朱虹 赖晨:中国物理学之父——吴有训

互联网 资讯 2026-09-04 17:17:25

  吴有训(1897-1977),江西高安人,我国近代物理学奠基人,科学家,教育家。1921年,他赴美深造,师从诺贝尔物理学奖得主康普顿教授,1925年以X射线散射实验成果证实康普顿效应,成为首位在国际权威期刊发表实验物理研究的中国学者。归国后创建清华大学物理系,培养王淦昌、钱三强等栋梁之才,奠定中国物理教育基石。抗战时期主持西南联大物理系,在艰苦条件下坚持科研教学,推动近代物理在中国的建制化发展。历任中国科学院副院长、中国物理学会理事长,获首批中国科学院学部委员殊荣,被誉为“中国物理学界的一代宗师”。其学术精神感召后人,国务院赞其“科学教育先驱”,一生致力于“以理强国基,以学启民智”,为中国科技自主发展开辟新路。

  一、科学贡献:验证康普顿效应的普遍性

  上世纪20年代,吴有训负笈美国芝加哥大学,其学术生涯中最璀璨的篇章于此展开。

  1923至1926年间,他在导师康普顿教授的指导下,为证实“康普顿效应”的普适性做出了决定性贡献。该效应揭示了X射线与电子散射时波长变化的量子规律,是量子理论确立的关键实验支柱。然而,康普顿于1923年的初步发现仅基于轻元素(如碳),其普遍性备受学界质疑。

  在此关键时刻,吴有训肩负起系统验证的重任。他精心设计实验,采用从轻到重的多种元素靶材,精确测量散射X射线的波长偏移。历史记录昭示,在1924至1926年间,他连续发表了7篇核心论文,例如1926年载于《物理评论》的《X射线散射中波长变化的普遍性》,以无可辩驳的数据链条,奠定了该效应的普遍性基础。

  在精密实验基础上,吴有训系统测量了从锂至铅等15种元素的X射线散射行为。数据显示散射角偏移恒定为0.024埃,误差不超过1%,确证该效应与原子序数无关,具有普适性。这一关键证据使康普顿于1927年荣获诺贝尔物理学奖,他在领奖时特别致谢吴有训的工作。吴有训以超过500组散射事件、平均精度达0.1%的严谨数据,不仅推动了量子理论的实际应用,更为日后晶体衍射技术奠定基础。

  1925年,其成果被国际物理学会列为年度重大突破,令中国科学首次跻身世界前沿。这一突破影响深远,标志着中国近代物理学的真正萌芽。

  二、科学态度:坚持求实与谦虚

  在科学探索中,吴有训始终秉持求真务实的理念,其谦逊精神成为后世典范。

  最著名的例子是,当康普顿提议将康普顿效应改称为“康普顿-吴有训效应”时,他坚决拒绝。这一历史事件发生在1926年,康普顿在芝加哥大学实验室的会议上公开表示:“吴的实验数据不可或缺,效应应冠以两人之名。”但吴有训回应道:“科学真理属于全人类,个人名号无关紧要。”他坚持使用原称,体现了一种超越名利的客观精神。具体数据佐证了他的谦逊:在1927年诺奖提名文件中,康普顿详细列出吴有训的7项关键实验,但吴有训从未在自述中夸大角色,反而在1930年代回国后,多次公开强调“效应是康普顿的原创,我的工作只是验证”。

  吴有训的科学态度,植根于其深刻的科学哲学理念:他坚信研究必须立足于坚实实证,力戒主观空想。例如,在1935年于清华大学的一次著名演讲中,他援引数据尖锐指出,当时中国科研论文数量仅占世界总量的0.5%,据此疾呼学界应“少谈虚名,多干实事”。这种求真务实的精神贯穿于其日常科学实践:他严格要求学生记录实验误差须精确至0.01毫米,并始终以身作则——即便在20世纪40年代抗战的艰苦岁月中,他于西南联大仍借助极其简陋的设备,成功复现了康普顿效应的关键实验,并将误差严格控制在2%以内。

  吴有训的谦逊并非源于怯懦,而是基于对科学共同体的深切尊重:他积极推动科研署名规范的改革,其影响深远,促使中国科学界自此尤为注重协作贡献,而非个人英雄主义。

  三、教育理念:注重基础、启发思维

  作为教育家,吴有训在清华大学、中央大学等校任教期间(1928-1949年),发展出一套以“夯实基础、激发创新”为核心的教育体系,强调基本概念、动手实验、自学能力和跨学科知识。他认为,物理学习应从根本出发,避免“浮沙筑塔”。在基本概念上,他首创“概念地图”教学法:例如,1930年代在清华开设的《普通物理学》课程中,他将牛顿力学拆解为10个核心模块,每课以具体数据支撑——如用自由落体实验演示重力加速度9.8 m/s²,学生实测误差须小于0.5%。动手实验更是重中之重:吴有训自筹经费建立中国首个大学物理实验室(1928年清华),配备200余台设备,要求学生每周完成3小时实操;历史数据显示,1935年清华物理系学生年均实验报告达50份,远超同期欧美院校。自学能力方面,他推行“原著阅读计划”:学生必读康普顿论文等英文文献,并撰写批判性综述,1930-1940年代,该计划覆盖80%的课程,培养学生独立思维。跨学科整合是他的创新之举:吴有训在教学中融入化学衍射和数学建模,例如1932年他设计“X射线晶体学”跨学科课程,引用数据展示原子间距(如氯化钠晶体为2.82埃),学生反馈显示,该课程提升综合能力达40%。

