100年前那场震动学界的量子革命中,唯一的中国少年

作者: 科幻戴一

来源: 果壳

发布日期: 2015-12-26

本文讲述了王守竞在二十世纪二十年代量子力学发展的黄金时代,作为中国最早的理论物理博士,他在美国进行了开创性的量子物理研究,并在回国后致力于物理教育和实业救国,最终在机械制造领域取得了显著成就。

二十世纪二十年代可谓量子力学发展的黄金时代。1926年海森堡和玻尔以“量子力学”为题宣告了新量子理论的诞生。那时,爱因斯坦、薛定谔与以玻尔、海森堡为代表的哥本哈根学派正就波函数的本质展开着激烈争论。同时,一些理论物理学家开始运用量子力学处理分子与原子层面的具体问题。

这时,古老的中国刚从睡梦中醒来,用朦胧的双眼打量着世界。面对沉痛的现实,有识之士纷纷寻找救国良方。他们留日留法留德留美,从师夷长技到学贯中西。但在那个量子力学的黄金年代,出国学习物理的只有寥寥数人。

1924年,一位来自江苏的少年打破了数十年的记录。那时的清华预科毕业生,到国外学习一般从大二读起。但这位少年直接就读康奈尔大学物理研究所攻读硕士。

更神奇的是他在不到一年时间拿到康奈尔的硕士学位之后,去哈佛大学拿了一个文学硕士(也是一年),然后又跑去了哥伦比亚大学物理系攻读博士。他的成长伴随着美国量子物理研究的萌芽与崛起,他的博士论文成为美国最早的五篇(一说七篇)量子物理论文之一,而且也只有他的论文上没有导师的签名——因为没有人能够指导他。他就是中国最早的理论物理博士——王守竞。

王守竞出生于1904年12月24日。

他的父亲王季同是有名的天才,知识基本都是自学。所以王季同对子女经常有些狂语,什么在学校学习纯属浪费时间,你们有不明白的问老爹我就够了,学校没啥大不了的。王守竞就在这样的环境中长大,严格但不死板。1926年,已经拿到两个硕士学位的王守竞来到了哥伦比亚大学。在这里,王守竞和几个志同道合的年轻人组成了理论物理兴趣小组。

这些年轻人后来成了美国理论物理的顶尖人物:刚博士后出站的讲师拉尔夫·克朗尼格(Ralph Kronig,美国理论物理学家),同在哥大物理系做博士论文的拉比(I. I. Rabi,因发明核磁共振法获1944年诺贝尔物理学奖),杰拉尔德·查卡洛斯(Geraid Zachairs,美国国防政策专家)。

当时正值薛定谔的波动力学提出不久,他们经常就此展开讨论。1927年拉比、克朗尼格都因故离开,但这短暂一年双方都获益良多,拉比后来回忆说:“我到了欧洲后发现,我们的自学小组帮了我大忙。我对物理的了解比那些与我同一个档次的德国人要多得多,不过比汉斯·贝特(Hans Bethe,1967年诺贝尔物理学奖获得者)这种特别优秀的人还差一点。”

王守竞的博士论文是在海森堡多分子系统铁磁性的基础上研究氢分子。1928年之前美国没有人做量子力学,那一年突然冒出来五篇(一说七篇),王守竞那篇还没有导师。他的论文也是哥大第一篇理论物理论文。美国著名理论物理学家坎布尔、斯莱特以及著名化学家鲍林(L.C.Pauling,两届诺贝尔奖得主)等人的专著中都对王守竞的这项工作作了介绍。

博士毕业之后王守竞受美国国家研究委员会 ( The National Researeh of Council, NRC)资助开始做博士后研究,每年大概只有5%的博士能享受此待遇,王守竞更是当时唯一接受此资助的中国人。在博士论文氢分子的转动谱的基础上,他提出了多原子分子非对称转动谱能级公式——“王氏公式”。

美国学者把王守竞的这一成就当做美国物理崛起浪潮中的一个标志,这是头一次有中国科学家走在了理论物理的前沿。

1929年王守竞与费令宜一起回国。1931年完婚后,王守竞决定接受北京大学的邀请出任物理系主任。在教学上,王守竞也沿袭了颜任光的做法:鼓励实验,还邀请清华教授到北大兼职,开始对北大物理系进行改革。

1936年3月,资委会决定尽量利用外资和外国技术,兼顾军事与经济,用3年时间建设起一系列配套的工厂:从炼矿到发电,从炼油到钢铁,甚至到飞机和大炮。在咨委会的王守竞任机器制造厂(即中央机器厂)筹备委员会主任,负责机器制造,特别是航空发动机。1939年中央机器厂正式成立,王守竞任总经理。在工厂,王守竞亲自选拔人才——不仅选技工,还选大学生。

他喜欢用外语问他们问题,对方擅长英语他就用英语,对方擅长用德语他就用德语,以致工人都喊他王博士从不喊官职。

1951年,王守竞与顾维钧依依惜别,转入美国国防部与麻省理工合办的林肯实验室(MIT/Lincoin Lab.)从事太空和军事系统的研发。之后的一切都成了迷。我们只知道1968年叶企孙身陷囹圄还不忘推荐王守竞,只知道周培源热烈欢迎王守竞回国,要给他办一场大大的物理年会。也知道他1969年退休,和他父亲晚年修佛、叔叔晚年研习昆曲一样,他晚年只练苏轼的字,直到1984年6月19日去世。

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