百年清华

王淦昌:清华园里的高材生

2009-05-27 |

1925年夏,王淦昌报考了清华大学。考完试,与一年前考交大的成绩相比,自觉不如,认为没有希望了,心灰意冷地回到家里,盘算着今后怎么办?还没有想出一个满意的出路时,接到了清华大学的录取通知,完全出乎意料之外,王淦昌高兴得手足无措,把通知书翻来覆去地看了好几遍。全家人也为这一喜讯而奔走相告。大哥更是为小弟弟没有辜负他的一番心血,将成为一个大学生而喜形于色。妻子吴月琴心中却十分矛盾,忐忑不安,自她来到王家,丈夫只有寒暑假才回家,如今她又有孕在身,多么希望能长久和丈夫生活在一起,不要分离。清华大学的录取通知书使她的希望变成泡影。丈夫又要走了,而且走得更远。最使她担心的是丈夫将来大学毕业了,还瞧得起乡下的妻子吗?想到这些,她心里十分难过,自己躲在房里落泪。但她是个坚强的女人,自尊心使她没有向丈夫诉说自己内心深处的苦涩,表面上看去她和大家一样高兴,积极地张罗着,为丈夫准备北上的行装。

王淦昌1928年在清华大学校园

1958年王淦昌在苏联杜布纳联合原子核研究所与所长布洛欣采夫(中)在一起

一九八八年王淦昌参观中国科学院正负电子对撞机装置

1992年王淦昌回到阔别50年的故乡常熟,受到家乡人民的热烈欢迎。

1925年初秋,王淦昌按录取通知上的要求,来到清华大学。踏入清华校园,首先映入眼帘的是那桐先生写的“清华园”三个刚劲浑厚的大字,心中不由自主地萌发了一种自豪感。放下行装,漫步清华园,那如茵的草坪,葱翠的树木,娇艳的鲜花,围绕在建筑物的四周,犹如一个大花园。尤其使他神往的是那壮丽的体育馆,幽静的图书馆,宏伟的大礼堂,庄重的科学馆。他一个乡间青年能够进入环境如此优美的高等学府,是做梦都没有想到的。正如他回忆自己进到清华大学的感觉时常常说的那样:“我从常熟的家乡来到上海浦东中学读书时,觉得好像进了天堂;进了清华大学,觉得走到了另一个更美丽的天堂;所以‘清华学堂’在我心目中其实是‘清华天堂’。”

1925年暑假起,曹云祥校长开始执行原校长周贻春的建议,停止招收留美学生,收取正式大学生。王淦昌正好有幸考取了这一期,成为清华大学新学制第一届大学生。这一步,决定了他一生的道路,也是他跨进科学领域决定性的一步。

早期的清华大学成立了文、理、法三个学院,17个系。王淦昌考取了理学院。这个时期的清华,从校长到各系教师,大多是美国留学生,有的教师就是美国人。教学思想、教学方法和课程设置基本上都模仿美国著名大学,加上有比较稳定和充裕的经费(庚子赔款),所以从图书馆的书籍、实验室的设备到学生的伙食都优于其他大学。

学校提倡学术自由,启发学生好学精神,鼓励学生自动治学,从不强迫学生“读死书”。上课时大部分教授不点名,宿舍中亦无点名制度,周末离校不必请假。除必修课之外,学生们可以根据各人的爱好参加各种不同的课外活动。体育在马约翰先生主持下,却是带有强制性的,他决不让清华学子被外人讥笑为东亚病夫。校方规定:除课间体育外,每天下午四到五时为全校运动时间,这时,学生宿舍、图书馆、实验室、教室一律锁门,学生通通要到户外操场或体育馆参加体育运动。这样“强制”的结果,学生们的体质普遍增强,个个朝气蓬勃,精于学业。王淦昌戴着深度的近视眼镜,加上个子瘦小,因此他不参加球类运动,他喜欢跑步、铅球、标枪等田径运动,他的体育成绩不算拔尖,而且几乎都是在“强制”时间内进行的。但经过几年的锻炼,养成了爱好体育运动的习惯,体力也有所增强。

在这自由而又严格的学府中,淘汰率也是很高的,一般都在50%60%左右。

入学之初,王淦昌认识的第一个同学是陶葆楷,他是留美预备班的学生,1923年进校,比王淦昌大一岁,他们很快成为好朋友。陶葆楷像对待自己的弟弟一样处处关心照顾王淦昌。他常对王淦昌说:“我们将来都要离开学校的,无论做什么工作,除了有丰富的学识之外,还要有好的口才和表达能力,才能把你的思想、你的知识传播给别人,产生影响,发挥作用。”他鼓励王淦昌学讲演。教他如何做笔记,如何写稿子,如何讲演。在陶葆楷的帮助下,原来沉默寡言的王淦昌开始活泼起来,在语言和文字表达上进步很大。在后来的教学工作中,学生们喜欢听他的课,说他讲课生动、形象,有条有理,有很强的感染力。王淦昌认为这与在大学时代陶葆楷对他的帮助有关。

