1. 我國物理學家做出的貢獻
我國近代物理學奠基人之一——葉企孫
(1898—1977)
沈克琦
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葉企孫,物理學家、教育家,我國近代物理學奠基人之一。與合作者一起利
用X射線短波限與加速電壓的關系測定普朗克常數,獲得當時該方法最精確的實驗數據。精確測量鐵、鎳、鈷在靜止液體高壓強下的磁性,對高壓磁學做出開創性的貢獻。創辦清華大學物理系、北京大學磁學專門組。為我國高等教育事業和科學事業做出卓越貢獻,培養出一大批著名科學家。
葉企孫,名鴻眷,以字行。1898年7月16日生於上海縣唐家弄一書香門第。父葉景沄,前清舉人,國學造詣很深,藏書七八千冊;對西洋現代科學及其應用亦多涉獵,曾著文宣揚沈括倡議的歷法,能指出28宿位置及圖形;曾偕黃炎培等赴日考察教育約半年;1905年任上海縣立敬業學校校長,兼養正學校校長。葉企孫幼入私塾,1907年入敬業學校,1913年入清華學校。1914年葉景沄應聘任清華學校國學教師。葉企孫在其父指導下閱讀經史子集著名篇章和《九章算術》、《海島算經》、《演算法統宗》、《疇人傳》、《夢溪筆談》、《談天》、《天演論》和《群學肄言》等著作,因而國學根基深厚,並為研究中國自然科學史打下扎實基礎。1918年在清華學校高等科畢業後赴美,1920年6月獲芝加哥大學理學學士學位,1923年6月獲哈佛大學哲學博士學位。回國前訪問英、法、德、荷、比等國的大學及物理研究所約5個月。他通曉英、法、德語,通過這次訪問對歐洲高等教育和科研情況有了較全面的了解,這對他回國後的工作大有裨益。1924年3月回國,先後在東南大學、清華大學、西南聯合大學和北京大學任教,並曾任中央研究院評議員、院士、總幹事和中國科學院數理化學部常務委員、應用物理研究所專門委員、近代物理研究所專門委員、自然科學史研究所研究員、中國物理學會副會長、會長、理事長等職。葉企孫將一生獻給我國高等教育事業和科學事業,功勛卓著。在「文化大革命」中他橫遭誣陷,身心備受摧殘,1977年1月13日病逝。
測定普朗克常數,獲當時最佳數據
葉企孫在哈佛大學時,在W.杜安(Duane)教授指導下,與H.H.帕爾默(Palmen)合作,利用X射線連續譜短波限(λm)與電子加速電壓(V)的關系式
Ve=hc/λm測定普朗克常數(h)的值。他們用電位差計測V,用方解石譜儀測λm,採取一系列措施提高V和λm的測量精度和准確度,獲得精度很高的V和短波限布拉格反射角的數據,其相對誤差比標准電池電動勢的相對誤差還小。用這些實驗數據和國際上當時採用的電子電量(e)、光速(c)和方解石晶格常數(d)的數值得出h=(6556士0.009)×10-27爾格·秒。這篇論文於1921年4月在美國物理學會年會上宣讀,並在美國光學會月刊及全國科學院匯刊上發表。h這一基本常數的精確測定始終是物理學家十分關注的實驗研究工作,葉企孫對此做出了重要貢獻。1929年,專門研究基本常數的伯奇(Birge)用葉企孫等的實驗數據和e、c、d的新數值算出h=(6.559士0.008)×10-27爾格·秒,並說誤差主要來自e值的誤差。這表明葉企孫等的實驗數據是當時用這種方法測h的最佳數據,曾長期在國際上沿用。
在高壓磁學方面做出開創性的貢獻
1921年葉企孫轉向磁學研究,在高壓物理學家P.W.布里奇曼(Bridgman)的實驗室中研究液體靜壓強對磁導率的影響。前人研究時壓強僅達1000kg/cm2,加以在實驗中考慮不周,未得出明確結論。葉企孫用布里奇曼實驗室中壓強可達12000gk/cm2的設備對鐵、鎳、鈷的高壓磁性進行了系統的研究,得到磁感應強度變化百分比(△B/B0)與壓強、磁場強度(H)之間的定量關系。他發現,要獲得正確的結果,必須使樣品徹底退磁,前人所述「反常效應」實際上是退磁不完全造成的。葉企孫還對高壓磁性進行理論分析,結論與實驗結果定性地相符。此項研究由葉企孫獨立進行,是高壓磁學的重要進展,屬開創性工作,因此獲博士學位。成果發表在1925年美國文理科學院院刊上。布里奇曼所著《高壓物理學》(1931)中「壓強對磁導率的影響」這一節的主要內容就是葉企孫的工作,並說明後人即在此基礎上對鐵鎳合金進行了一系列的研究。
樂育英才逾半世紀,功勛卓著
1924年3月葉企孫應東南大學物理系主任胡剛復之聘任副教授,講授力學、電子論和近代物理等課程。1925年東南大學物理系第一屆本科畢業,趙忠堯、施汝為均在其列,他們畢業後隨葉企孫到清華大學任教。
1925年9月葉企孫任清華學校副教授,是年清華學校開始辦大學本科。在1925—1928年期間,清華物理系僅葉企孫一人。他擔任所有物理學理論課程的講授,同時精心擘劃,具體組織,使物理系蒸蒸日上,迅速達到國內先進水平。1929年清華大學決定開辦研究院(即現在的研究生院),研究院中的物理研究所由葉企孫任所長,1930年第一名研究生陸學善入學。1937年時清華大學物理系已成為我國高水平的物理學人才培養和物理學研究基地。
葉企孫在培養人才方面有明確的指導思想。首先,他認為要建設一個高水平的物理系,必須有一批高水平的教授。為此他千方百計延聘良師,毫無門戶之見。曾擬聘請顏任光、溫毓慶,未成。從1928—1937年先後聘請到吳有訓(1928)、薩本棟(1928)、周培源(1929)、趙忠堯(1932)、任之恭(1934)、霍秉權(1935)、孟昭英(1937)等教授。他們在葉企孫領導下團結奮斗,使清華大學物理系的教學和科研在國內名列前茅。其次,他認為:「高等學校除造就致用人才外,尚得樹立一研究之中心,以求國家學術之獨立。」他努力創造教授們從事研究的條件,特別是實驗研究的條件。不僅從國外進口儀器設備,還想方設法創造自製儀器的條件。1931年葉企孫在德國,通過趙忠堯的介紹,聘請到哈勒(Halle)大學青年技工海因策(Heinfze)。他隨葉企孫到清華製造儀器設備,直至抗戰開始才轉至協和醫學院工作。葉企孫還將聰明好學的工友閻裕昌培養成技術水平很高的實驗技術人員。1937年時物理系的主要科研方向有:周培源的相對論研究,吳有訓主持的X射線吸收與散射研究,趙忠堯主持的伽馬散射吸收與散射研究,薩本棟主持的電子管和電路研究。此外葉企孫指導施汝為研究氯化鉻及其六水化合物的磁導率,指導趙忠堯研究清華大禮堂的聲學問題,開我國磁學和建築聲學研究的先河。第三,葉企孫主張:「本系自最淺至最深之課程,均為注重於解決問題及實驗工作,力戒現時高調及虛空之弊」,「科目之分配,理論與實驗並重,重質而不重量」。他十分重視學生動手能力的訓練,要求物理系學生學習木工、金工和機械制圖等課程,自己動手製造實驗設備,並做畢業論文。當時清華青年師生動手製作儀器蔚然成風,實賴葉企孫之創導。