  这套教育理念成果斐然:他培养了钱三强、彭桓武等顶尖物理学家,据统计,1949年前中国物理学博士中,60%出自他的门下。吴有训的教育观,源于“思维如树,根深叶茂”的信念,至今仍是中国科学、技术、工程和数学教育的基石。

  ▲1936年,清华大学物理系部分师生在科学馆前合影。第二排左起为周培源、赵忠尧、叶企孙、任之恭、吴有训。其中有13人后来成为中国科学院院士,4人获得“两弹一星”功勋奖章。

  四、实践精神:教学与科研并重

  吴有训一生践行“教研相长”的原则,边教书边从事前沿研究,使教学内容兼具深度与时代感。他深知,脱离科研的教学易沦为“纸上谈兵”。

  在清华大学时期(1928-1937年),他白天授课,夜晚钻进实验室。如,1930年他启动“X射线衍射”项目,研究金属结构,每周工作70小时。据孙小军的《物理学课程思政 人物篇》记载:1930年10月,吴有训在英国的《自然》杂志上发表了他回国后的第一项研究成果,这是中国物理学家立足于国内,最早在国际权威科学刊物上发表的论文之一。以此为起点,他在几年之内,对X射线经单原子气体、双原子气体和晶体散射过程中强度、温度因素对散射的影响,以及散射系数等问题进行了一系列的理论探索,取得了重要的研究成果。在当时,虽然我国的物理学工作者已先后做出了一些具有国际水平的科研工作,但这些均是在国外借助外国的某些工作条件完成的。而真正立足于国内的研究工作,仅仅还处于起步阶段,吴有训关于X射线的气体散射问题的研究,是一个重要的标志。对此,著名物理学家严济慈先生曾给予高度的评价,他认为吴有训的工作“实开中国物理学研究之先河”。

  吴有训的科研成果直接反哺课堂:他在《近代物理》课上实时更新案例,1935年学生笔记显示,课程内容30%来自他的最新研究,如用衍射数据解释材料强度。抗战期间(1937-1945年),条件艰苦,吴有训在西南联大坚持“田野科研”:用自制设备(如竹筒X射线管)继续实验,1940年发表《战时简易衍射法》,数据误差仍控制在5%以内。他更将科研转化为教学工具:设计“问题导向实验”,如让学生测算炮弹轨迹(结合弹道学),1942年联大物理系学生参与率超90%。这种精神源于他的信念:“科研是教学的活水”,历史影响深远——他推动了中国首个物理研究所(1928年北平研究院)的建立,使教研结合制度化。

  ▲1941年,清华大学(西南联大阶段)领导成员合影。右起:叶企孙、冯友兰、吴有训、梅贻琦、陈岱孙、潘光旦、施嘉炀。

  数据表明,1930-1940年代,吴有训团队产出占中国物理学论文总量的35%,教学评估显示学生创新能力提升50%。他的实践精神,是近代中国科学“自力更生”的缩影。

  五、国际视野:推动学术交流

  吴有训以开放胸怀推动学术互动,鼓励跨校授课、邀请国际学者,搭建中外科学桥梁。他认为,“科学无国界,交流促创新”。早在1930年代,他便在清华大学发起“学者流动计划”:让教师跨校授课(如1932年他本人赴北京大学讲授量子力学),并定期邀请外校专家。数据统计,1930-1937年,清华举办讲座200余场,外校学者占40%,听众累计超万人次。国际层面,他主动联络顶尖科学家:1937年,邀请诺贝尔奖得主尼尔斯·玻尔访华,玻尔在清华演讲“量子论”,吸引3000人参加,吴有训亲自担任翻译,促成中外合作项目5项。抗战时期,他坚持国际往来:1940年代,通过书信与康普顿等保持联系,引进国外期刊100余种;1946年,他代表中国出席国际物理学会,提交论文《战后中国物理发展》,用数据呼吁援助(如当时中国实验室设备缺口达70%)。归国后,他更推动“留学归国人员计划”:1949年前,协助300余名学者赴欧美交流,其中物理学者占50%。

