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饶毓泰众原子分子之振动、转动、电子能级及其光谱

时间:2019-02-17来源:未知 作者:admin点击:
北京大学真正开始做些研究工作,训练出来几个学生,也是在1934年之后,从这个时候起首,北京大学才可以说有一个现代化的物理系。北京大学可以说是最早有物理系的大学,1930年代以后,这个物理系成为中国物理的中心之一。 饶毓泰1933年10月就任北大物理系主任

  “北京大学真正开始做些研究工作,训练出来几个学生,也是在1934年之后,……从这个时候起首,北京大学才可以说有一个现代化的物理系。北京大学可以说是最早有物理系的大学,1930年代以后,这个物理系成为中国物理的中心之一。”

  饶毓泰1933年10月就任北大物理系主任后,首先是人才的聘请与教师队伍的重建。同年随饶毓泰到北大的有朱物华、周同庆、张宗蠡。1902年1月生于江苏扬州的朱物华,1926年获得哈佛大学博士学位。回国后先后在中山大学、唐山交通大学任教。1933年来北大任教授,翌年任研究教授,直到抗战胜利后回母校上海交通大学,是我国电子学科与水声学科奠基人之一,1955年当选中科院学部委员。中国光谱学奠基人之一周同庆,1907年12月生于江苏昆山,1929年清华毕业留美,1932年获普林斯顿大学博士学位,指导老师与饶毓泰一样为K. T. 康普顿〔据蒋百川先生《著名物理学家吴大猷、周同庆的命运交错》(微信公众号“知识分子”2016年6月18日)言,康普顿于1930年离开普林斯顿,周同庆的导师实际上为Henry D. Smyth〕。1933年历访英国、德国和苏联回国,应聘北大任教授。1936年离开到中央大学任物理系主任,1955年当选中科院学部委员。生平不详的张宗蠡是严济慈内弟,来校任教授,1936年离开到四川大学,主要从事光谱学研究。

  1934年,饶毓泰在南开的得意门生吴大猷来校任教授。1907年9月生于广东番禺的吴大猷,1925年入南开大学矿科,矿科后停办转入物理系,随饶毓泰读大学物理、电磁学、近代物理、高等力学、光学、气体运动论、高等电磁学等,“近代物理”一课使他“开了物理的窍和兴趣”。大学四年,使吴大猷“不仅真的明白了求知的意义,也提高了求知的兴趣”,并立下从事科学研究,“得列著作之林”的誓愿,对前途充满希冀:“那一段时间我从未经过真正的考验,不知自己知识和能力的限度,以为前途像地毯一样,一推就会自动展开。”1931年经饶毓泰与叶企孙的荐举,获中基会乙种研究奖助金留美。1933年获得密西根大学博士学位,博士论文预言了超铀元素的原子光谱,从而开启寻找超铀元素研究的大幕。翌年应饶毓泰的召唤,来到了北大。吴大猷对北大物理系的贡献是多方面的,他在物理学上的贡献也是多方位的。

  1936年,饶毓泰南开大学门生、拉曼光谱学家郑华炽也从中央大学转来北大任教。郑华炽1903年生于广东中山,1928年南开毕业后留学德国,先后在德国柏林工科大学、哥廷根大学、慕尼黑大学、奥地利格拉芝工业大学学习,1934年获工学博士学位。并在法国蒙彼利埃大学和巴黎大学从事光谱学研究。1935年回国任教中央大学,次年转北大,直到1952年院系调整到北京师范大学,期间曾担任西南联大物理系主任、代理教务长,北大教务长等。

  这些新任教授(或研究教授)朱物华、周同庆、张宗蠡、吴大猷、郑华炽等,除生平不详的张宗蠡外,都在国外获得博士学位,都展现出非常高的学术研究水平;更为重要的是,除朱物华外,他们与饶毓泰一样,都有共同的研究领域即光谱学。可见,这不仅是一个高水准的教授队伍,而且有比较特出的研究水平与研究领域。当时,系里还有副教授龙际云、张珮瑚,助教赵广增;饶毓泰并从毕业生中选择优秀学生沈寿春、江安才、薛琴访等做助教,不仅使师资队伍增加,更使老中青形成了梯队。

