浅谈如何发展中国的理论物理

　　篇一

浅谈如何发展中国的理论物理

　　今天在座的有许多著名的理论物理学家，特别是很多年轻的物理学家，我离开理论物理领域有相当长的时间了，按道理今天做这个报告并不是很合时宜。今天这个会是希望引起基金委领导对理论物理的重视，所以在理论物理所领导的一再要求之下，我勉为其难讲几点意见。

　　20世纪是物理学的世纪，这毫无疑问。而理论物理在20世纪的物理学中发挥了非常重要、可以说是极其光辉的作用。大家都是学理论物理的，这点并不需要花很多时间来说明。20世纪最重要的发现是相对论和量子力学，以及以后由相对论和量子力学结合发展出来的量子场论。这些理论对物理学、化学等所有领域都产生了深刻影响。原子核物理、基本粒子物理、激光物理、量子化学、分子物理等，都受到了20世纪这两个最伟大发现的影响。而理论物理学家，在发展从原子核、基本粒子到激光物理，所有这些领域中，都起着重要的作用。20世纪古典物理也在继续发展，特别是在一些特殊状态，像等离子体状态，还扩展到很多其他的领域，直到为国民经济服务的一些领域，都有物理学家的影子。理论物理学发展的很多思想和方法，如刚才郝柏林提到的标度律（scaling），很多领域现在都在加以应用。拿《“理论物理专款”十周年总结》这本书来说，里面提到了1990—2003年的诺贝尔物理学奖，一共14个奖中4个是理论物理学家获的奖，有德热纳（P.－G. de Gennes）、劳克林（R.B Laughlin）、霍夫特（Herardus’t Hooft）和韦尔特曼（Martinus Veltman），以及2003年获奖的阿布里科索夫（A.A.Abrikosov）、金茨堡（V.L.Ginzburg）和莱格特（A.J Leggett），他们都是理论物理学家。20世纪理论物理在发展物理学以及相关的学科方面起了非常重要的作用，所以这一学科应该在中国得到支持和发展。我讲的第一个问题，就是帮助我们的所长向基金委呼吁，继续重视理论物理。

　　发展理论物理的条件

　　理论物理发展需要什么条件，我想通过量子力学的发现来说明这个问题。量子力学发现过程中的环境、它的学术风气之好，是20世纪中最突出的一个例子。量子力学是第一次世界大战后主要在德国非常困难的条件下产生的。我最近才知道，在第一次世界大战以后相当

　　一段时间内，德国科学家在世界上是受到排挤的，所有国际会议，都不邀请德国科学家出席，只有爱因斯坦例外。爱因斯坦当时虽然在德国工作，但是他讨厌德国军国主义，很早就放弃了德国国籍，加入了瑞士国籍。同时爱因斯坦一开始就是反战的，虽然他当时呆在德国柏林。战后的国际会议，只邀请他一人参加，连普朗克这样的大物理学家都不邀请，因为法英科学家不愿意看到德国科学家。德国科学家当时在国际上处于相当孤立的位置，替他们打抱不平的只有爱因斯坦。有一次国际会议在荷兰召开，由于所有其他德国科学家都没有接到邀请，爱因斯坦接到邀请以后，拒绝参加。他说，科学是不能由政治来划分的，科学应该是没有国界的，不应该因为政治因素而影响科学家的交往，所以他拒绝出席。爱因斯坦虽然很讨厌德国的政治，但是他觉得在那种困难的条件下要保护德国科学家。同时作为战败国，德国物价一直暴涨，工作和生活条件都很差。

