物理學在清華

2020-12-15 清華大學新聞網

物理學在清華

●新聞中心記者 周襄楠

  1905年,愛因斯坦先後發表了5篇具有劃時代意義的論文,為相對論、量子論等物理學領域奠定了基礎。

  談起物理學在這百年當中得到的飛速發展,清華大學理學院院長、中國科協主席、著名物理學家周光召曾說:「首先是因為物理學是先進生產力的開拓者。」

  回顧上個世紀,物理學成為現代科學技術的帶頭學科。核能的發現從根本上改變了世界面貌,人造衛星、太空探索極大地擴充人類的認知和活動範圍,量子力學導致半導體、集成電路、雷射、磁性、超導等方面的發現奠定了信息革命的科學基礎。由物理學研究衍生的新技術和新產品層出不窮,深刻地改變了人們的生產方式和生活方式。它還為生物、醫療、地學、農業提供了強大的探測手段和研究方法,促進了化學、天文、材料、能源、信息、軍事科技等學科的發展。

  在這100年間,中國雖處於動蕩之中,但是物理學的發展同樣也對社會和經濟產生了的深刻影響。作為中國近代物理學發展的重要園地之一,清華物理學科的發展與我國的建設和發展息息相關,從這裡走出的清華人,有的成為在國際上具有重大影響的物理學家,有的則成為我國許多相關領域的開拓者。


輝煌歷史 英才輩出

  清華物理系成立於1926年,我國著名教育家、我國近代物理學奠基人之一葉企孫先生是物理系的創始人,他招聘了一大批物理界的知名學者任教,如吳有訓、薩本棟、周培源、趙忠堯、任之恭、霍秉權等教授。在他和吳有訓的領導下,1930年代初,清華物理系就成為國內最好的物理系之一。

  在上個世紀三十年代,清華物理系培養的學生英才輩出。從1929到1938年,清華物理系共畢業本科生71人,其中後來成為中國科學院院士有21人,美國院士2人,成才率之高,實為歷史上罕見。

  這裡面,有核物理學家王淦昌、錢三強、何澤慧、李正武,理論物理學家彭桓武、王竹溪、胡寧、張宗燧,力學專家林家翹、錢偉長,光學專家王大珩、龔祖同,固體物理學家葛庭燧,氣象學家趙九章,地球物理學家傅承義、翁文波、秦馨菱,電子學家陳芳允、馮秉銓、戴振鐸,波譜學家王天眷,冶金學家王遵明,物理海洋學家赫崇本等,也有為冀中抗日建立重大功勳的熊大縝烈士,馬列主義理論家胡喬木、于光遠。

  提清華物理系,就不能不提「兩彈一星元勳」:在1999年受國家表彰的23位「兩彈一星元勳」中,畢業於清華物理系的本科生就有9位。其中,畢業於30年代的有王淦昌、錢三強、彭桓武、王大珩、趙九章、陳芳允,四五十年代畢業於清華物理系或西南聯大物理系的有鄧稼先、朱光亞、周光召,還有一位郭永懷先生,也曾經在西南聯大物理系讀研。

  在學術上,西南聯大物理系也培養出諾貝爾物理獎獲得者楊振寧、李政道,國家最高科學技術獎獲得者黃昆這樣的一代大師。

  中國物理學會也與清華物理系有著不解的淵源。1932年8月,中國物理學會第一次年會暨成立大會在清華大學科學館舉行。葉企孫、吳有訓、薩本棟等均為領導機構成員。

  在30年代初,嚴濟慈先生於1935年在「東方雜誌」上發表了一篇文章評論中國化學、數學、物理等學科領域的發展情況,其中寫道,從1930年至1933年4年內國內物理化學領域重要論文共有16篇,清華物理係為9篇。

  「我自己曾經統計過,在1945年以前,中國的物理學家在國內做的工作中,在《Nature》(自然)、《Science》(科學)上發表的論文一共有13篇,全部都跟清華物理系有關係——其中9篇第一完成單位署名為清華大學物理系或清華大學金屬研究所,其他4篇也全部由王淦昌、施士元、陸學善這些清華物理系的畢業生完成。」清華大學現任物理系主任、凝聚態物理學家、中國科學院院士朱邦芬教授講了一個例子,從一個側面反映出當時清華物理學的繁盛。


重整河山 嶄露頭角

  歷史的發展是曲折的,清華物理系的光輝歷史由於在1952年全國範圍內的院系調整而中斷了,清華物理系師生一起全部併到北大。現在的清華物理系是在1982年復建之後發展起來的。

  雖然在復建之前清華沒有物理系,但是跟物理有關的有物理教研組和工程物理系。

  1952年,6名講師助教和14名留校的1952年暑期畢業生,組成清華大學物理教研組,承擔起全校各個工科系本科生的普通物理及實驗教學。1956年以後,清華根據國家需要建立了工程物理系,其中核物理、理論物理、固體物理和材料物理等專業都是與物理學相關的。

  1982年在任之恭等大批著名的海內外校友的呼籲下,鄧小平同志親自批准,在清華恢復了物理系。

  「復系後,清華物理系的師生一直抱著重現輝煌的強烈願望,齊心協力、刻苦攻關,使得清華物理系在國內的物理學界的地位逐步地上升。原來清華物理系在工科類院校中算是好的,現在清華物理系在全國高校的物理系中已經是名列前茅了。」朱邦芬說。

  現在的清華物理系,在幾個方面已經顯現出了雄厚的實力:

  從人才擁有量來講,清華物理系的院士是全國高校物理系中人數最多的,現在有8位院士,如果再加上楊振寧先生——他是中國科學院的外籍院士和美國科學院院士,總數就是9位。此外在物理系裡也有一大批的國家傑出青年科學基金獲得者、長江學者,有一批非常優秀的年輕人作為系裡教學和科研的骨幹。復系以來,物理系將「派出去」和「請進來」相結合,在師資隊伍建設上做出了持續不懈的努力。1997年,在楊振寧教授的提議下,清華大學成立了高等研究中心,目的旨在加強清華大學在基礎科學方面的研究,中心引進了一批活躍在物理學前沿的著名物理學者。從成立伊始到2001年,高等研究中心掛靠在物理系,2002年,中心獨立成為實體,但在學術上仍與物理系交叉很多。另一方面,物理系大批中青年骨幹教師出國訪問、進修和攻讀學位,大大提高了業務水平。顧秉林、範守善、朱嘉麟、陳皓明、曹必松等固體物理研究班培養的一批青年教師是其中的佼佼者。剛剛復系的時候,清華物理從幾乎沒有什麼重要的研究成果,幾乎是從零開始。2002年的時候,清華大學被SCI收錄的物理學科論文,以374篇名列全國各高校和科研機構第一。物理系在凝聚態物理、原子分子物理、粒子物理與高能物理、核物理、天體物理等多個領域獲得眾多研究成果。例如,朱嘉麟、顧秉林等人關於低維量子結構的理論研究獲得2000年國家自然科學二等獎,近幾年範守善教授的納米材料與結構的控制合成、表徵和應用研究正朝國際先進水平奮進,他們利用碳納米管生長一維氮化鎵納米線的研究論文, 1997年發表在《SCIENCE》雜誌上,已被引用500多次,榮獲我國2003年度單篇論文被引用次數第一名。在研究極端尺度下的基本物理問題方面,物理系既有實力很強、長期堅持物理學基本問題研究、並積極參與國際合作的「高能物理與核物理研究所」,又新成立了人員精幹、水平國內領先的從事高能天體物理和理論天體物理研究的「天體物理研究中心」。以前相對薄弱的實驗物理也正在迅速提高中。

  這些年來,清華物理系狠抓教學,要求每位教師都既要教課也要科研,多位中國科學院院士直接給本科生上課,楊振寧先生還身體力行為大一本科上講課,在全國引起了很好的反響。物理系是全國唯一擁有「國家理科基礎科學研究與教學人才培養基地(物理)」和「國家工科物理課程教學基地」的單位,教育部物理學教學指導委員會主任和教育部非物理類物理教學指導委員會主任都在清華物理系。現在,物理系在工科大學物理教學上,繼續保持全國先進;在理科物理教學上,也已擁有了一批名師,比如莊鵬飛老師在量子力學課程上的教學,在國內得到了廣泛的認可。


瞄準一流 面向未來

  「清華物理系的教師理念和標準都比較高,大家都認為我們現在的目標不該局限於國內,而是瞄準國際上最好大學的物理系趕超。」朱邦芬言語間非常自信,「儘管還有不少困難,但是我覺得我們的未來會做得更好。」

  談起未來,朱邦芬首先談到的是物理系的學生:「我們的學生正在得到世界一流大學的認可。」

  物理系學生的來源越來越優秀,而且同學們學習、研究也非常刻苦,無論是他們本科畢業後留在系裡讀研還是出國深造,他們都做得非常好,在國內外物理學領域為清華物理系贏得了很好的聲譽。

  比如,清華物理系培養的第一位理學博士歐陽鍾燦,1984年底畢業並獲學位,現為中科院理論物理所所長,1997年當選為中科院數理學部院士。

  又比如基科8班的翟薈同學,2002年本科畢業之後,只花了兩年半的時間就拿到了博士學位,而且博士論文做得很優秀。又如祁曉亮同學、天體物理方面的「三劍客」——胡劍等研究生同學,他們的研究工作很出色,得到國內外很多物理學大師的好評。

  清華物理系的同學如果聯繫出國留學,許多人拿到世界最好大學的獎學金,而且一些大學還給了清華物理多個名額,如今年史丹福大學就給了清華物理系同學7個全額獎學金資助、加州伯克利大學給了4個全獎,哈佛也給了2個。

  「學生是我們的未來。儘管復系以後,物理系一些畢業生,學術上已經嶄露頭角,如歐陽鍾燦、高海燕、戴宏傑、劉鋒、向濤等等,但是還遠遠不夠。如果我們培養的一批優秀的學生,再過一二十年能夠成為世界級的大師,那個時候,我們可以認為清華物理系跨上了一個新的臺階。」朱邦芬高興地說。

  物理系現在實行的「教授治學」的管理方式貫徹了物理系「以人為本」的治系思想:系裡所有與教學和科研有關的重要的事情都由教授和副教授組成的各個委員會進行討論,其中特別重要的還要經過全系的教授大會或教師大會討論通過。這樣的管理和運作模式帶給物理系的是高效率的教學、科研。


  「從物理學的發展來講,關鍵還是看人才。今年是世界物理年,我覺得此次由中國科協主辦、中國物理學會等承辦的世界物理年學術報告會在清華召開是一個很好的機會。一方面能夠吸引更多年輕人喜歡物理,耐得住寂寞去研究物理,另一方面也是物理領域培養的人向其他領域擴展的大好機會。我希望在不久的將來,清華物理系可以重現上個世紀三十年代培養的很多學生都成為我國某個領域的大師和奠基人的盛況,到那個時候,清華物理系會對國家、對人類的做出更大的貢獻。」朱邦芬說。

(編輯 文清)

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