  饶毓泰进入北大后,在教授治校的北大可谓如鱼得水,1936年7月兼任理学院院长、理科研究所主任。还先后出任图书馆委员会(委员长傅斯年)、仪器委员会(委员长张景钺)、出版委员会(委员长曾昭抡)、学生生活辅导委员会(委员长樊际昌)委员等。

  当然,作为一个大学系科,重要的日常事务是教学与人才培养。北大物理系课程,经二十来年的发展,到饶毓泰时期已经比较完备。1934-1936年课程,本科包括普通物理及实验、力学、电磁学及实验、应用电学及实验、应用光学、物理光学、光学实验、分子运动及热力学、无线电及实验、近代物理及实验。研究生课程包括理论力学(内容为分析力学,侧重原子及分子结构上的应用)、数学物理(傅氏级数与傅氏积分、偏微分方程、张量和相对论、群论和量子力学)、量子力学1(基本原理、氢原子、微扰论、多电子问题及氢分子)、量子力学2(复杂原子能级计算与斯塔克效应,多原子分子之振动、转动、电子能级及其光谱,拉曼效应,碰撞理论,核衰变和蜕变等)、量子力学3(狄拉克电子论等)、电动力学、电光学和磁光学、原子光谱、分子光谱、高等电路原理、气体导电、拉曼效应及分子构造。可见,这个课程体系特别是研究生课程已经充分反映当时物理学发展前沿,并根据各个教授的研究专长编排了不同的课程,例如周同庆讲授电磁学、分子运动论及热力学、近代物理及实验、原子分子光谱、气体传导等课程,郑华炽讲授拉曼效应等。

  饶毓泰到北大后,第一年“多数时间用于整理课程与添置设备,以供研究之用。各机械工作室之扩充,常温度室之建筑,与分光实验室之设计诸预备工作”。1933年11月19日,北大物理学会举行迎新年会,饶毓泰说:“同学对于实验勿专恃讲义,厉禁照抄主义,须有新的发现。”张宗蠡说:“本校同学有嫌仪器不精,以致成绩不良。实则北大物理仪器不但在中国首称完善,且驾世界各国大学设备而上之。盖外国大学,多以各工厂陈旧之仪器,作学校实验之工具,实在从破烂中而求得真理也。至吾国任何大学理科设备均优于外国。因多购自外洋,新而且精,然而成绩反无显著的进步,非器之不利,实因不努力也。”张珮瑚说:“北大物理系课程,已往功课每周达四十余小时,闹来整日上课,无闲研究工作,所以外间谓北大理论高而熟练少,实不诬也。现时功课已减少一半,乃在使同学研究专门避博大也。谈到教本,应宜摸熟,不应好高骛远,枉看参考书籍。有暇固宜旁征博览。”

  三人的讲话,反映了饶毓泰治理物理系的一些理念与作为,饶毓泰要求学生在实验室里要有创新精神,不能完全根据讲义,将自己束缚与禁锢;张宗蠡的讲话实在反映了当时国内大学实验设备的实在情况,新、精却没有得到很好利用,“非器之不利,实因不努力也”;张珮瑚讲话表明饶毓泰一改物理系注重上课,自行研究少的弊病,将功课时间减少了一半。当然,他们也对学生提出要求,少抱怨多学习,少受教材束缚多创新精神,少好高骛远多脚踏实地。

  吴大猷说饶毓泰精通英、德、法文,国文根底极好,“惟讲授则似乏‘深入浅出’的口才”,学生从他处所的不是高头讲章,而是他“对学术了解之深,对求知态度之诚,对学术的欣赏与尊敬,以及为人的严正不阿的人格”,他是“不作公共关系”的人,但是为他同辈所尊敬。