王淦昌在第一年普通课的学习中,最使他入迷的是化学课。清华大学的化学实验室是校内条件最好、设备最全的一个。他在浦东中学读书时,主要精力放在数学上,虽然学校也有化学实验室,但他未加注意,只求完成操作便罢。在清华大学的化学实验室里,他对一切都有极大的兴趣,甚至石蕊试纸的颜色变化都曾使他大为惊异。他把化学元素周期表背得烂熟。尽可能地多做关于元素和化合物性质的种种实验,常常做着做着就忘了时间,有人提醒或赶他离开实验室时,他才会感觉到肚子饿了,赶快到食堂或“合作社”找点什么充饥。由于这一阶段他满腔热情并全神贯注于化学实验中,对他后来的科学活动起了很大的作用,在许多阶段的科学发现中,都离不开他那深厚的化学功底。

清华大学物理系主任叶企孙教授是著名的物理学家,他在1921年测定的普郎克常数在国际上一直沿用了16年之久。他担任物理系主任后,仍然讲授普通物理课。有一次他在课堂上给学生们做一项物理演示,即把豌豆放在一个很小的带有管子的漏斗上,漏斗是这样做成的:用一支约10厘米的麦秆把一头破成数片,然后做成一个漏斗,从麦秆管子那头吹气,豌豆飘在漏斗中间,掉不下去,也没有被吹的气冲走。做完演示,请同学们解释这是什么现象?开始没有人回答,沉默了一会儿,王淦昌站起来回答说:“这是关于流体的一个原理,叫做贝努利原理。”叶教授听了非常高兴,说他理解问题清晰准确。从此叶企孙老师对王淦昌格外重视,常在课后找他谈一些物理问题,关心他的生活和学习,并告诉他在学习上遇到困难和问题时,随时都可以去找他。前面说过的王淦昌在入学的头一学期对化学的兴趣十分浓厚,原想学化学的,可是在叶企孙老师的影响下,觉得实验物理更有意思,就这样,在进入专业阶段时,他选择了物理。这一决定性的选择,使他在半个多世纪以来始终在物理的海洋中遨游,成为我国核物理学和粒子物理学的主要奠基人之一。

1926318日,学生会召集同学们开会,学生会主席讲演,大意说,312日日本军侵入我内河,遭到我驻守大沽口国民军的阻击,于是日本联合英、美等国,借口所谓“大沽口事件”,向中国政府发出最后通牒……这是多么无理!我们祖国的神圣领土,决不允许外国人随意践踏,我们坚决维护领土完整……他的讲演激起了全体同学的爱国热情,个个义愤填膺,决定参加各大学联合举行的反对八国最后通牒的集会游行。王淦昌是低年级的学生,他并不认识学生会主席,但也被他那富含鼓动性的讲演所折服,毫不犹豫地决定参加这次游行集会。他的同学汪梧封怕影响学习,王淦昌动员他说:“爱国人人有份,国难当头,匹夫有责,影响一点学习不要紧,可以补回来。”硬拉着他也参加了。

游行队伍沿途发传单,高呼口号,很是壮观。当游行队伍到达铁狮子胡同段祺瑞的国务院前广场时,只见门前和四周围站着许多全副武装的军警,枪口正对着游行队伍,顿时气氛紧张了起来。这时听见有的同学喊:“同学们,他们要开枪了,注意躲开。”也听见有的同学喊:“不要怕,他们不敢向我们开枪……”话音刚落,枪声真的响了,王淦昌以为这是朝天开的,可是随着枪声,在他旁边的一位同学倒下了,血溅了出来,抬头一看,女师大和其他学校的同学也倒下了。他正要俯首去拉那位倒下的同学,可是乱了的人群把他拥向一边,他被夹在人流里,忽然被挤到墙角,灵机一动,即从墙角翻上墙顶,纵身跳下,随即在墙外胡同里无目的地乱跑。一边跑,一边还惦记着那位倒下的同学不知是否被人救起,一边找被他拉来参加游行的汪梧封,没找着,心想莫非他也给打死了。想到这儿,心中又急又恨,他想不通竟会出这种事情,段祺瑞政府不爱国,不维护国家尊严,还帮外国人镇压爱国学生,真是岂有此理。在气愤和懊恼交加的心情中,不知不觉到了西直门。那里已经聚集了许多从各路跑回来的同学,在人群中,他突然发现了汪梧封,汪也看见了他,激动得相互拥抱起来,庆幸没有被白白地打死。而他们的同班同学韦杰三却在这次惨案中受重伤后牺牲了。在这次事件中被打死的共47人,伤150余人,这就是历史上的“三·一八”惨案。

