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中国物理学研究的开山祖师:吴有训

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他是雄鸡一唱天下白的少年,28岁便做出七种物质的X射线散射曲线,证明康普顿效应的客观存在,蜚声中外;他是桃李三千圃,硕果满神州的老师,数十载教书育人,培养了钱三强、钱伟长、邓稼先、杨振宁、李政道等一大批科学界的栋梁之才;他是高山仰止的学者,用天赋和勤劳推动了中国近代科学的发展,被称为中国物理学研究的“开山祖师”;他是中国近代物理学奠基人,科学家,教育家,一个注定被永远铭记的人——吴有训。

吴有训,江西高安人,物理学家、教育家,中国近代物理学研究的开拓者和奠基人之一,他被称为中国物理学研究的“开山祖师”。吴有训的贡献主要体现在X射线、特别是对散线和吸收方面的研究,20世纪20年代在X射线散射研究中以系统、精湛的实验和精辟的理论分析为康普顿效应的确立和公认作出了重要贡献。回国后开创X射线散射光谱等方面的实验和理论研究,创造性地发展了多原子气体散射X射线的普遍理论。曾先后在多所高等学校任教,培养了几代科学人才,吴有训在清华大学建立起中国第一个近代物理研究实验室,开创了中国物理学研究的先河。

由于家境本不富裕,他十分珍惜自己的学习机会,始终保持着谦虚好学、奋发向上的劲头。

吴有训(1897—1977),物理学家、教育家,我国近代物理学奠基人之一。以系统、精湛的实验为康普顿效应的确立做出了重要贡献。曾先后在多所高等学校任教,培养了几代科学人才。是我国科学事业的杰出领导人和组织者,对我国科学事业特别是新学科的建立和发展起了积极的推动作用。

吴有训说,科学工作,在精细与有恒,来看这位清华物理化学的故事

1916年7月,吴有训报考南京高等师范学校,进入该校的理化部,三年级时,在美国哈佛大学获博士学位的胡刚复归国到南高任教。吴有训在他的引导下得以接触到X射线有关基础知识,逐渐培养起对X射线研究的浓厚兴趣。

吴有训,字正之,1897年4月26日出生于江西省高安县石溪吴村的商人家庭。自幼在私塾读书。1912年进高安县的瑞州中学,后随学校并入江西省南昌第二中学。1916年以优异的成绩毕业。同年考入南京高等师范学校理化部,受教于刚从美国哈佛大学归国的胡刚复。胡刚复曾从事X射线研究,熟悉国际上物理学发展动态。吴有训在胡刚复的指导下,对X射线有了基本了解,为后来的发展打下了良好基础。他重视实验,勤于动手,同时对学习锲而不舍,有顽强的钻研精神。1920年从南京高等师范学校毕业,回江西在南昌第二中学任教,后又到上海公学担任短期的物理教员。在胡刚复的指点下,他以优异成绩考取了江西官费留学,1922年1月赴美入芝加哥大学。

抗战时期,吴有训教授一直在西南联大任教。1940年,地质系学生胡伦积请他题写赠言,吴有训欣然写下:“科学工作,在精细与有恒。”40多年后,胡伦积回忆起当时的情景仍感慨万千:“这两句话在我学习地质科学中,是非常有指导意义的,这是老科学家自己学习实践的总结,也是老科学家对后辈科学工作者的诚恳希望。”从吴有训教授的治学与科研来看,这也是他一生身体力行的准则。

1920年毕业于南京高等师范学校后,吴有训在1921年参加了江西省赴美国官费留学生考试。

吴有训进入芝加哥大学的第二年,AH康普顿(Compton)由圣路易的华盛顿大学转到芝加哥大学执教。这时,康普顿刚刚发现以他的名字命名的康普顿效应。所谓康普顿效应,就是波长极短的电磁波(例如γ射线或X射线)经散射物散射后波长变长的现象。这一现象的发现,对波粒二象性的认识和量子理论的发展有重要意义。吴有训正好在康普顿作出这一重大发现之后接受康普顿的指导,参与了这项研究工作,成了康普顿得力的助手和主要合作者。吴有训在康普顿的指导下做博士论文,题目就叫“康普顿效应”。1925年通过答辩,获得芝加哥大学哲学博士学位。他以精湛的实验技术、严密细致的工作和精辟的理论分析确证康普顿效应的普遍性,发展并丰富了康普顿的工作,使这一发现更快地得到国际学术界的承认。