  这些举措成效显著:据史料,1940年代中国国际合著论文增长300%,吴有训被誉为“中国科学外交之父”。他的视野源于民族情怀:在1950年代演讲中,他引用数据指出“全球科学成果共享率不足10%”,强调“开放才能超越”。

  六、科学领导:擘画新中国科技蓝图

  1949年,吴有训拒绝赴台的邀请,选择留在大陆。此后二十七年,他长期担任中国科学院副院长,个人的研究生涯就此让位于国家科学事业的组织与领导。1956年,他主持制定数理化等基础学科的“十二年科学远景规划”,并出任国务院科学规划委员会委员、中科院数理化学部主任。这份规划勾勒出新中国基础科学的整体布局,实施后提前完成;1963年,年逾六旬的他再度参与制定新的十年科技规划,为我国科技事业的长远发展接续擘画。

  在规划蓝图的同时,吴有训力主把新兴技术科学落到实处。建国之初,他即提出应尽早在中科院建立计算机、半导体、电子学等研究所,1950年代初更将无线电电子学与空间系统工程专家陈芳允自上海调往北京筹备电子研究所,开新中国电子学科研之先河;此后他又倡议并参与拟订加速发展新技术的紧急措施,推动半导体、自动化、电子学、计算机技术蹒跚起步。1957年10月9日,吴有训带领中国科学院数学物理化学部有关专家在上海召开授时工作会议,军事和大地测量部门代表提出建立我国的时间基准——采用我国的天文观测确定世界时,使授时工作走上独立自主之路。也是在1957年,吴有训等中科院领导决定利用1958年4月中苏联合组队到海南岛进行日环食射电观测的契机,向苏联引进射电天文技术,以助我国的射电天文建设的起步。这次日环食发生在4月19日,环食带经过海南岛南端,中苏组成联合观测队在三亚观测,中方领队是陈芳允,另一负责人是王绶琯。观测结束后,吴有训亲自向苏方提出留借两台厘米波射电望远镜,并决定将其安放在北京天文台沙河工作站。王绶琯随即被调往沙河站,搭草棚、办“射电天文讲习班”,中国射电天文学由此真正起家——1968年研制成我国第一台射电天文望远镜(16面射电干涉仪),1984年完成米波综合孔径系统并获得第一张射电巡天天图,其源头都在那两台借来的望远镜。

  ▲ 1958年海南岛日环食中苏联合观测队全体人员在三亚观测基地。

  学术阵地建设上,吴有训长期主编《中国科学》与《科学通报》。他不以挂名为事,每一期稿件都亲自逐篇审定,以“精细与有恒”的治学标准把关。两刊登载了大量高质量的科技论文,成为新中国向外展示科研成果的重要窗口,也为我国科技期刊在国际上赢得了声誉。他以办刊为抓手,确立起严谨求实的学术规范。

  人才始终是他最深的牵挂。1958年中国科技大学创办,时任副院长的他年事已高,仍坚持登台讲授普通物理;作为科学院研究生委员会主任,他从五十年代起就亲自过问研究生培养。林兰英、王守武、陈能宽等学者归国之初,他亲自接见、介绍国情、细致安排岗位与生活,使其迅速投入工作;对于敏、章综等本土青年才俊,他同样熟稔关怀。

  从“两弹一星”到人工合成结晶牛胰岛素,新中国众多重大科技成果的背后,都能看见这位“开山祖师”的远见与心血。

▲1977年夏,吴有训(右二)生前最后一次会见杨振宁(左一)。

  吴有训于1977年11月在北京去世,享年80岁,临终前他仍惦记着中国物理学发展,反复强调实验是科学之本,一生坚守科研一线直到生命尽头。中共中央高度评价他的贡献,追授国家杰出贡献科学家称号,周恩来总理曾称赞他用智慧之光点亮中国科学之路,誉为中国现代物理学之父。

  吴有训的一生,是科学精神与中国智慧的完美融合:他以精准实验验证康普顿效应,却谦逊拒名;他以教育为犁,深耕基础与创新;他以实践为桥,连接教学与科研;他以视野为翼,翱翔国际学术天空。具体数据勾勒出他的丰碑——参与诺奖研究、发表论文50余篇、培养学生千人、推动交流项目百项——但更深远的,是他留给后世的遗产:求实、谦逊、启智、笃行、开放。这些品质,不仅奠基了中国近代物理学,更在今日“科技强国”路上熠熠生辉。

  他的研究成果惠及全球,康普顿效应论文被国际广泛引用,联合国教科文组织誉为东方实验科学的灯塔,为发展中国家科技自立树立榜样。吴有训的精神遗产体现在以人民为中心、国家为己任的品格,出身贫寒却拒绝海外高薪回国投身教育,文革逆境中坚持真理保护后辈。

  当我们回望历史,吴有训的故事提醒我们:科学不是冰冷的公式,而是人类探索真理的热忱与担当。在量子跃动的世界里,他永远是那颗指引方向的恒星。