高能實驗物理學家張文裕:回憶導師盧瑟福生命中的最後兩年

2020-12-06 澎湃新聞
編者按:本文是張文裕先生1987 年紀念他的導師盧瑟福逝世50 周年的回憶文字。張文裕口述,丁林愷記錄整理。張文裕(1910-1992)是中國宇宙線研究和高能實驗物理的開創人之一,學術上最突出的成就是發現μ介原子,開創了奇特原子物理的深入研究。他重視實驗科學,重視實驗基地的建設,為中國高能物理的發展、北京正負電子對撞機的建成奠定了堅實基礎。

近代物理學大師﹑原子核物理學奠基者之一﹑著名英國科學家盧瑟福(E. Rutherford)辭世已經50 年了。當他在世的最後兩年,我有幸作為他的學生,親聆他的教誨。他的治學作風﹑待人接物﹑音容笑貌,至今猶歷歷在目,難以忘懷。

E. Rutherford

一、嚴師出高徒

我 1934 年考上第3 屆英國庚款公費赴英留學。1935 年夏天到了倫敦。我本來想去倫敦學院大學,繼續我在燕京大學開始的磁學研究。後經友人相勸,抱著試一下的心理,提出到劍橋大學卡文迪什實驗室攻讀核物理博士學位的申請,不料得到了批准。該實驗室主任就是著名物理學家盧瑟福。記得他第一次接見我時,身穿爵位袍,端坐在一個臺子上面,身前一張桌子,就像他的畫像那樣。氣氛很正式,很嚴肅認真,但是態度很友好。他問我做過什麼工作,又問我在核物理方面準備做什麼,帶了什麼題目來。卡文迪什實驗室有研究生自帶題目的傳統。我如實回答:沒有搞過核物理,也沒有帶題目。他就安排我參加聽課。他的課﹑湯姆孫(J.Thompson)的課都要聽,還要聽幾門基礎課,例如狄拉克(P.Dirac)的量子力學和瓊斯(L.Jones)的物理化學。還有兩本書,是當時盧瑟福規定每個研究生都要念的。一本是海特勒(W. Heitler)寫的《輻射的量子論》,一本是莫特(N. Mott)和馬塞(H. Masell)合寫的《原子碰撞理論》。這兩本書對我的幫助很大,真正是結合物理問題來寫的,不像有的書儘是符號。據說這兩本書正是在盧瑟福鼓勵下寫出來的。

當時我們是一面工作一面學習。盧瑟福分配我到埃裡斯(C. Ellis)的研究組,用天然放射性α粒子作核結構研究。後一段時間,我又轉到考克饒夫(J. Cockroft)的研究組,研究高壓倍加器產生的放射性同位素的衰變機制以及核反應。

除了聽課和看重要的參考書,盧瑟福還要求我們經常看雜誌。我們每周有兩次機會與導師見面。一見面,他就問我們有什麼想法。他很希望學生有見解,有想法。如果你有想法,哪怕是跟他辯論,他都歡迎。如果你什麼想法也沒有,他就不滿意。

卡文迪什實驗室的全部研究生約有十幾人,盧瑟福是總的導師。他確實花了很多心血來培養年輕人,也帶出了一些出色的物理學家。他一生最喜歡的也是他最得意的學生是卡皮查(B. Kapitza)。卡皮查當時在卡文迪什搞低溫很有成就,並首次用脈衝大電流產生了強磁場。卡皮查也十分尊重盧瑟福,在他的實驗室門口,畫了一個鱷魚,象徵盧瑟福有很強的毅力。卡皮查原籍蘇聯,盧瑟福支持他回蘇訪問﹑探親,後蘇聯不準他再回到英國。盧瑟福為了支持他繼續研究,將他在卡文迪什的設備複製一套,派專人送去。

尼爾斯·玻爾(N.Bohr)也可以算是盧瑟福的學生,但說他們是同事﹑朋友更合適。他們早年就在曼徹斯特共事,後來在卡文迪什也經常來往。盧瑟福很喜歡玻爾,也很尊重他。每次玻爾來作學術報告時,盧瑟福必定到場,並以求教的口吻提出問題和討論問題。他們有二十多年的深交。

二、重視實驗的治學思想

作為卡文迪什實驗室的主任,盧瑟福的治學思想﹑治學態度自然反映在這個實驗室的作風和工作上。應該說,他繼承了他的三位前任——麥克斯韋( J.Maxwell )、瑞利(T.Rayleigh) 和湯姆孫(J.Thomson)的傳統,或者說繼承了英國物理學界好的傳統,並加以發揚光大,把卡文迪什實驗室辦成了一個在世界上很有影響的近代物理研究中心。

