),并于一年后成功“转正”。于是,中国少了一个国学大家,出了一个“力学之父”。
科学救国,是那时清华物理系学子求学以及出国深造的隐秘动机,并不挂在嘴边,但都心照不宣。
当初叶企孙学成归国时,布里奇曼一再挽留,被谢绝。叶企孙特意在归国前,用平时节俭下来的费用到欧洲参观英法德荷比五国物理研究机构,以作为国内拓展物理研究的借鉴。
吴有训归国时,康普顿几次劝说他留在美国,并亲自为吴有训安排工作,均被婉拒。康普顿极为钦佩这位心怀祖国的天才学生。三十余年后,70岁的康普顿对诺贝尔物理学奖获得者杨振宁说:你的老师吴有训是我一生中最得意的学生。
赵忠尧,唯一被邀请现场观看世界第一枚原子弹试爆的中国科学家,时任堂堂中央大学物理系主任,在观看之后,偷偷留在美国,隐姓埋名五年,每日打工十六小时以上,三餐只吃面包、咸菜,终于用打工凑足的钱,买来研制原子弹设备的核心零部件。就是这些零部件,在1955年被组装成我国第一台质子静电加速器。
在这些老师们的熏陶之下,从清华物理系毕业的学子们都秉持了这一传统,王淦昌、赵九章、彭桓武、钱伟长、王大珩、钱三强、何泽慧、钱学森……这些30年代的年轻学子,纷纷在后来成为共和国的科学脊梁。
■物理系的“革命家”
除了科学报国外,30年代的清华物理系,学生们也以其他方式参与到救国运动中去。
当时,物理系教授、理学院院长叶企孙居住的清华北院七号是一个师生聚会之所。北院七号建筑完全西式,朝南一侧是一排漂亮的落地窗,窗沿上摆满了绿萝、兰草,外廊上还缠着葡萄紫藤,是个很让人讨喜的所在。从1925年起一直到1952年院系调整,叶企孙一直是这里的主人。陈岱孙、陈寅恪、吴宓、赵元任、叶公超、金岳霖、张奚若这些清华教授是此院常客,因为总在此处享用叶企孙私人厨师的手艺,被人称为“北院七号饭团”,实际上是清华“少壮派”的核心。
而对于学生来说,这里也是他们喜欢借住、拜访的地方。尤其在日本侵华之后,这里更是成为年轻人议论国是的场所。每次运动之后,学生们总是躲在叶企孙家里,以躲避军警搜捕。
在主观上,叶企孙并不鼓励学生们冒着生命危险参加政治运动,在他的心目中,救国有不同的道路,而学生最紧要的是要学好功课。
王淦昌记得1926年因日军进犯大沽口而导致的三一八惨案,当时,他和几个清华学生就站在军警向学生开枪的现场,当他们晚上跑到北院七号,向叶企孙讲述自己白天所经历的惨剧时,叶大发雷霆:
“谁叫你们去的?你们明白自己的使命吗?如果我们的国家有大唐帝国那般的强盛,这个世界上有谁敢欺侮我们?一个国家与一个人一样,弱肉强食是亘古不变的法则,要想我们国家不遭到外国人的凌辱,就只有靠科学!科学,只有科学才能拯救我们的民族……”说罢泪下如雨。
——王淦昌
叶企孙这些教授们不希望自己的学生白白牺牲生命。但真当学生们投入到爱国运动中,他们又总是尽各种办法支持,以至于北院七号实际上成为当时进步学生的一个秘密联络点和庇护所。后来担任共和国副总理的姚依林(在清华大学读书时名叫姚克广),在读书时就已经进行地下工作,曾多次在叶企孙的帮助下利用北院七号进行活动。
美国国家工程科学院院士、清华物理系第九级毕业生戴振铎曾在1936年底,旷课参加了抗敌前线服务团,慰劳傅作义将军领导的抗日将士,团里还有物理系第十级学生王天眷、陈芳允、李正武。叶知道后,也并未责骂,只说补课不能免。
物理系也善于发现“革命家”。胡乔木是1930年考入清华物理系的,当时名为胡鼎新,吴有训发现胡文史功底深厚,颇有这方面的培养潜力,就力促其转读历史系。
■布局未来
从1929年到1938年,物理系全部毕业生也不过69人,教授们以雕金刻玉的心血培养着这些中国未来的科学砥柱。为保证教育质量,他们严格控制招录人数和淘汰率,第一级学生4人,第二级学生3人,第三级学生1人。
中国科学院院士翁文波记得,1930年考入物理系时有同学13人,毕业时只6人;核物理学家、第八级毕业生何泽慧记得入学时有28人,毕业只10人……
正因如此,每一个学生都被清华物理系的教授们珍视着,尤其不能在年轻时就过早地陨落。叶企孙、吴有训等教授们利用自己的资源与关系,帮助学生谋划毕业后的发展。而这种谋划不只从学生个人出发,也从中国科学发展需要出发。
从清华物理系学生出国留学所去方向和所学专业,可以看出他们实际上是在对中国未来科学发展规划蓝图、排兵布阵。
