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核科学群英谱(14):国士 于敏 精选

已有 5711 次阅读 2022-7-22 20:51 |系统分类:科普集锦


    20世纪中国本土核科学领域像许多其它科学领域一样在总体上落后于欧美日等发达国家,至今也没有出现具有长期的、全球影响力的原创标志性重大成果。这些主要有历史的原因:中国在19世纪末到二十世纪前期屡遭外侮而导致民生凋敝;核科学发展初期(二十世纪二十年代到四十年代),中国历经军阀混战、解放战争,因而在中国土地上难以持续稳定地支撑这方面的研究工作。解放后因为各种原因核科学方面的国际交流不多,错过了这个领域的黄金岁月,因此可以说中国核科学是在很低的起点上开始艰难地发展起来的。

    核科学领域包括核物理和核技术应用,其中在核技术应用中的一个方面是两弹。在没有两弹的时代,中国曾多次受到超级大国的核讹诈;因此为了国家安全和民族独立,发展两弹一星是中华人民共和国在建国后特殊而又重要的任务。中国的物理学家们则勇敢地承担了发展两弹的历史责任并圆满地完成了使命;在成百上千核科学队伍中,涌现出了朱光亚、周光召、程开甲、王淦昌、邓稼先、钱三强、彭桓武、于敏、黄祖洽等这样的领军人物,其中程开甲、于敏分别获得2013、2014年国家最高奖。这些学者在那个特殊岁月艰苦创业,为中国两弹事业做出重大贡献。现在中国人们在自己的国土上平安自由地生活,而不用再担心像十九世纪末和二十世纪初那样出现洋人到处横行霸道的事情,这与手中握有威力强大的两弹是分不开的。本文作者向为两弹一星事业做出重大贡献的所有前辈们致以最高敬意!限于本文作者学识以及篇幅限制,在核科学群英谱系列只介绍于敏先生,所有资料取自于公开发表的文章或书籍。现在国内已有许多图书或文章介绍纪念这些共和国勋章获得者们的丰功伟绩,因此在这方面本文至多只算一道微不足道的“快餐”。

    于敏先生(1926.08.16-2019.01.16、共和国勋章获得者) 出生于河北省宁河县(现属天津宁河区)芦台镇。于敏先生的祖父名于绍舟、祖母于张氏(过去中国北方妇女随夫姓,而名中仅加原父姓);育二男三女,其中大女和二女因病早亡,长子于振宵、次子于振远都读书至中学水平,其中长子于振宵到天津财政局工作、次子于振远从戎(国民党校级军官)。于敏先生的母亲于王氏,育有二男二女,于敏先生上面一个姐姐(原名于帼秀,曾就读于北京师范大学,参加地下党组织,1946年改名于愫);于敏先生的弟妹二人均不幸夭折。

   1938年于敏全家从芦台搬迁到天津。少年的于敏耳闻目睹日寇“三光”政策,他有亲戚参加抗日游击队被杀害,他本人在天津险被日寇汽车撞死,这些培养了他的家国情怀。于敏喜欢安静地读书,从小学到中学他都是班上最拔尖的学生;于敏先生在高二时,有一位老师(刘行宜)太爱才以至于劝说并帮助他转到了著名的耀华中学,而他在那里也确实得到了更好的培养。遗憾的是,那时于敏先生父亲的健康和家境每况愈下,中学毕业时家里付不起大学学费;这时他得到了同学父亲的帮助,申请了启新洋灰公司的资助,1944年进了北京大学工学院(同时自学理课课程);1946年政府开始发放助学金,免收学费,于敏先生谢绝了启新洋灰公司资助,转学物理。