这天晚上,王淦昌到系主任叶企孙教授家,谈到白天他所目睹的惨案。叶老师听后,万分气愤,激动地说:“如果我们的国家像大唐帝国那般强盛,这个世界上有谁敢欺侮我们?”“只有科学才能拯救我们的民族。”王淦昌在谈到叶教授对他说的这番话时,十分认真严肃地说:“我深深感到老师的话绝对正确,从那时起,就下决心走科学救国的道路。几十年来,无论在什么样的情况下,我始终为实现‘祖国需要更加强大’这个愿望而不懈地努力奋斗。”

19288月,吴有训教授应聘从南京中央大学转到清华大学物理系任教。这时王淦昌已是四年级的学生了。一年多的师生情谊对王淦昌的影响极深。

吴有训是江西高安县人,18974月生,1920年毕业于南京高等师范学校,1921年到美国芝加哥大学跟康普顿(A. H. Compton)教授从事物理研究。1923年他和康普顿一起进行X射线散射谱的研究,康普顿曾以康普顿X射线散射效应获1927年诺贝尔物理学奖,但在他发表初期,受到著名X射线专家杜安(D. Duane)等人的坚决反对,吴先生以实验证明康普顿效应的普遍性,并以有力的实验事实证明杜安的观点是错误的,因此国内有人称这个效应为“康普顿-吴效应”。他在教学中准备充分,选材精练扼要,科学性和逻辑性强,说理深入清楚。他要求学生做预习,对易懂的地方讲课时一带而过,对不易懂的地方则绘声绘色地反复讲解,把枯燥抽象的概念、公式既生动又形象地表述出来。他善于抓住学生容易忽略的问题在课堂上提问。他常对学生说:“学物理首先要概念清楚。”虽然他的江西口音浓重,可是学生们说:“听吴老师讲课,除了增长知识外,还觉得是一种享受。”他讲课内容新颖,绝大部分是近代重要的物理实验和结果以及这些结果的意义。如密立根(R. A. Millikan)的油滴实验,汤姆逊(J. J. Thomson)的抛物线离子谱,汤森德(J. S. E. Townsend)的气体放电研究,卢瑟福(E. Rutherford)的α粒子散射实验等等。他讲的并不多,而要求学生通过自学或个人推导去掌握近代物理的理论基础,通过自己动手实验去体会实验技巧与精确性,从而加深对理论的理解。至今王淦昌仍清楚地记得,在吴老师开始授课大约一个月后,举行了一次小考,出了一道题:“假定光是由称为‘光子’的微粒组成,那么当一个光子入射到一个静止的电子而被散射到另一个方向时,它们的能量应如何变化?”那时学生们虽是第一次听到“光子”这个词,但根据老师的教导,大部分学生推导出正确的答案。吴老师很满意,在下一堂课时,他告诉大家,这个光子被电子散射的问题,就是康普顿效应。他在课堂上还经常介绍一些科学家的生平事迹,用他们献身科学的顽强品格来鼓舞年轻人努力学习。

更使王淦昌佩服的是吴老师经常身穿粗布工作服,时而用锯子、斧头加工木材,为X光装置作栏杆;时而用煤气、氧气火焰拔制石英丝,安装康普顿静电计。他以自己的行动来带动学生们努力锻炼动手的本领。他常对学生说:“实验物理的学习,要从使用螺丝刀开始。”后来他进一步开“实验技术”选修课,手把手地教学生们掌握烧玻璃的火候和吹玻璃的技术。他还要求物理系的学生,要选修工学院和化学系的课,如制图、车钳工工艺、电工学、化学热力学等。王淦昌在《吴有训》一文中写道:“吴有训教授还十分重视用实验演示来帮助学生理解讲课的内容。有一次吴老师作公开的课外讲演,讲的是:‘振动与共振’。他在大课堂横拉一根很长的绳子,在等距离的位置垂下8根同样长的短线,每根短线上系着一个用过的大号干电池。他讲了一段时间后,就作表演。首先在垂直绳子方向推动第一节干电池,于是第一节电池开始作单摆运动;不一会儿摆动逐渐减弱,同时第二节开始自动地摆动起来;以后第三节、第四节……也逐渐地先后摆动起来。这些用最普通的试验器材作的形象表演,非常生动地显示了简谐运动和共振现象。在刚学力学时,简谐运动与共振现象都是比较难懂的概念,但经吴有训教授讲解与表演后,就比较易懂了。”