　　尽管工作条件不好，量子力学还是在格丁根、慕尼黑以及丹麦的哥本哈根这几个地方发展起来，最后在格丁根集大成。在其发展过程中，有几点特别值得注意。

　　第一是培养了一大批杰出、优秀的青年科学家。最值得称道的是慕尼黑大学的索末菲教授，他培养了海森伯和泡利这两个最优秀的理论物理学家，当时他们非常年轻，20岁左右。他采取的培养政策不是留在自己身边，海森伯研究生没有毕业，就被送到格丁根大学玻恩教授那儿，玻恩也是诺贝尔奖获得者，海森伯在格丁根呆了一年以后，又受到哥本哈根的玻尔教授的邀请，在哥本哈根呆了一年。1922—1924年，海森伯在做研究生的三年中，经历了三个学术空气不同的地方，受到不同的训练。海森伯自己认为，他在三个地方受到的训练对他的成长十分有用，他在索末菲那儿学会了要攻克难题。当时旧量子论中最困难的问题是，考虑相对论的原子光谱，这是索末菲解决的，在旧量子论中，索末菲的学术成就很高，理论物理技巧的水平恐怕也是最高的。到了格丁根，海森伯学了很多数学，格丁根当时是德国的数学中心，大数学家希尔伯特就在那里，玻恩的数学也非常好。在哥本哈根，海森伯跟玻尔学会了物理思维方法，玻尔是物理学家，物理思想很好。海森伯受到了多方面的训练，1925年从哥本哈根再回到格丁根以后，他做出了矩阵力学这个划时代的量子力学的结果，那时他才25岁左右。不久，在格丁根的薛定谔也发现了波动力学。当时还有一大批年轻的科学家，在法国有德布罗意，在英国有狄拉克，在意大利有费米，可以看到当时有一大批非常杰出的年轻科学家，在欧洲各国不同风格的老一代科学家培养训练下，得到了全面成长。

　　第二个条件，当时学术争论的空气非常激烈。激烈的争论主要是由爱因斯坦和玻尔引起的，因为他们具有完全不同的哲学观点。当时玻尔受到马赫思想的影响，只注重观察到的现象怎么来解释，只要能解释这些现象，他基本上就认为是一个好的理论，并不追问最后是不

　　是符合认识论的最基本观点。1924年，为了解释某个现象，他甚至提出能量不必守恒。爱因斯坦完全不同，他坚决相信在观察现象的后面存在一个真实的客观世界，这个世界是有必然规律的。爱因斯坦是一个伟大的天才，他在量子论上的贡献，其实非常之大，现在有人认为，他不太喜欢量子力学，而不很重视他对量子论的贡献。从历史看，这是不对的。爱因斯坦对量子论的贡献一直到1924年为止都是非常领先的。首先，他在1905年解释光电效应，把光既是粒子又是波动这个问题提了出来，以后爱因斯坦也一直在思考光为什么既是粒子又能是波动，他也非常接近于认为电子也应该既是波动又是粒子，因为他当时已经有了一个建议：所有物质的振动都应该量子化，成功地解释了固体的比热。所以他很早就认为不仅光是量子化的，物质的振动、声波都是量子化的，所以一切这些物质都具有粒子和波动的双重性，虽然这点他不是明确指出的。但是他对这个矛盾，心里始终不太踏实，怎么解释？怎么可能？他一直在思考这样的问题，一直也得不到解决。他说他花在量子论上的时间，比花在广义相对论的时间还要多，但是并没有得到非常好的结果，除了一个例外。

　　1924年，印度一位中学教师玻色，用了一个新的办法推导普朗克的辐射规律，由于他的文章未被杂志接收，他寄给爱因斯坦，希望爱因斯坦把它推荐给德国的杂志。爱因斯坦看了这篇文章以后觉得很好，就和玻色合作写出了著名的关于玻色-爱因斯坦统计的文章，预言了玻色-爱因斯坦凝聚态的存在。

　　爱因斯坦与玻尔在量子力学发现以前就见过若干次面，但是每一次都谈不拢，互相争论得非常厉害。这种争论，我想对双方都起了很大的作用，这个争论不像有些书说1932年才开始的，量子论还没有出现之前，他们就开始争论量子论的本质是什么，这个争论当然也给下一代的学生带来很大影响。所以像海森伯就敢于和玻尔去争论，玻尔比他年纪大很多，相当于他的老师；像泡利更不必说了，泡利是有名的愿意批评别人的人，他当时对什么东西都要给予他个人的评价，大家对他都很尊重。泡利是少有的聪明人，他跟海森伯是同学，非常友好。海森伯每做一个工作，必须得到泡利的同意才能放心，如果泡利不同意，海森伯心里就打鼓：这个东西到底是对还是不对。泡利的聪明大家都知道，在他19岁还是学生的时候，就写了一篇精彩的广义相对论的总结文章。我在当学生的时候读过这篇文章，这篇文章可以说是几代学习相对论的人必读的一篇文章。泡利的聪明是无可怀疑的，以至于当时有人说泡利的聪明超过爱因斯坦，但是他的成就没有爱因斯坦高。