  沈寿春说饶毓泰对学生循循善诱,启发学生学习的自觉性和兴趣。他不厌其烦教导学生如何看参考书、如何记笔记,再结合讲课深入理解课程内容。对学生作业要求非常严格,一次大多数同学没有按要求做好衍射光栅光强分布图,他退回全部作业。与一般的教授上课除板书、留作业用英文外,讲课是中英文结合不同,饶毓泰上课全用英文,课堂上不讲一句汉语。他喜欢在课堂上向学生提问,给学生分数也不单凭考试卷子,而是结合平日的提问情况。

  在饶毓泰、朱物华、吴大猷、周同庆、郑华炽等教授与青年教师的共同努力下,北大物理系很快就培养出一批青年才俊,诸如马仕俊、郭永怀、马大猷、虞福春等。马仕俊1935年本科毕业后,随吴大猷读研究生,后留英在剑桥大学获得博士学位,1940年回国任教西南联大时“已小有名气”。他对介子场理论和量子电动力学多有贡献,杨振宁就是跟随他学场论的。虞福春1936年毕业考上研究生,根据要求到中研院物理所实习一年,期满回到北平,北大已因抗战爆发而南迁,滞留北平两年之久。1939年夏天,饶毓泰资助旅费才到西南联大物理系任教,使他生命历程获得转机。在联大,与其他年轻人几年助教后就出国深造或离职他去不同,虞福春在校时间最长。

  当时学生这样看待饶毓泰及其主持的物理系:饶毓泰“是一个不爱多说话的人”,“每天早上穿着整洁的西服,高跷腿儿坐在洋车上直达二院的,便是他”,“他现在是理学院院长”。“物理系的各种实验,可真是令人头疼,要把得数做到分毫不差,那简直是妄想”。“总之,理学院同学的生活是机械的、呆板的,性情也是固执的、冷酷的。正因为如此,他们没有阔少气。没有名士派头”。这述说可谓相当逼线. 饶毓泰与他的团队

  饶毓泰认为大学从事科学研究是保持学校学术水准所必须的,因此即使在极端困难的条件下,仍身体力行带领教师们从事科研,使北大及后来的三校合组的西南联大物理系科研成果非常突出,自然因此培养了大批人才。饶毓泰到北大第一年,因北大无分光学设备,仍时往北平研究院物理所与吴学蔺继续研究拉曼效应与电溶液的构造,初步工作成果曾报告于中国物理学会第二次年会。北大分光仪器购置后,该项研究继续进行。

  自己科研工作而外,作为一个学术机构领导人,更重要的是领导团队在科学前沿奋进。饶毓泰到校后,将原子、分子的结构及其光谱研究作为北大物理系的主攻方向,他进行实验设施的改建与购置,扩建金工车间。从德国购进Steinheil大型摄谱仪,由英国Hilger购得一玻璃摄谱仪,一度量光线仪,一阴极光示波仪及其他相关仪器。委托吴大猷从霍普金斯大学购买高分辨率球面直径达28英尺的凹面大光栅,并为此专门建造了光栅室。饶毓泰还设计制造了磁场高达6000高斯的线圈和另一个较小的线圈。

  1936年14篇,郑华炽1篇,朱物华、张仲桂2篇,周同庆、赵广增1篇,吴大猷4篇,吴大猷、江安才1篇,孙承谔、吴大猷1篇,吴大猷、马仕俊1篇,江安才、马仕俊、吴大猷2篇,吴大猷、沈寿春1篇。作者队伍进一步扩展,教授朱物华、周同庆,助教、学生张仲桂、赵广增、江安才、沈寿春加入。吴大猷是核心人物,他不仅是众多助教、学生的合作者,也与化学系教授承谔合作研究。