钱学森去美国前原本是学习铁道机械工程的,在叶企孙的引导安排下,他成为一代宗师冯•卡门的博士生,从事火箭研究。
清华大学第五级毕业生赵九章被叶企孙安排去美国专修高空气象学,回国后立刻为中国空军训练出五批气象员,并为中国卫星上天建立功勋;同为物理系第五级毕业生的熊鸾翥到德国学习弹道学,从而成为中国第一位兵工弹道专家;“光学之父”、第八级毕业生王大珩到英国学习应用光子学,后来成为中国现代光学及光学工程的开拓者和奠基人……
钱伟长回忆:“叶企孙……为了物理系,为了国家,他动员了许多念物理的学生毕业后去搞国家需要的学科,如气象、地质等……不是为了物理而搞物理,而是为国家搞物理。”
这种布局和多方向发展的眼光对学生影响深远,并在他们身上得以延续。
上世纪80年代,当了解美国“星球大战计划”后,清华物理系的那些老毕业生着急了,王淦昌、陈芳允、王大珩、杨嘉墀(交通大学毕业)联合起草了一封名为《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》的信给邓小平。正是这封写于1986年3月3日的建议信,开启了中国著名的“863计划”,从那时开始,极大地改变了世界高科技领域的格局。
这些物理系学子们从毕业之后就已经开始用自己所学的知识回报祖国。
1936年,国民政府在南京兵工署设立弹道研究所,以方俊奎、王大珩、陈亚伦、杨振邦等清华学生组成的研究人员占三分之二。
中国第一个地震台——北京西山鹫峰地震台的建立同样与清华物理系关系密切。中国是一个地震多发的国家,但直到1930年才有了自己的地震监测机构,发起者是中国第一位地质学博士翁文灏(曾被叶企孙聘为清华理学院地学系教授兼主任)。
地震台建成,翁文灏找不到合适的研究人员,求助于叶企孙。在叶企孙推荐下,他曾经的学生、中国地震科学事业的开创者之一李善邦从此浮出水面。
为充实地震台的力量,叶企孙从物理系实验室调来贾连亨担任李善邦的助手。并在后来又相继调来物理系第六级毕业生翁文波(翁文灏堂弟)、第九级毕业生秦馨菱。
1930年9月20日13时2分2秒,是鹫峰地震台第一次接收到地震的纪录。从这一天起,由它编成的观测信息发送至世界各地和国际地震中心,填补了欧亚大陆广大地区的空白。
地处偏远,又时逢战乱,地震台的研究人员们极其艰苦,设备是自己制作的、电是自己发的、东西都是蚂蚁搬家似的一点点亲手搬运的,生活更是简陋不堪。
英国著名学者李约瑟曾在叶企孙陪同下参观过鹫峰地震台,“当这几位衣衫褴褛,形容枯槁,背靠茅屋竹林,口中却自然流泻出熟练的英语和地震学的专业术语的地震学者出现在眼前时,李约瑟被深深震撼了。……这些都是你的学生,李约瑟问叶企孙。叶企孙颔首答道:是的。”(引自《最后的大师——叶企孙和他的时代》)
二十余年后,李约瑟在自己的《中国科学技术史》第四卷扉页上,写道:献给叶企孙教授。
他献给的其实是一个群体。
■余韵
1937年,七七事变爆发后,清华老物理系告一段落。清华师生转战长沙,后又至昆明,与北京大学、南开大学组成“国立西南联合大学”,物理系集三校精华,人才济济,中国四大近代物理先驱中,有三位在此任教(饶毓泰、叶企孙、吴有训,另有胡刚复时在浙江大学),培养了诺贝尔物理学奖获得者李政道,国家最高科学技术奖获得者、“两弹一星元勋”邓稼先、朱光亚等一批本科生。
在本科之外,研究生培养三校仍然分开。联大期间共有7名物理学研究生毕业,其中毕业于清华研究院的有谢毓章、黄授书、杨振宁、张守廉、应崇福和杨约翰。
1946年10月,清华大学在北平复校。按各人志愿,联大物理系学生10人选择到北大物理系继续学习,53人到清华物理系继续学习。清华大学物理系师生,在叶企孙带领下,重新回到魂牵梦绕的科学馆,在图书资料、实验设备被日本侵略军破坏殆尽的情形下,齐心协力,重建物理系。
6年之后,全国高校院系调整,清华变成一所纯工科大学。清华物理系绝大部分教师和全部学生,被归并成北京大学物理系,清华老物理系宣告终结。
叶企孙搬离了他居住多年的清华北院七号公寓,一段中国理科教育传奇也就此告一段落。
本文参考资料:邢军纪 著《最后的大师——叶企孙和他的时代》,虞昊黄延复 著《中国科技的基石——叶企孙和科学大师们》,葛能全 著 《钱三强》,祁淑英著 《钱伟长传》