吴有训教授在教学过程中特别注意到了王淦昌这个个子不高,做起实验来井井有序、有板有眼、心灵手巧的学生,尤其对他在实验中的认真观察、一丝不苟地做记录、不放过任何一点细节的精神,很为欣赏,于是他用自己的方式——通过实验工作接受近代物理学——来培养王淦昌。

1929年夏,王淦昌在清华大学毕业了。吴有训教授邀他留校,担任他的研究、教学助手。

使王淦昌终生难忘的是吴老师指导他完成一项实验工作。这个实验的题目是:“测量清华园周围氡气的强度及每天的变化”。这项实验是有全球测量意义的。德国物理学家埃尔斯特(J. Elster)和盖特耳(H. F. Geitel)在19021904年间发现了大气中的放射性气体,之后,人们在大气放射性与气象学条件的相互关系方面做了大量研究,而且就这种关系形成了一个概念:需要在世界上尽可能多的地方从事这方面的实验。这在中国却还没有人做过,吴老师就让王淦昌来做。为了选择简便的实验方法,吴有训带领他一起查阅外文杂志,建立实验装置,其中最困难的是要有一台现成的、不必花钱的高压电源(约一两万伏)。最后采纳了一位实验员阎裕昌的建议,把一台闲置不用的静电发生器改造为高压电源。他们修旧利废,不到一个月时间,一切安排就绪,可以进行实验了。

他们采用了类似戴奥德哈(D. B. Deodhar)曾采用的测量方法进行工作。每天上午九时前将长6米、直径0.5毫米的裸铜线水平地架到实验室外5米高的空中,用蜡杆使它绝缘,用静电机使导线具有负3000伏的电势。由于静电机一般给出更高的电势(达105伏的数量级),所以在蜡杆上绕纸并联一个可变的漏电电阻,使导线保持在所要求的电势。裸铜线架在空中,使含放射性物质的带电粒子沉积在铜线上。到上午十一时,便收下铜线,仔细地把它绕在一个线框上。在静电机停止工作两分钟后,把线框放入金箔验电器的绝缘箱内,通过显微镜读出金箔的放电率。在实验过程中,记录下该天上午的大气压、风速与风向、云的性质与分布、气温。无论天气多么恶劣,实验每天准时进行。

192911月到19304月,王淦昌收集到了完整的数据和大气放射性的平均值与最高值的按月变化,写出了论文,文中指出,厚密的雨云和积云比其他密度较小的云有更大的屏蔽放射性的效应,这显示即使不是全部至少也是部分放射性物质来自上空,当它们趋向地面时受到了云层的屏蔽。他综合分析实验所得数据,得出五点结论:

1.北平的大气放射性比欧洲所观测到的大,比印度观测到的小。2.放射性随大气压的升降而升降。3.云层总是降低大气放射性,厚密的雨云和积云则更甚。4.东风减少了大气放射性,其他风向的风则增加大气放射性。5.云层对大气放射性的影响普遍地大大超过大气压的影响。

王淦昌花了半年多时间,认真细致地完成了这项实验,不但锻炼和培养了他动手做实验的技术和耐力,也提高了对实验结果作综合分析的能力。这些是实验物理学家必须具备的素质。吴有训教授对王淦昌进行的这项实验结果非常满意,亲自把它译成英文,发表在清华大学论文集第一期上。吴先生并把论文题改为《大气中的放射性和北平气候》。发表时王淦昌正在柏林大学当研究生,当他在一次偶然的机会中看到他的毕业论文被译成英文发表时,十分惊讶,万分感激吴老师对他的关怀和爱护。

吴有训教授的教学思想和教学方法,对王淦昌的影响极深。王淦昌在回忆清华读书和工作的情景时说:“……相隔已半个多世纪,可是它在我脑海中始终历历在目。……在我后来所从事的教学和科研实验中,一直忘不了老师对我的教导,同学对我的帮助。我也力求用同样的方式、思想、态度和方法来对待我的学生、我的工作和我的同事。”

1930年,王淦昌考取了江苏省官费留学研究生,被分配去德国柏林大学。

(摘选自李瑞芝等著《核物理学家王淦昌》)

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