　　泡利和爱因斯坦有很大的不同，爱因斯坦是很专心一致的，他想一个问题，一心钻进去。泡利对任何问题都有兴趣，他都要发表意见，人家也愿意听他发表的意见，他的意见在当时非常重要，他要做什么，写一封信给谁，在物理界就要传。一直到1957年我到了苏联以后，

　　还发生了一件事情。当时海森伯提出了一个新的非线性的场论，大概是想统一来解决世界运动的基本规律。由于是海森伯提出的，所以引起理论物理学家广泛重视。当时苏联的大物理学家朗道也知道了这件事情，但是他开始没有表态。当时有一位意大利的物理学家在苏联，他是费米的学生，他们感到朗道这个人太骄傲，像个大权威，说什么话都不能反驳，所以他们要开个玩笑，这个玩笑怎么开呢？他们在4月1日愚人节草拟了一封信，让一位刚刚从欧洲回来的波兰科学家交给朗道，这封信中说，泡利认为海森伯的这个理论非常令人信服，是非常重要的。朗道有一个很有名的研讨会，这封信是在开研讨会时转交给朗道的，朗道看了信以后，态度立刻来了一个非常明确的转变，把这个理论大吹嘘了一顿，做这件事的人就觉得很好笑了，他们拟信的时候就安排了陷阱，那个信开头有几行字，把头一个字母竖着念的话就是俄文的“傻瓜”，等朗道大吹嘘了一顿以后，他们就说你的信念得不对，竖着念一下，结果朗道一下体会过来，大怒之下走了，会也开不下去。这只是说明泡利当时的影响之大。

　　泡利非常聪明，有时也会做出错误的判断。1956年，他就认为杨振宁和李政道的宇称不守恒不可能。不管怎么样，当时争论的气氛非常之热烈，这种争论的气氛没有上下的关系，没有任何的顾忌，我想是促使当时理论物理能够快速发展的原因之一，而且因为那个争论，对薛定谔才有影响，因为他不赞成哥本哈根那套哲学，所以才去发展了波动力学的理论。那时候爱因斯坦和薛定谔是站在一边的，觉得量子力学不应该像哥本哈根学派那样解释。玻尔和海森伯站在一起，但是他们两个也还有争论，争论是因为玻尔更看中他的互补原理，他们两个有一次吵到半夜，海森伯还哭了一场。我是想说明，理论物理要发展必须要有学术争论，必须要在年轻的科学家之间、在年轻的和年长的科学家之间，有真正的毫无保留的学术批评和学术争论，只有在争论的过程中真理才能越辩越明，而且即使是反对的意见，到后来也可能产生新的科学的成果。

　　因此，就学术环境而言，第一，要有个规模在临界以上的研究群体；第二，这个研究群体必须要真正能够展开学术争论和学术批评；第三，我想确实要有一些帅才，要有一些特别杰出的个人，青年科学家要能够脱颖而出，要逐渐发挥重要的作用。其实欧洲从20世纪开始，像相对论和量子力学，都是一些年轻的、最杰出的科学家在那时起主导作用的。普朗克发现量子论的时候40岁；爱因斯坦做出了最重要贡献的时候只有26岁，今年是爱因斯坦诞辰125周年；玻尔提出原子论的时候，也就30多岁；量子力学建立起来时，海森伯、泡利、狄拉克都是20多岁，薛定谔大概30多岁、40岁左右，都是中青年的科学家，而且是青年为主的，起着决定性的作用。这些人中间，又有一些个别的人特别杰出。怎么让一些特别杰出的人才能够被发现，能够成长，这也是今天的中国科学能不能快速发展的一个重要因素。

