二十世纪上半叶我国物理学成就概述

二十世纪上半叶我国物理学成就概述

我国二十世纪上半叶的物理学研究,绝大部分是在国外进行和完成的。

这种状况的形成,不仅是因为国内缺乏和平稳定的政治社会环境,缺乏必要的研究经费,而且也是由于国内缺少实验研究所必需的仪器设备,缺少理论研究所必需的资料信息。我国国内的物理学研究,从二十年代后期才逐渐开展起来。

然而,无论在国外抑或在国内,我国物理学工作者奋发努力,在纯粹物理学和应用物理学的各个领域,都取得了相当的成就。其中,许多成为我国物理学某领域或某分支学科的开创性或奠基性的工作,有些还在国际物理学界产生过较大影响。

下面仅列举若干人物与事项,以简要说明之。

二十年代初,叶企孙用X射线法精确测定的普朗克常数值,曾一度为国际物理学界所采用,他也是我国最早开始近代磁学研究的物理学家;饶毓泰研究原子和分子光谱得到重要成果;严济慈在光谱学等方面做了许多研究;吴有训从实验上全面验证了康普顿效应,并开创了我国国内的X射线研究;王守竞把新诞生的量子力学成功地应用于原子分子的研究,其成果受到国际物理学界的重视;施汝为在我国国内最早开始近代磁学的研究;萨本栋在研究交流电机和电路理论方面颇有建树;赵忠尧在1930年最早观察到正负电子对的产生和湮没;张文裕发现μ介子和多种放射性同位素;吴大猷在原子和分子物理以及光谱学等领域的研究成绩卓著;谢玉铭三十年代关于氢原子光谱的研究,事实上发现了在四十年代后期才得到肯定的“兰姆移位”;王竹溪在热力学和统计物理学方面有出色的成就;王淦昌在四十年代初就提出了探测中微子的建议;周培源深入研究广义相对论引力论和宇宙论以及流体力学湍流理论;钱三强和何泽慧关于核裂变的研究,尤其发现了铀的三分裂和四分裂现象,为国际物理学界所公认;陆学善、余瑞璜、钱临照等分别在应用X射线多晶粉末法研究晶体结构和合金相图、X射线晶体分析Fourier新综合法研究、金属晶体的范性形变和晶体缺陷研究等方面作出了出色成绩;葛庭燧在金属物理方面有许多为国际公认的首创性研究;汪德昭、马大猷分别在超声和声纳的研究、房间声学简正波理论研究方面有独创性的成果;王大珩研制光学玻璃和光学仪器贡献很大;钱伟长创立了以三维弹性理论和张量分析法研究弹性板壳的统一的内禀理论;钱学森、郭永怀等在高超声速流,亚声速和超声速混合流动问题研究方面作出了杰出贡献,为空气动力学的发展奠定了重要的理论基础;彭桓武在理论物理研究方面贡献卓著;黄昆在固体物理学领域,特别是晶格动力学方面进行了开拓性工作,等等。

大体上说,我国物理学工作者在抗战之前,较多从事实验研究,尤其是在光谱学方面;抗战期间,则大部分从事理论研究,其次是应用光学研究;抗战之后,也较多从事原子核物理学研究。总之,物理学研究比较偏重于理论研究。

2.专业研究机构的情况。

我国专业性质的物理学研究机构在二十年代后期逐渐建立,其中最重要的有国立中央研究院物理研究所、国立北平研究院物理学研究所和镭学研究所。

1928年6月,国家最高学术研究机关——国立中央研究院正式宣告成立。在此之前,3月在上海成立了国立中央研究院理化实业研究所,该所下设物理、化学和工程三个组。7月,三个组独立为三个研究所,国立中央研究院物理研究所遂告成立,由丁燮林任所长。研究所先后建立起南京紫金山地磁台,物性、X射线、光谱、无线电、标准检验、磁学等实验室,以及金木工场。研究所除开展各项研究外,还制造理化仪器,供全国中学和大学及研究机关之用。仅中学仪器一项,至少制成两千六七百套,为促进我国物理科学的发展作出了贡献。1937年抗日战争爆发,物理所内迁,始迁昆明,继迁桂林,再迁至重庆北碚。抗战胜利后,物理所于1946年复迁至上海。同年丁燮林辞职,由中央研究院总干事萨本栋兼任所长。1946年冬议迁南京九华山麓,并将地磁部分并归中央研究院气象研究所。1947年秋,吴有训受聘任所长。同年冬,在南京建成实验大楼,图书仪器遂次第运宁,至1948年3月全部迁竣。新建的实验大楼有图书室、原子核学实验室、金属学实验室、无线电实验室、光谱学实验室、恒温室、以及金工场等。与此同时,二十年间,物理所的研究队伍也有很大发展。1928年仅有专任研究员4人,助理员4人;1948年已有专任研究员7人,兼任研究员2人,专任副研究员3人,助理研究员2人,助理员5人。