  可见,1935年开始,北大物理系科研已进入出成果阶段,1936年居然有14篇文章发表,而且作者队伍庞大,教授、助教、学生梯队形成,真可谓人才济济。非常可惜的是,这一大好局面很快就因全面抗战的爆发而失去,此后每年发表论文在三四篇之间。另外,教授们在国外留学时,论文大多发表在国外有名期刊上,回国后为了促进科学的进一步本土化,大多发表在国内刊物上。

  这些研究绝大部分集中在光谱学和分子、原子结构方面,如饶毓泰对多原子分子斯塔克效应的研究,周同庆和赵广增对汞分子光谱的研究,吴大猷、饶毓泰、郑华炽、江安才、沈寿春、薛琴访等对多原子分子光谱及拉曼光谱的探究。其中特别值得指出的是吴大猷的研究,这期间他或单独或合作发表论文近30篇,力图将理论研究与实验研究结合起来,在理论方面进行了氦原子的双激发态、原子的电子亲和性等研究,引入了原子激发态的电子亲和性概念,这为他撰写名著《多原分子的结构及其振动光谱》奠定了坚实的基础。另外,朱物华和张仲桂从事滤波器特性的理论及实验研究;张宗蠡从事应用光学研究,制成半自动磨镜机,观察到玻璃加热时其短波吸收限向长波处移动的现象,并编写了应用光学教材。另外,在吴大猷建议下,当时北平三个非常重要的物理学机构北大、清华物理系与北平研究院物理所组成联合物理研讨会,每月轮流做东举行,开创了中国物理学研讨会先河。

  可见,北大物理系在饶毓泰的领导下,无论是师资队伍、人才培养、实验设备,还是科学研究氛围和科研成就,都已成为与清华大学物理系相媲美的机构。物理系的科研成就,也曾引起来华讲学的玻尔注意。吴大猷以为他“自己的心身”几年之间在北平“那个地方长大”。他一辈子虽在许多地方居住过,但真正喜欢的却是只在此教研三年的北平,当时的北平“是名副其实的一座文化城。论气派,其他地方尽管有很富裕之地,但完全不可和北平相比”。

  对于物理系的未来发展,饶毓泰也有自己的规划。1937年初,“为扩充设备鼓励毕业生研究起见”,蒋梦麟向中英庚款董事会请款,其中物理系用于购买7项仪器设备经费10万元。饶毓泰在其中详细陈述说:

  本系现在及最近数年内之目的,在努力发展充实使成为一原子物理学与分子物理学之研究实验室。过去两年吾人之心力集中于分光学之基本设备与训练助教及研究生作理论与实验研究。……为时仅两年,然吾人工作之成绩发表于国内外物理学杂志者已在十篇以上。诸已发表者虽于原子与分子构造及电路理论多方面皆曾涉及,然非以此自限也。限于经费,限于设备,故于选择研究范围不得不尽量缩小耳。将欲发展此系统使尽其可能,吾人曾经过长时间之考虑以为上表所列诸项实为必要而必不可缺者,其详见于附录一,兹次第说明大概:

  (四)分子红外光谱之研究结果所给予吾人分子与结晶体构造知识有非能得自他种方法者。本系教授中有二人曾在美国密西根大学及法国拉康姆实验室对此类问题研究有充分之经验与清晰之认识,故此间进行是项工作可收事半功倍之效。尤可引为欣幸者则本系已得密西根大学之允许为本系特制是项研究所必需之光栅与三棱镜等,凡此固非金钱所能买也。

  可见,饶毓泰并不是一个目光短浅,仅仅盯住自己研究领域与研究专长的学术机构领导人,他深知物理学研究的前沿及其发展方向,计划在已有光谱学与原子分子结构研究基础上进一步扩展研究领域,将北大物理系建设成为一个“原子物理学与分子物理学之研究实验室”。他作为一个学术机构领导人的广阔视野与敏锐眼光,在战后欲将北大物理系建设成为世界原子物理学中心的计划中表现得更为充分。

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