　　当然像我刚才讲的海森伯，他的成长除了他自己的天分以外，很重要的是因为他受到了上一代的精心培养，他在三个地方，受到了三种不同的教育。爱因斯坦的情况完全不一样，他完全是靠自己，因为从中学开始老师就不喜欢他，而且要开除他，说你最好不要留在学校里，因为你坐在后面老笑，笑得我没法讲课。所以他中学在德国也没念完就走了。第一次考大学，那时候中学没毕业，也没考上，然后又到一个中学念了一年，才考上了瑞士的苏黎士高工，当然这是一个很好的学校，但是那些主要的教授好像也不喜欢他，因为他不好好听课，完全靠自学，考试时就要借用同学笔记，看好朋友的笔记去考试。最近我看到他考试的分数，按6分制来判分，他最高得5分或者4分。现在中国的青年学生，好像得到九十几分才满意，他不是这样。他大学毕业时想留校教书做研究没有成功，老师不要他。他去做中学老师也不受欢迎，因为他讲课方法跟别人不同，和中学校长发生冲突。一直到他的一个好朋友介绍他做了专利局职员以后，生活才安定，然后靠业余时间做研究。明年是国际物理年，我想主要是纪念爱因斯坦和量子论。1905年也是爱因斯坦创造奇迹的一年，那一年他发表了四篇文章，都是具有划时代意义的。其中关于狭义相对论两篇：一篇是讲时空的，一篇是讲E＝MC2。另外两篇是讲光电效应和布朗运动，这四篇都非常重要。假定中国有个小孩也具有跟他一样的素质，恐怕比他还要难于在社会上生存。因为他是极端崇尚自由的人，想干什么就干什么，但他要念自己喜欢的书，不愿意去听老师的课，不是那么循规蹈矩，这样的学生按照中国目前的教育制度，恐怕早就被淘汰了，不在中学被淘汰，就在大学被淘汰，我想这样的人在中国的研究机构恐怕也不会受到欢迎。

　　如何培养真正能够带领整个队伍迈向一个新的台阶、哪怕是少数的这样的帅才，这个问题到现在我觉得还是一个难题，也没有找到一个很好的办法可以做到。我觉得现在我们很多体制非常之固定。在早期，清华大学就不是这样，清华大学当年可以发现华罗庚，不需要经过考试，就把他调到学校来，先做图书馆的管理员，再培养成才。我不能想象今天的清华还能不能做得出这种事情来？所以在目前这样一个体制下，如何来发现人才，特别是那些比自己更优秀的人才，是一个在学校或在研究所里工作的教授们、在座的各位都应当注意的一件事。

　　由于没有带头的人才，所以我们现在很多研究方向的选择比较分散，不能集中，因为要选择一个正确的方向，需要有创造性的直觉，做出具有前瞻性的选择，这不是多数人能够做到的。这里顺便也讲讲我们拨款制度，现在如果有一个非常有名的人带头，提出好的研究方向，可以利用他的影响把钱拨过来，然后下面的人就可以不受干扰，围绕这个方向做下去。如果没有，大家就只好分散申请，一旦分散申请就要不断地为了交账而烦恼、奔忙，而且要

　　中国理论物理篇二：当代物理学在中国的发展

　　（一）20世纪上半叶中国物理学家的重要成就本世纪初，一批中国学者到西方国家学习现代物理学知识，开展物理学的研究工作。他们中间一些人学有所成后，回国兴办教育，出版刊物，组织学会和创办研究机构。由于他们的`辛勤劳动、不懈努力，在国内培养了一批优秀的青年物理学人才。这些人再次被派遣出国留学深造，并在物理学研究方面做出了许多出色的工作。20世纪上半叶，中国物理学工作者在国内外进行了大量的研究工作，在物理学的各个领域都做出了一些一流水平的成果，对现代物理学的发展做出了重要贡献。