   在北京大学期间于敏教授的爱好就是读书学习,绰号“老夫子”,成绩名列前茅,1949年大学毕业后,考取了张宗燧先生的研究生;不小心患了伤寒,在传染病医院误诊,最后在北大师生帮助下通过手术和休养康复;遗憾的是,他出院后张宗燧先生病倒了,于是胡宁先生继续指导他的学业;为了在经济上帮助于敏先生,胡宁先生与彭桓武先生、钱三强先生商量,把于敏先生调入刚成立不久的近代物理所(现在的原子能科学研究院),分到理论物理组[彭桓武(组长),组员为胡宁、朱洪元、邓稼先、黄祖洽、金星南、殷鹏程、于敏]。这个阶段于敏系统地阅读学习了当时刚刚建立起来的壳模型理论[见核科学群英谱(7):核结构标准模型的建立者:迈耶和简森---- https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1344559.html] 及费米[见核科学群英谱(7):原子能之父 恩里科-费米--- https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1343805.html]的专著《原子核物理》, 迅速掌握了国际核物理发展现状和焦点问题,彭桓武对此十分赞誉并把原子核理论研究方面任务交给于敏和邓稼先二人,不久邓稼先有其它任务兼职, 这方面任务主要由于敏承担。于敏在1955年被授予全国青年社会主义建设积极分子称号,1956年晋升为副研究员;1957年日本科学家代表团访问中国,于敏的才华给他们印象很深,被对方称为国产土专家一号。

在五十年代,于敏带领青年学者在壳模型理论方面发表多篇论文,包括《关于重原子核的壳模型理论》、《关于原子核独立粒子结构的力学基础》等。在六十年代初,于敏先生带领张宗烨、余友文等开始了建立在原子核壳模型基础上的配对理论研究,他们发表了系列文章[其中三篇文献来自于张宗烨教授(2016年8月份张老师与本文作者的系列邮件)。2016年8月在网上有一个张宗烨老师的一个视频, 里面讲了她在于敏指导下从事这方面的工作。本文作者看到后很诧异,于是通过师妹DLR 联系了张宗烨老师,她曾是张宗烨老师的博士生],目录如下:


1A Fermi System Giving the Equally-Spaced Spectrum. Yu You-wen, Zhang Zong-ye, Yu Min, ACTA PHYSICA SINICA  19(1963)483 // SCIENTIA SINICA XIII(1964)1919.

 

2On the Structure of the Coherent Energy States in Nuclei F-19 and Ne-20. Yu you-wen, Zhang Zong-ye, Yu Min, ACTA PHYSICA SINICA  21(1965)542.

 

3The Coherent Effect of Short Range Force in Nuclei. Zhang Zong-ye, Yu You-wen, Li Qing-run, Yu Min, KEXUE TONGBAO (1965)1.

 

本文作者当时为什么那时急迫地联系张宗烨老师呢?根据张宗烨老师的说法(也见上面的论文题目),在六十年代中期(实际工作比发表时间更早一些),张宗烨老师等人在于敏先生指导下开展了原子核配对理论的研究,他们在文章中称之为相干配对(coherent pairs,现在被称为集体配对collective pairs)。这确实是那时国际原子核结构理论的最前沿。本文作者从事原子核壳模型的配对理论研究多年,然而对于国内前辈的早期成果却很无知,实在遗憾、羞愧、汗颜;当时联系张宗烨老师的目的,是想学习和了解当时他们的主要成果以及物理考量、甚至现在是否依然有可以借鉴之处等。可惜张宗烨老师当时在电话中告诉我:时间太久,细节方面她已经忘记了。于是本文作者去查阅了他们的文章,粗略地阅读了这些论文;可惜被其它事情打扰,至今没有认真拜读领会这些论文的具体细节,不过希望这两年抽时间能把这个功课补上。