吴有训,于1897年出生在江西高安,1916年以优异成绩考入南京高等师范学校,后于1921年考取官费留美资格、赴美国芝加哥大学物理系学习,师从着名物理学家康普顿教授,并于1926年获得博士学位。在芝大学习期间,吴有训接受了验证康普顿效应的课题,夜以继日埋头于实验室里,进行艰苦的实验和严格的计算、分析、整理,终于获得了15种元素散射X线的光谱图。他的实验不管是在精细度还是在可靠性方面都无可挑剔,形成了对康普顿效应广泛适用性的强有力证明,引起科学界的关注。康普顿效应很快得到了学界的认可和接受,1927年康普顿教授获得了诺贝尔物理学奖。吴有训的工作也得到了物理学界的重视,他的名字随之而闻名中外。

吴有训留学美国的第三年,物理学家A.
H.康普顿正式成芝加哥大学教授。吴有训成为他的研究生,从事X射线问题的研究。

1926年吴有训回国后,先回到江西参与江西大学的筹备工作,后因政局动荡,建校难成,乃转而投奔恩师胡刚复。1927年8月受南京第四中山大学(后改名为中央大学)之聘任物理系副教授,兼系主任。翌年,清华大学理学院院长叶企孙得知吴有训回国,通过胡刚复邀请他到清华大学任物理学教授。以后数年,吴有训在清华大学充分施展了自己的才华。他一方面认真讲授近代物理学,一方面积极倡导、组织并参加近代物理学的科研工作,并创建了国内第一所近代物理实验室。10年内,他从理论上探讨X射线的气体散射,先后在国内外发表了10余篇论文。他的工作被严济慈誉为开了“我国物理学研究的先河”。

1928年,学成归国两年的吴有训被聘为清华大学物理系教授,并先后担任物理系主任、理学院院长,与清华结下了不解之缘。在清华执教期间,他注重为学生打好基础,强调“本系自最浅至最深之课程,均注重于解决问题及实验工作,力矫现实高调及虚空之弊”。作为世界闻名的科学家,吴有训教授在讲授《普通物理学》等基础课程时注重深入浅出,将最新研究成果引进课堂,激发学生们钻研探索的精神。他还特别注重实验科学,在清华创建了第一个物理实验室,是我国开展近代物理学实验研究的先驱。他不辞辛劳,诲人不倦,亲自指导学生查阅文献,制备实验装置,以严谨的作风培养出王淦昌、赵九章、余瑞璜、翁文波等许多优秀学生。

1923年5月,康普顿首次公布了他的有关X射线散射光谱的实验结果,但却遭到了科学界的异议,原因是著名实验物理学家、哈佛大学的W.duane教授在自己的实验室里没有能得到康普顿的研究结果,这一重大发现受到了怀疑。面对着这一质疑,吴有训在教授康普顿的指导下,陆续使用多达15种不同的样品材料进行X射线的散射实验,结果无一不与康普顿的理论相符合,从而形成了对此理论广泛适用性的强有力证明。而康普顿在自己的晚年也特意说到吴有训是他平生最得意的两个学生之一。

1934年,吴有训接叶企孙任清华大学物理系主任,1937年又接替叶企孙任清华大学理学院院长。他在这些领导工作中,始终把教学质量放在第一位,同时坚持教师不脱离科学研究。他广揽名师,延聘学高诣深的学者到校任教。对学生的学业严格要求,本着宁缺毋滥的原则选拔学生。他注意发扬民主,尊重每一位教职员工。在叶企孙和他的主持下,清华大学物理系成了闻名中外的培养物理学人才和科学研究的基地。

在科研工作中,吴有训坚持践行“精细与有恒”。他强调搞科学工作来不得半点马虎,一定要精益求精,并且要持之以恒、坚持到底。为了验证康普顿效应,他进行了上百次实验,整理了上百万字实验笔记。在公布实验结果后,哈佛大学一位教授提出异议,声称实验无法重复。吴有训对自己的实验充满信心,他核对了所有实验数据,确定无误后,亲自前往哈佛大学,当场演示了实验过程。他的动作熟练而果断,实验结果准确无误,博得了在场同行热烈的掌声,精细的实验完全消除了别人的疑虑。

1927年康普顿因发现康普顿效应而获得诺贝尔物理学奖。

1937年,清华大学迁往长沙,和北京大学、南开大学组成长沙临时大学(1938年由长沙迁往昆明改为西南联合大学),吴有训出任理学院院长,兼新成立的清华大学金属研究所所长。

在清华讲授第一堂物理实验课时,吴有训教授要求学生用一根两厘米长的短尺度量一段3米的距离,度量一定要准确。这是一个非常简单的实验,但要求必须精细,稍有疏忽,就会出错。他要让学生明白:在科学实验中要重视每一个细节,差之毫厘,失之千里。