　　1．力学

　　力学是研究物质在力的作用下运动和变形规律的一门科学。它以研究天然的或人工的宏观对象为主，也涉及宇观或细观甚至微观各层次的对象及有关规律。按照上半世纪我国的科学划分，力学也属于物理学范畴内，在力学领域取得重大成就的学者也都是物理学家，故将其归之于物理学领域加以记述。我国学者在力学领域所取得的重大成就，主要在流体力学和应用力学方面。

　　流体力学：周培源(1902～1993)1938年在西南联合大学时即开始进行不可压缩粘性流体理论研究，在国际上首先提出了脉动方程（或称涨落方程），建立了普通湍流理论。根据这一理论对一些流动问题做了具体计算，计算结果与当时的实验符合得很好(1940)。他的研究成果曾获当时国家教育部自然科学类一等奖。张国藩(1905～1975)从30年代开始从事湍流理论研究，他认为流体力学传统的Navier-Stakes方程不能用于湍流，而必须先把湍流的物理机制搞清楚，按新的物理模型建立基本方程。为此他完成了以下工作：(1)类比分子运动论的方法，建立了湍流“温度”、“压强”和“熵”等物理量，并将它们编入流体力学方程，相当详细地讨论了湍流通过圆管和两个平行面之间的情况，并扼要地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。后来他又发展了上述思想，用量子统计方法求湍流能谱分布式。(2)论证了湍流运动是一种非牛顿流体运动，其内部阻力应改用幂数式表示，并依此建立了他自己的湍流运动方程。1950年，卢鹤绂(1914～1997)提出流体的容变粘滞性理论，从而推出霍尔假定的容变弛豫方程，并在声传播和吸收现象上取得初步成效。1951年，他又在全部频率范围内将容变粘滞弹性理论应用到超声（及声源前川流）的传播和吸收现象上，得出能够描述实践经验的有概括性的公式。庄逢甘1950年也研究了湍流的统计理论。1944年，林家翘(1916～)在美国加州理工学院对二维平行流稳定性的研究取得了突破性进展。他首次运用渐近分析方法求出了完整的中性曲线，从而得出临界雷诺数。他的理论结

　　果被后来的实验和数值计算所证实，并第一个获得美国物理学会颁发的流体力学奖金(1979)。李政道(1926～)于1950～1951年，讨论了湍流。他通过将Heisenberg湍流横型与实验结果相结合，而计算了各向同性湍流的涡流粘滞系数，证明在二维空间中不存在湍流。40年代，钱学森(1911～)与Von Karman共同提出跨声速流动相似律和高超声速流动概念，为空气动力学的发展奠定了重要理论基础。1946年，钱学森与郭永怀(1909～1968)共同提出，在跨声速流场中有实际意义的临界马赫数，不是原先被重视的下临界马赫数，而是来流的上临界马赫数。这对航空技术中突破声障碍有重要意义。以后，郭永怀又把该工作推广到包括有曲率流动和绕儒可夫斯基薄翼流动的情况，研究了绕物体跨声流动的稳定性问题。他对于高超声速可压缩粘性流体绕尖劈运动及其离散效应等，也进行了成功的研究。

　　在应用力学方面，20年代中期，魏嗣銮(1895～1992)在德国研究应用力学课题，以变分法探讨了均匀负荷四边固定的矩形板的挠度和弯矩。30年代，丁西林(1893～1974)创造了一种可逆摆，用以精确地测定g值，从而避免了过去以摆测定g值的许多实验误差。30年代中期，江仁寿以一种带有惯性棒的双线悬挂装置测定了液态碱金属的粘滞性，他所改进的方法后来被广泛用于其他液态金属粘滞性实验之中。1940年，钱伟长(1912～)首先以三维弹性理论为基础，用张量分析微分几何为工具，建立了薄壳和薄板的统一内禀理论，其结果证明可以用板壳的中面拉伸应变和曲率变化六个分量表示全部求解方程；并指出在Kirchhoff-Love的通常假定下，可以根据板壳厚度、曲率张量、拉伸应变和曲率变化等四种物理量相对量级，把薄壳问题分为各种类型，它们的一级近似求解方程都各不相同。国际上有关薄壳SS12中的张量方程组，以及从该方程组导出的圆柱