1929年9月,我国另一综合性的科学研究机构——国立北平研究院成立。该院初期设理化等各部,理化部长由副院长李书华兼任。同年11月物理学研究所成立,属理化部,李书华兼主任。1930年,严济慈被聘为物理学所主任。1932年,北平研究院与中法大学合作创办镭学研究所,亦属理化部,又聘严济慈兼镭学所主任。1935年,该院取消理化等各部,直接设研究所,并改主任为所长。严济慈为物理学研究所所长,并兼镭学研究所所长。同年,镭学所迁往上海。抗日战争爆发后,物理学所内迁昆明。抗战胜利后,物理学所迁回北平。1948年,镭学所改组,分为结晶学研究室(上海)和原子学研究所(北平),前者由陆学善主持,后者由钱三强任所长。物理学研究所设有研究室、实验室、图书室、金工场、光学工场等机构。研究工作主要有光谱学、水晶构造、压电现象、照相片之感光性、地球物理等几个方面。抗战期间,该所主要进行应用光学和应用地球物理方面的工作。为适应战时需要,曾制造最高放大倍数为1400倍的显微镜500余架,供教学、医疗和工业所需;磨制测量仪器(如经纬仪、水准仪等)的光学玻璃部件300余套,供道路和水利测量所需;制造水晶片振荡器1000余具,供后方无线电台及盟军无线电收发报机用;另外,还在云南及贵州进行物理探矿10余处。镭学研究所设有放射学、X光、光谱学等研究室及化学实验室,主要进行放射性元素研究和X光研究。抗战期间,该所力图利用固有设备从事理论与实用问题之探讨,研究范围属于放射学、结晶学和光学方面;另外曾制紫外光灯十数具,以应军令部及当地医院之需求。1934年,物理学研究所与镭学研究所共有专任研究员2人,兼任研究员3人,助理员9人。1948年,物理学研究所有专任研究员7人,镭学研究所有专任研究员4人。

继中央研究院和北平研究院建立研究所之后,1932年5月,军政部兵工署理化研究所成立,其中物理部分设金属、弹道、光学、材料、电学共五个试验室。研究问题包括:特种合金钢的物理性质及其金属组织,钢的热处理与其物理性质及金属组织的关系,各种棱镜的制造,军用通信设备,光感器,无线电遥控器,等等。此外,在昆明和贵阳的兵工署所属工厂,由龚祖同主持设计研制多种军用光学仪器,供抗日前线将士使用。

3.大学研究机构的情况。

二十年代末,国家批准有条件的大学设立研究部,在教学的同时开展科学研究。清华大学于1929年成立理学院,第二年该校物理系开始招收研究生。此后,物理系着重发展研究部。在短期内建立起了X射线、无线电、光学、磁学等研究室。用于研究的设备和仪器有:X射线设备、γ射线设备、大型电磁铁、石英摄谱仪、示波器、无线电发射与接收设备等。除清华大学外,陆续设立物理学研究部的大学还有燕京大学、北京大学、中山大学、浙江大学等等。

抗日战争期间,由清华大学、北京大学和南开大学组成的西南联合大学仍设有研究院,继续开展科研工作。1939年,清华大学成立了无线电、金属、航空、农业和国情普查等五个特种研究所,进行了一些直接为政府军事需要服务的科学研究。叶企孙任特种研究所委员会主任委员。吴有训为金属研究所所长,任之恭为无线电研究所所长,庄前鼎为航空研究所所长,这三个研究所的工作都与物理学关系密切。

4.研究刊物及论文情况。

我国最早的物理学论文很可能就是李复几的博士学位论文《关于P.Lenard的碱金属光谱理论的分光镜实验研究》(1907)。至二十年代末期,我国学者在国外刊物上发表的论文全部都是他们在国外进行研究的工作成果。大约1930年左右,我国学者在国内进行研究的工作成果开始见诸于国外刊物。吴有训的论文《单原子气体所散射之X射线》,就是他在清华大学进行的工作,于1930年发表在英国的《自然》(Nature)周刊上,这是中国物理学家将其在国内的研究成果发表在国外刊物上的最早的论文之一。

据统计,二十世纪上半叶,我国物理学工作者在国内外发表的研究论文和科学报告总数将近1000篇。它们几乎全部都以外文(英文、法文、德文)发表。大量论文散见于欧洲各国和美国的各种学报或学术刊物,一部分发表在《中国物理学报》上,还有一些刊载于《国立中央研究院物理研究所集刊》、《(国立北平研究院)物理学研究所丛刊》(以上《集刊》和《丛刊》于抗战爆发即停刊)、《国立清华大学理科报告(甲种)》(该报告至1950年共出版五卷28期),以及各大学的学报。