1935年,吴有训被德国自然科学院推举为院士,是第一位被西方国家授予院士称号的中国人。

1945年,吴有训任中央大学校长。他从爱护青年出发,对国民党当局迫害青年进行了坚决的抵制。他厌恶官僚统治,1947年借出国参加国际会议之机,摆脱了中央大学校长职务。1948年,先后在美国哈佛大学和麻省理工学院等校进行短期访问,从事科研工作。

吴有训教授经常教导学生,科学研究的道路并非平坦,要取得成就,必须做到持之以恒。钱三强因为听了吴有训关于康普顿效应的演讲,决定一定要来清华跟随吴先生学习。1932年他如愿考入清华大学物理系,吴有训鼓励他:“你的愿望很好,只要脚踏实地努力,并持之以恒,一定能成功!”钱三强没有辜负老师的期望,为我国原子能事业的发展做出了重要贡献。而当年曾获得吴先生亲笔赠言的胡伦积,同样牢记老师的教诲,远赴东北,历任长春地质学院及东北大学教授,一干就是40多年,为我国地质事业的发展培养了大批人才。

吴有训先生1926年秋回国,先后在江西大学和国立中央大学任教,1928年秋起任清华大学教授,物理系主任、理学院院长。1945年10月任中央大学校长。1948年底任交通大学教授。1949年任校务委员会主任。1950年夏任中国科学院近代物理研究所所长,同年12月起任中国科学院副院长,1949年秋至1952年秋,任交通大学校长。截至逝世,先生诲人不倦,尽心竭力,培养出了一大批中国科学界的中流砥柱。

中华人民共和国建立后,吴有训出任华东军政委员会委员,兼教育部长,同时担任上海交通大学校务委员会主任。1950年,赴北京任中国科学院近代物理研究所所长。同年12月,中央人民政府任命吴有训为中国科学院副院长。1955年,当选为中国科学院数理化学部委员兼学部主任。

1929年,吴有训在清华大学建立我国第一个近代物理学实验室,进行国内X射线问题的研究,开创了中国物理研究的先河。讲授近代物理和普通物理学,注重实验课,并指导许多届学生的毕业论文工作。不辞辛劳,亲自指导查阅文献,制备实验装置;指导王淦昌完成了大气放射性与北平天气系的实验性毕业论文;指导陆学善完成了对多种多原子气体的X射线散射强度的详细的实验研究;指导钱三强研究晶体对X射线的散射等;以他渊博的学识、循循善诱的方式和丰富的教学经验,哺育了中国几代物理学家,成为中国现代物理学教育史上的一代名师。

1949年,吴有训作为无党派民主人士的代表出席第一届中国人民政治协商会议,以后又被选为第二届中国人民政治协商会议全国委员会委员,第三届中国人民政治协商会议常务委员,第一、二、三、四届全国人民代表大会代表,第二、三、四届全国人民代表大会常务委员会委员。

吴有训不仅是一位优秀的科学家、教育家,还是一位卓越的领导者,1950年后,吴有训分别任中国科学院近代物理研究所所长、中国科学院副院长等职务,开始了27年中国科学院领导岗位的生涯。他在科学事业领导工作中始终认真负责,虚心听取各方意见,择善而从,对中国科学院的建设以至我国科技事业的发展作出了卓越的贡献。

全面验证康普顿效应并发展了其理论

吴有训先生是中国科学事业的杰出领导人和组织者。他对调整和充实中国科学院的研究力量和布局倾注了心血;既注重基础理论的研究,也关心新兴技术科学的发展,强调科学研究应为国民经济和国防建设服务。在制订十二年科学发展远景规划时,他把握学科发展方向,倡议并参加拟订加速发展新技术的紧急措施,为我国半导体、自动化、电子学、电脑技术的起步,做了大量工作。多次代表国家对外签订各项科技协定,并率领中国科技代表团出国访问,促进了中国科学事业的发展。

吴有训对近代物理学的重要贡献,主要是全面地验证了康普顿效应。康普顿最初发表的论文只涉及一种散射物质(石墨),尽管已经获得明确的数据,但终究只限于某一特殊条件,难以令人信服。为了证明这一效应的普遍性,吴有训在康普顿的指导下,做了7种物质的X射线散射曲线,证明只要散射角相同,不同物质散射的效果都一样,变线和不变线的偏离与物质成分无关。他们在1924年联名发表题为:《经轻元素散射后的钼K。射线的波长》一文,论文刊登于《美国科学院通报》(ProcNatAcadSci)第10卷上。文中写道:“这些实验无可置疑地证明了散射量子理论所预言的光谱位移的真实性。”

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