　　浅壳和圆球浅壳方程被称为“钱伟长方程”。

　　2．相对论、引力论及宇宙论

　　20年代后期，周培源就从事广义相对论和宇宙论的研究。为了解决用于表示爱因斯坦引力场的10个二阶非线性偏微分方程组中存在着一组由4个独立的非线性偏微分方程所组成的Bianchi恒等式，致使仅仅用引力方程得不出10个引力函数（即引力张量的10个分量）的确定解这个难题，他主张附加物理条件，并曾引进一个条件，从而获得轴对称引力场的一些解。1936～1937年，周培源在美国普林斯顿高等学术研究院参加爱因斯坦主持的讨论班时，又计算了不同条件下静止场不同类型的严格解，并证明在各向同性条件下，爱因斯坦引力场方程本身即可给出Friedmann宇宙的度规张量，使得该问题的解决大大简化。30年代，束星北(1907～1983)探索引力场与电磁场的统一理论，这在当时是一个超时代的课题。虽然他的研究未取得有实质意义的进展，但他的有关研究对后人还是有启发性的。40年代初，胡宁(1916～)在普林斯顿高等学术研究院从事关于引力辐射阻尼的研究。他采用广义相对论里通常的坐标条件，改进简化了爱因斯坦等人的方法，首先计算出双星系统的反阻尼结果。他的这一工作被普遍认为是该方面理论研究的创造性贡献。胡宁认为由于广义相对论里的力不是协变的，所以反阻尼的结果是可以理解的。他后来的工作指出坐

　　标条件不是必需的，主张使用附合实际的物理条件，可以得到合理的结果。70年代末，正是在双星辐射阻尼的观察上得到引力波存在的第一个证据。

　　3．声学

　　在古代，中国是对声学做出突出贡献的国家之一，到了近代，中国声学研究比较落后。50年代中期以前只有少数科学家对少数的分支学科进行过一些研究工作。

　　在空气声学方面，20年代后期，叶企孙(1898～1977)测定了清华大学礼堂的音质，提出了改进该建筑物音质的具体办法，并发表了《清大学礼堂之听音困难及其改正》的论文，开创中国建筑声学研究之先河。马大猷(1915～)应用求解波动方程并使其满足厅堂边界条件的物理声学方法，建立了房间声学简正波的理论基础。早在1939年，他就突破了声波要远小于房间尺寸和物体大小的限制，首先求得低频范围下矩形空室中的简正波频率分布公式，建议将它推广到任意形态的房屋之中。接着他又与Hunt、Beranek合作，利用受壁面声阻抗影响的阻尼声波简正振动方式而分析了均匀壁面矩形室中的声衰变，提出了分析混响的新方法。40年代，他利用波动声学方法探讨了矩形室中非均匀的声边界、颤动回声以及房屋音质的起伏等问题。第二次世界大战期间，汪德昭(1905～)在法国国防部第四研究组承担了反潜声呐的研究，先后在主动声呐加大功率和以气压哨声消除雾滴的研究方面做出优异成果。魏荣爵(1916～)是中国声学事业创始人之一，1950年，他在美国加利福尼亚大学运用分子的弛豫吸收理论，成功地解决了低频声波在水雾中的反常吸收现象，指出声波导致气液两相转换是声能消散的原因。他还进行过声波消雾的研究。

　　在超声学方面，40年代初汪德昭在法国用声栅光衍射方法研究了超声波在二硫化碳液体中的声吸收。这一早期的实验结果被称为是该领域最可靠的数据之一。1941～1943年，许宗岳(1911～1974)在美国布朗大学从事水超声吸收的精确测量与理论研究。他用自己提出的力积分天平法，消除各种干扰，提高了灵敏度，在10～50MHz频率范围内，测得室温下自来水的2av-231017平均值为 45.4cm-1sec（2α为声强衰减系数，v为声频率）。此数值与经典stokes公式计算值有明显的差异。他在解释这一结果时，提出将 stokes公式修改为2a/v2=4π2(λ+2μ)ρ0c3，即除了考虑