中国物理学会

1.成立经过及组织机构。

中国物理学会成立于1932年,是我国物理学工作者的全国性的学术团体。

二十世纪一二十年代,我国近代科学事业尚处于初创阶段。留学美国康奈尔大学的赵元任、周仁、胡明复、秉志、杨铨、任鸿隽等9人于1914年倡议发行《科学》月刊,1915年又正式成立了我国第一个综合性的学术团体——中国科学社。该社宗旨为“联络同志,研究学术,以共图中国科学之发达”。经过多年努力,该社发展为全国性的科学学会,对我国近代科学事业的发展作出很大贡献。中国科学社的活动之中,部分是物理学方面的,如邀请著名物理学家来华访问,在《科学》月刊上介绍物理学领域的新进展,等等。然而,到三十年代初,在我国的研究机构和高等学校中已有许多物理学工作者,建立一个物理学专业性学术团体的需要日渐迫切。

推动物理学专业性学术团体成立的一个直接原因是:国际联盟于1931年派出四位专家,到中国来考察科学教育文化事业。专家之中,有一位是法国著名物理学家朗之万(PaulLangevin,1872—1946)。朗之万来华后,受到中国物理学工作者的热烈欢迎。他则建议中国物理学工作者应联合起来,成立中国物理学会,并建议中国物理学会加入国际纯粹与应用物理学联合会,以谋求中国物理学的发展及国际交流。经朗之万的促进,中国物理学会的筹备组织迅速成立,由当时清华大学校长梅贻琦任筹备委员会委员长。1932年8月22日至24日,在北平清华大学召开了中国物理学会成立大会暨第一次年会

按照大会通过的学会章程,中国物理学会“以谋物理学之进步及其普及为学会宗旨”。学会领导机构为理事会,理事会推选四人分任会长、副会长、秘书及会计。李书华当选为首届会长。至1949年,中国物理学会的历届理事长(或会长)为叶企孙、吴有训、严济慈、周培源。

中国物理学会在1932年成立时,设立有学报委员会和物理教学委员会。

1933年又设立了物理学名词审查委员会。抗日战争胜利后增设应用物理学汇刊委员会。这几个组织中除最后一个没有很好开展工作外,其他三个委员会,尤其学报委员会和名词审查委员会,都做了大量工作。

2.历届年会情况。

中国物理学会的学术活动,主要是通过举行年会以及各专门组织进行工作而得以开展的。自1932至1949年,中国物理学会共召开了次年会。1932年8月召开的成立大会暨第一次年会,到会七八十人。北京地区19名会员参加,提交论文10篇。1933年3月会员发展到88人。同年8月,第二次年会在上海交通大学举行,收到论文33篇。1934年8月,第三次年会在南京中央大学举行,到会50人,提交论文40篇。1935年9月,第四次年会在青岛山东大学举行,到会30余人,提交论文42篇。至此次年会,会员人数197人。1936年8月,第五次年会与中国科学社等七个科学团体联合举行,在北京清华大学和燕京大学召开,共收到论文48篇。此时,会员已达200余人。这次年会盛况空前,是抗战前我国科学工作者的一次大集会。抗日战争开始后,学校和学术机构仓促内迁,各方面条件异常困难,然而中国物理学会的活动并未中止。1939至1944年间共召开年会6次。1939年9月第七次年会在昆明云南大学举行,到会50余人,收到论文26篇。1940年9月第八次年会,与中国科学社等联合在昆明云南大学举行。

由于战时交通极为不便,自1942年开始,年会分散在各处举行。1942年第十次年会、1943年第十一次年会、1944年第十二次年会都是在不同时间、不同地点——昆明区、重庆区、四川区(成都)、西北区(城固)、贵州区(湄潭)、桂林区六个区分别举行的。1942年正值牛顿诞生300周年,我国物理学工作者还分别在重庆、贵阳、昆明以及福建的长汀和永安等地举行纪念大会,陕甘宁边区的延安自然科学研究会也于1943年1月举行了纪念会。

在抗战期间,1938年举行的第六次年会和1941年举行的第九次年会,以及抗战胜利后,1946年举行的第十三次年会,其情况待查。

1947年10月第十四次年会,在上海中央研究院(京沪杭区)和北平协和大礼堂(此为与化学、动物、植物等六个学会联合年会)分别举行。1948年10月第十五次年会,分别在北平、南京、广州、武汉举行,均为与其他多个科学团体的联合年会。据统计,至1948年5月底,中国物理学会会员人数为541人。1949年11月,第十六次年会(上海区)在上海中央研究院礼堂举行,参加者200余人。此时,全国会员共有600余人。