本文作者下面向各位读者解释说明于敏教授研究组这方面工作的重要意义(非常遗憾这些工作现在几乎被忽略了)。事实上早在建立壳模型之后,迈耶立即指出配对的重要性,但是并没有立即受到彼时核物理学家们的广泛重视,直到BCS 配对在金属导体超导现象中被认识后,一些核物理学理论家们才如梦方醒。后来国际著名核物理学家有马朗人先生[见核科学群英谱(13):东方灯塔有马朗人---https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1347797.html] 对本文作者说过:那时的核物理学家(包括他本人)自己弄丢了一个诺贝尔物理奖,实在是太不走运,其实在原子核内配对现象是非常自然的、也是很极端的,实验证据也很多。这是因为原子核内的核子之间的相互作用在原子核的尺度上以短程吸引为主,这时候自旋为零的配对状态能量比其它状态要低很多;相干性进一步加剧了配对能量向低端移动。因此偶偶核内的所有核子处于相干配对状态就会造成一个很大的能隙;研究低激发态结构时配对组态是最合适的方法,物理实质和物理图像都清楚,而且避开了壳模型理论“臭名昭著”的组态空间爆炸性增长的挑战。配对理论最初发展是在原子的电子组态中,这是拉卡 (Racah) 在1943年的杰作,而应用原子核内略显牵强,即使如此人们还是在这个基础上得到了很多非常漂亮的理论结果。在五十年代和六十年代单轨道的配对理论讨论比较多;多轨道的理论计算相对比较困难。而在六十年代中前期的中国,于敏领导的理论工作者们已经开始了多轨道“相干”配对的理论研究,显然是走在了国际最前沿。在国际上这方面最重要的成果是1972年以色列著名核物理学家塔尔米 (Igal Talmi,壳模型计算的先驱之一) 教授在 1971年的文章,他把配对理论推广到多轨道情况 [原文见Nuclear Physics A 172, 1(1972)],比于敏先生研究组的成果更加系统和成熟,但是在时间上比于敏先生研究组的工作晚了很多年。于敏先生作为一个从来没有出过国的土专家,在各种任务和压力之下领导研究小组得到如此成就,放到今天也是非常惊艳的。从这些可以看到,毫无疑问地,于敏先生是一个世界量级的大核物理学家!

于敏先生后来的事迹在很多地方都能够找到,他的事迹还被拍成了电视剧《功勋》之《无名英雄于敏》。不管怎样中国,在搞原子弹时,多少接触过苏联的技术而且方向相对明确;而氢弹方面材料和原理都没有可以借鉴的东西,完全是白手起家,研制条件又是筚路蓝缕,还要排除外部政治活动的干扰。而在实际上“从原子弹到氢弹,中国用了两年零八个月,而美国用了七年零三个月、苏联和英国用了四年零三个月、法国用了八年零六个月。”很多人把于敏先生称为“中国氢弹之父”。张劲夫[原中顾委常委、国务委员,曾任中国科学院党组书记、副院长,主持中科院日常工作,并组织科学院科学家参与两弹一星研制工作]曾著文回忆说:“研制氢弹工作主要是于敏他们做的,方案是于敏提的”。这些话即使听起来也是沉甸甸的,可以想象于敏先生及其团队成员当年克服了多少艰难险阻!

当然,于敏先生的工作不仅在基础理论(原子核壳模型、配对理论等)、氢弹研制,他一直勤奋为中国的科技事业呕心沥血地工作。他在1959年夏天与北京大学杨立铭在成都组织了一期原子核理论讲习班,后来把讲稿出版《原子核物理讲义》。署名为夏蓉(夏天在成都之意)。这是我国出版的第一部原子核理论专著,对于推动中国核科学事业起到了重要作用。他还在高当量比小型化第二代战略核武器、中子弹等方面居功至伟,以极少的核试验(45次、对比美苏的上千次)就使得我国核武器达到了世界先进水平,并大力推动国内惯性约束聚变的研究。

本文作者人生何幸,曾经邂逅遇到过于敏先生。那是在1994年末或1995年初,本文作者去导师陈金全老师家找导师请教,刚好碰到了于敏先生从陈金全老师家里出来。陈金全老师不是于敏教授的研究生,但是曾经跟随于敏先生工作过(根据本文作者在南京大学的老师王凡教授回忆:后来1963年陈金全老师想考于敏先生的研究生,可是因为组织不同意而没有如愿);当时于敏先生到南京参加基金委的一个会议,陈老师把于敏先生请到家里小坐。陈金全老师把本文作者介绍给于敏先生,于敏先生简单地问了一些个人情况,本文作者略有诚惶诚恐地做了回答。因为当时天气比较冷,于敏先生捂得比较严实,他的双手很温暖,本文作者至今记忆犹新。

于敏教授曾一次获得国家自然科学一等奖、三次获得国家科技进步奖特等奖, 并获得中华人民共和国国家勋章、国家最高科学技术奖、两弹一星功勋奖章、感动中国人物荣誉称号等殊荣。于敏先生风高范远,不仅是中国核物理学家的骄傲,而且是当代中国知识分子的楷模。

致谢:赵恩广老师为本文作者提供了部分素材,并在本文上传科学网博客之前阅读本文;没有赵恩广老师的帮助,短时间内完成本文是不可能的(赵恩广老师曾是于敏先生的研究生)。

 

 

 




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