　　水的剪切粘滞系数μ以外，还应考虑“压缩”粘滞系数λ。许宗岳的这一研究成果被称为声吸收测量的代表性工作和主要参考资料。40年代末，北京大学杜连耀在美国从事微波超声的产生及应用研究，发表论文10余篇，在1952～1955年间研制成钛酸钡压电陶瓷的加压和极化工艺，可取代昂贵的石英。他回国后继续从事超声学的研究工作。

　　4．热学、热力学和统计物理学

　　20世纪上半叶，中国物理学家在热学、热力学和统计物理学方面曾有过比较出色的研究成果。1936～1937年间，王竹溪(1911～1983)将H.A.Bethe于1935年提出的超点阵统计理论推广成为普遍理论，既适用

　　于组元浓度相等，也适用于组元浓度不相等的情形，而且处理的是相当普遍的一类长程相互作用，找到了计算超点阵位形分配函数的近似方法，从而在形式上给出了超点阵问题的普遍解。在随后的多年中，超点阵仍是王竹溪继续研究的课题。1942年他指导杨振宁做硕士论文的题目就是超点阵。杨振宁后来回忆说：“王先生把我引进了物理学这一领域（统计力学），此后，它便一直是我感兴趣的一门科学。”（《读书2教学四十年》，香港三联书店）王竹溪还对多元系的平衡与稳定性的热力学理论做了深入的研究，发展了一极普遍的数学理论，它在整个热力学理论体系中具有基本的重要性。他的长篇论文和在其专著《热力学》（1955年版）中对平衡稳定性的讨论，至今仍然是这方面必须参考的重要文献。张宗燧(1915～1969)于1936～1938年在英国剑桥大学学习期间，便开始从事统计物理学方面的研究，在合作现象，特别是固溶体的统计物理理论研究做出了重要贡献。1937年，张宗燧将Bethe提出的超点阵统计理论推广到包括了近邻原子对之间的相互作用。1940年他回国任重庆中央大学物理系教授，与他的学生一起研究合作现象，建立了求固溶体位形自由能的方法，该方法不仅较为简单、可靠，而且应用面较广。他还讨论了合作现象中的准化学公式的改进问题，对量子系统的各态历经问题也进行了研究。30年代，葛正权(1896～1988)在美国柏克莱加州大学所进行的以分子束测定Bi2分解热和验证Maxwell速度分布律的实验，是当时闻名的工作。该实验不仅在测定分解热方面取得了比前人精确得多的结果，更重要的是在验证Maxwell速度分布律方面取得了重大成就。他发现：实测的分布曲线与理论曲线相比，在高速端二者极为符合，而在低速端二者存在较大的差异。他分析了这种误差的原因和技术上的困难，从而导至发现了Bi8分子，同

　　时也使以后数十年间不断地有人以各种方法重复验证Maxwell分布律。而葛正权的这个实验则被作为经典载入物理学著作之中。40年代在统计物理方面做研究的还有王明贞和王承书。王明贞(1906～)于1942年在美国Michigan大学首次独立地从Fokker-Plank方程和Kramers方程中推导出自由粒子和简单谐振子的布朗运动。1945年，她与G.E.Uhlenbeck教授合作的有关布朗运动理论的论文——《布朗运动的理论》，在近四十年的时间内一直作为了解布朗运动的权威性文献。王承书(1912～)40年代在美国从事统计物理学和稀薄气体动力学的研究。她根据Boltzmann方程研究稀薄气体并发现了线性化的Boltzmann方程积分算符的本征函数及本征值，提出了被称做WCU方程(王-Uhlenbeck方程)的多原子分子气体的修正Boltz-mann方程。此外，黄子卿1935年精确测定了水的三相点；陈仁烈1935～1936年研究了金属线和水银的纵向热电子发射；朱应洗1939年详细研究了在一些特定条件下通过气体的热传导现象；吴仲华1947年对四冲程内燃机的输入过程的热力学分析做了研究；杨立铭1948年研究了液体和气体的扩散理论，在流体的统计理论中，把Born-Green液体理论推广到混合液体，并用统计方法导出了分子的扩散系数。