說到英國物理學界好的傳統,要追溯到17 世紀著名的英國哲學家培根(F. Bacon)。他與牛頓是同時代的人,第一個倡導要用實驗的方法來研究物理學。馬克思對培根很尊重,作過很高的評價。毛澤東的《實踐論》裡也有一句名言:「你要知道梨子的滋味,你就得變革梨子,親口吃一吃」。這道理是很明顯的。物理學是研究物,只有通過實驗來變革物,看它有什麼反應,才可能了解物。在理論與實驗的關係這個問題上,西方物理學界以英國為代表,形成一種看法,認為改理論來遷就實驗是天經地義﹑理所當然的;而反過來,改實驗來遷就理論是天誅地滅、絕不允許的。要否定一個實驗,只有通過新的實驗來否定。物理學家們經常討論的問題,是物理現象後面的機理(mechanism)。就像一個東西封在一個盒子裡面,外邊有幾根繩子,拉拉這幾根看看有什麼反應,拉拉另外幾根又看有什麼反應。這就好比做實驗。通過實驗探求物理機理,需要洞察力。當時英國有一種說法:好的物理學家可以了解三英寸以外的機理,不行的四分之一英寸也看不見。

這些思想和傳統,就體現在對實驗的重視和嚴格要求上。盧瑟福教學生做實驗,要求非常小心,要求用各種辦法,從不同的角度做,強調正確的實驗結果一定要能夠重複。

我們知道,許多著名的理論物理學家,都是十分重視實驗的。像玻恩(M.Born)這樣的理論大師,年輕時也做過實驗,他知道實驗的艱難,在晚年還寫過回憶他做實驗的文章。

盧瑟福在卡文迪什實驗室不單繼承和發揚了好的學風,他不單是一個好的物理學家﹑好的導師,也是一個好的領導人。實驗室的研究方向﹑領域,以及每年的研究題目,都是他和幾位副主任討論決定的,也經常與研究生商量討論,民主風氣很濃。在他的帶動下,這個研究集體不爭名奪利,大家都能做到互相幫助,互助互讓。

三、大科學家的人情味

在日常相處中,盧瑟福是極富生活情趣的,有時還情不自禁地流露出「孩子氣」(英文叫childish)來。他的夫人是農村人,為人非常淳樸﹑善良。聽說他們認識十幾年了,盧瑟福一心研究物理學,並未顧及婚事。經家庭多次催促,才結了婚。夫妻感情十分篤厚。每個季度,總有一兩次,我們被請到他家做客。這時一般不大談物理,盧瑟福和夫人以極大的興趣向我們外國學生了解各國的風俗習慣。師生關係十分融洽。

記得我第一次去他家做客,稱他夫人為「Lady Rutherford」,盧瑟福大為驚異。因為英國的稱呼非常複雜,按爵位大小有不同的叫法,他問我怎麼能正確稱呼。原來盧瑟福是有貢獻的學者,被授予了爵位,我們在出國前就學過有關的規矩的。

有一次在導師家做客,大家玩遊戲,點一根火柴圍桌賽跑。一位女同學身著長裙,跑動不便。盧瑟福打趣地說:「你加勁跑,我幫你提著裙子。」夫人則責備他:「你像什麼話!」逗得大家哄堂大笑。

一次盧瑟福作學術報告,講著講著,找不到後邊的講稿了。他很著急,到處翻不著。最後發現放在幻燈機的後面了。於是發了脾氣:「我歲數大了眼睛不好,你們年輕人也看不見?離你們還那麼近!」這也反映他的「孩子氣」,雖然是大科學家,也挺富於人情味的。

四、離別盧瑟福

我在卡文迪什實驗室工作了兩年,到1937 年日寇大肆入侵我國,南京失陷,敵人燒殺姦淫,無惡不作,英國報紙登得很詳細。在劍橋的中國同學天天看報議論,完全沒有心思學習和作研究了。大家熱血沸騰,都想回國抗日。但按照庚款董事會的規定,必須完成學業,取得學位,才同意回國。於是我向劍橋研究院提出提前考試的要求。

盧瑟福得知以後,很不以為然。大約在1937年6 月初的一天,他到實驗室來看我,說:「聽說你要回中國,不要這樣。我想中國應忍著,等以後強大再說。硬打犧牲太大。至於你,還是留在這裡繼續作研究好。這是我最關心的事。你經濟上若有困難,我可以想辦法。」我當即回答:「經濟上一點困難也沒有。」至於他其他的話,我沒吭聲,但心裡反感,不願意聽。作為一位英國的科學家,他對這個問題的認識上有他的局限性,這也是不足為奇的。不久,他去倫敦做手術,不幸逝世。沒想到我們的這次談話,竟成了最後的訣別!

盧瑟福的逝世是科學界的巨大損失。噩耗傳來,卡文迪什完全籠罩在悲痛的氣氛中。我們都到倫敦參加了他的葬禮。從葬禮的隆重可以感受到他的貢獻﹑他的為人和他的影響。

幾十年以來,盧瑟福和其他老一輩開拓者的業績,一直激勵著後繼者在探索自然的道路上不斷前進。今天,核物理﹑粒子物理的研究有了很大的發展,無論是實驗的條件﹑規模和研究的水平,都絕非50 年前初創時期可以比擬的。但是,開拓者們的作風和精神,卻是需要繼續發揚的。我寫下上面這些回憶,既是表示對導師盧瑟福的懷念,也是想進一步倡導這種好的作風和精神。

(原標題:回憶盧瑟福)

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