3.出版《中国物理学报》。

为促进国内外的学术交流,中国物理学会主办的《中国物理学报》于1933年创刊。学报以外文(英、法、德三种文字)发表论文,附以中文提要。到1937年5月,出版了三卷共6期。抗日战争爆发后,曾停刊两年多。1939至1945年在异常困难的情况下共出版了5期。其中有些用粗糙的土纸印刷,纸质虽然低劣,论文却依旧保持该刊物要求的水准。在抗战艰苦环境中,无论是论文作者还是学报编者,都作了极大的努力。以外文发表研究论文的《中国物理学报》至1950年底出版了七卷共18期。

当然,中国物理学家在《中国物理学报》上发表的论文,仅仅是他们研究工作的很小一部分,大部分成果则见诸于欧美的学术刊物。

4.审定物理学名词。

辛亥革命后,教育部于1918年设科学名词审查会。1920年该审查会议决增加物理组,由中国科学社主稿,编成《物理学名词(第一次审查本)》。后来教育部将此“审查本”加以订正,成为《物理学名词(教育部增订本)》,于1931年分发国内物理学家讨论,征求意见。“审查本”和“增订本”未颁行实施。当对,中华教育文化基金董事会设有编译委员会,萨本栋受其委托编译整理物理学名词。他根据“审查本”和“增订本”等编成《物理学名词汇》,于1932年印行。同年夏,国立编译馆在南京成立,也着手审定统一名词。

在中国物理学会1932年的成立大会上,教育部和编译馆曾派人员列席,并提请组织名词审查委员会,专门负责厘订物理学名词事宜。但这次会议未能论及此事。1933年4月,教育部在南京召开“天文数学物理讨论会”,统一名词问题是这次讨论会的一项重要议程。根据该讨论会议决的意见,中国物理学会受国立编译馆的委托,对各方历年编译的草案,详加整理,逐字复查。编译馆则根据议决意见,对所编初稿重加增修,并提交1933年8月在上海召开的中国物理学会第二届年会审查。在这次年会上,推举出吴有训、周昌寿、何育杰、裘维裕、王守竞、严济慈、杨肇燫等7人为物理学名词审查委员会委员,杨肇燫为主任委员。这年夏天,名词委员会在中央研究院物理研究所内开展工作,将各种稿本和各方意见,通体整理。最后,该委员会将审定结果交国立编译馆,略加整理后呈报教育部,1934年1月由教育部核准公布,是为《物理学名词》。至此,自二十年代初开始,虽经十余年间的多次修订但未能最终完成的物理学名词的审定工作终于告一段落。

抗日战争期间,杨肇燫、周昌寿、陆学善等物理学家也进行了审订物理学名词的许多工作。

三十年代,中国物理学会还就度量衡和大小数的命名法提出建议,1935年,《东方杂志》曾出专号刊载有关讨论。中国物理学会的建议为当时国内科学界所采纳。

5.学会的国际活动。

中国物理学会成立伊始,即与国外物理学家建立了联系。自1932年成立大会后不久,至1948年止,先后被选为名誉会员的外国物理学家有:朗之万、法布里(C.Fabry)、拉曼(C.V.Ra-man)、密立根(R.A.Millikan)、康普顿(K.pton)、康普顿(A.pton)、布莱克特(P.M.S.Blackett)、布拉格(W.L.Bragg)、狄拉克(P.A.M.Dirac)、卡巴纳斯(J.Ca-bannes)、约里奥-居里(F.Joliot-Curie)。

1934年,中国物理学会加入国际纯粹与应用物理学联合会,并于同年秋派王守竞前往伦敦出席该联合会大会。

中国物理学会的成立和学术活动的展开,促成了1934年朗缪尔(I.Langmuir),1935年狄拉克,1937年玻尔(N.Bohr)的相继来华访问。他们分别在北平、上海等地进行学术交流,加强了中国物理学界和国际物理学界的联系。

第二次世界大战结束前夕,美国在日本广岛和长崎上空投掷了原子弹。

这一举动引起了全世界爱好和平与正义的人们的强烈不满。中国物理学会于1946年1月15日在昆明发表了关于原子能问题意见书,要求联合国设立原子能委员会,以保证监督原子能的和平利用,而不是用于制造毁灭性武器;组织视察团,调查各国有关原子能应用的真相;设立联合国原子能实验室,共同研究重要问题,并与各国研究机构联系。意见书反映了我国物理学工作者热爱和平,反对战争,尤其反对核战争的正义呼声。

总之,二十世纪上半叶,经过几代物理学工作者数十年的艰苦创业和不懈努力,物理学教育与研究在我国取得了相当的成绩,具备了一定的规模,并为二十世纪下半叶的蓬勃发展奠定了坚实基础。

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