　　杨振宁(1922～)在昆明西南联合大学学习时，就在王竹溪的指导下研究统计物理。他在1944～1947年间，至少有四篇关于统计力学方面的论文，论述了相互作用能随晶格常数的变化而变化、临界温度和超格比热的关系、在超格统计理论中准化学法的一般理论问题。Ising模型是闻名的

　　统计力学中的铁磁学模型，是E.Ising为模拟铁磁体在居里点的相变而提出来的。杨振宁于1925年解决了其中最困难的问题，分析了在正方形点阵下二维Ising模型的自发磁化强度的解析表达式，证明在居里点发生的现象确系一种相变。接着他又指导张承修将其方法推广到长方形点阵Ising模型之中。1952年，杨振宁与李政道(1926～)合作提出了统计物理学中关于相变的两个定理，以及有关巨配分函数之根的著名的“李-杨单圆定理”。他们的研究，严格定义了气相、液相、固相中任一相的热力学函数，证明热力学函数能区别不同的相，不同相的这些函数一般地彼此不能解析延拓。他们将这个新诞生的广义相变理论应用到点阵气体中，对后来关于惰性气体的实验研究帮助极大。杨振宁与李政道合作还研究了硬球玻色(Bose)气体的分子运动论。他们通过对级数有选择求和，证明可以消除硬球玻色系统的发散性。这些工作在理论物理学的众多领域被广泛采用。他们还分析了硬球玻色系统的低温特点，证明相互作用的玻色系统可显示超流性，从而深入而全新地提供了理解液 He Ⅱ的异常现象的理论。

　　5．电磁学、无线电电子学和微波波谱学

　　在电学领域，北京大学物理系首届毕业生孙国封(1880～1936)1923年在美国康乃尔大学物理实验室，使用他自己所设计的直接测量小相角的一种灵敏度高而精确的方法，测量电解质电池的电容和电阻，说明了它们随电动势、电池几何结构、溶液浓度、温度、以及半透明铂膜电极厚度的变化情况。在他的研究中，区分了电极电阻与电解质电阻；并从测量的等效电阻和电容的值，推导了计算电池的实际电阻和电容的方法。30年代，萨本栋(1902～1949)创造性地将并矢方法和数学中复矢量应用于解决三相电路问题。1936年，他在美国Trans，AIEE上发表的《应用于三相电路的并矢代数》一文，被美国电气工程师学会当年冬季会议列为讨论课题，并被该会评为1937年度“理论和研究最佳文章荣誉奖”。1939年，萨本栋汇集了他的研究成果写成《并矢电路》一书，是属于“数学、物理、电机三角地带”的新专著和新理论。该书出版不久，便被选入国际电工丛书，并获中国电机工程师学会第一次荣誉奖章。40年代，萨本栋从事交流电机研究，以标幺值系统分析交流电机问题，很具特色。他根据在厦门大学和美国讲课的素材编写的《交流电机基础》一书，被英、美各国高等院校作为教本，开创了中国科学家编写的自然科学教科书被外国普遍采用的先例。30年代，马士修(1903～1984)在法国曾研究过扭力对电阻影响和Barkhausen效应。1928～1930年间，严济慈(1900～1996)先后在巴黎大学Fabry物理实验室和法国科学院大电磁铁实验室对水晶压电效应做了深入的研究。他发现在垂直于电轴的晶面上施加电压，晶片形变量与它的厚度无关，但与电压强度有关。电压不大时，晶片厚度的形变符合Curie定律，即形变比例于静电场强度。在垂直于光轴的晶面上施加电压，晶片厚度的形变极为微小，与绝缘体无异。他还观察到水晶由于电压而变形是瞬时的，无滞后现象。他还在沿水晶光轴做成的实心与空心两种水晶圆柱体上施加扭力而产生起电现象，以及其扭转压电振荡方面的研究。在这方面研究中，他发现水晶柱受扭力时产生电荷，这在理论上是有意义的。在无线电电子学和微波方面，也有一批中国学者做出了卓有成效的研究。

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