作者:劉潔 黃爍 呂文娟 嶽影
■劉潔 黃爍 呂文娟 嶽影
陳式剛(1935— )
理論物理學家,中國科學院院士。1935年11月出生於浙江溫州。1958年從復旦大學物理系畢業後被分配到中國科學院物理研究所,主要開展超導理論和輸運過程方面的研究。1963年調至第二機械工業部第九研究所(中國工程物理研究院前身)工作,從此與“核”結緣。在60多年科研生涯中,從事前沿基礎理論研究和核武器基礎理論研究及設計,為我國核武器事業作出重要貢獻,也是我國上世紀八九十年代開展混沌理論和強場物理研究的開拓者之一。2001年當選為中國科學院院士。
如果你一生都在做你喜歡做的事,你的人生就是快樂的!
——陳式剛
天氣晴好的上午,理論物理學家、中國科學院院士陳式剛喜歡在科研樓前的空地上打上一會兒太極拳,一招一式收放自如、舒展大方,如行雲流水。
生命不息,求索不止。在60多年的科研道路上,陳式剛奮鬥的腳步從未停下。雖然已經86歲高齡,但他依舊關注科研動態,思考著物理世界的基礎問題。
因與“老科學家學術成長資料採集工程”結緣,我們有幸走近並瞭解了陳式剛的學術人生——中學時期自學微積分並開始閱讀愛因斯坦的《廣義相對論》;在復旦大學物理系求學時撰寫論文投稿《物理學報》;在中國科學院物理研究所工作5年間嶄露頭角,發表多篇論文;從事核武器研究期間,主持了4個型號國防武器的理論研究和設計工作;上世紀八九十年代起,開拓混沌理論和強場物理等前沿物理研究;作為中國工程物理研究院首批博士生導師,培養學生30餘名……
這位從戰火和動盪中走來、歷經隱姓埋名的悲歡離合、在艱難困苦中攻堅克難的耄耋老人在回顧自己一生時十分淡然,“如果你一生都在做你喜歡做的事,你的人生就是快樂的”。
陳式剛用“快樂”二字,為自己的一生做出如是註解。
少年有志,樂在思考
“我沒有什麼愛好,我只喜歡思考,在思考中我享受快樂。”採訪中,陳式剛這樣說。
喜歡思考並享受思考中的快樂,從陳式剛的少年時代即已開始。與同齡人不同,那時他從不覺得思考深奧的數理問題有多枯燥,反而,越難懂的問題就越有興趣探索。
“地球圍繞太陽公轉的軌道是一條橢圓軌道,太陽位於其二焦點中之一處。”中學地理課堂上老師的一句話引起了少年陳式剛的好奇心。他開始思考,這樣的結論是如何得出的呢?於是他四處尋找相關書籍,學習理論力學相關知識,最終知道了是如何透過牛頓動力學方程推匯出了這個結果的。那一刻,陳式剛無比快樂,似乎享受到了探索奧秘的成就感。
據陳式剛的中學同學陳式蘇回憶,他們就讀的溫州中學學習氣氛很濃,除了學好課堂上老師教授的知識之外,同學們到處找課外書看,但陳式剛看的書會比大家看的“高一個檔次”,“還記得我在看一本關於機械的書,要看好半天才明白,而陳式剛已經在看《廣義相對論》了”。
陳式剛很早就確認了自己對物理的迷戀,那時他常常輾轉於圖書館和各家書店。一天,他在溫州當地的商務印書館發現一本《廣義相對論》,當看到書裡密密麻麻的公式時,心中有種如獲至寶的興奮感,而這本書當時學校和圖書館都沒有。
就這樣,一本被大眾視為“天書”的《廣義相對論》進入了陳式剛的視野,併為他點亮了一盞燈,引領著這位少年朝著理論物理研究的道路邁進。
1954年,陳式剛如願考上自己的第一志願——復旦大學物理系。
來到大學校園,豐富的學習資源和良好的學習環境讓他能夠廣泛地閱讀、安靜地思考。他如痴如醉。除了課堂上老師傳授的內容,他還藉助圖書館的書籍和資料室的文獻儘可能多地汲取物理知識。
爭分奪秒,樂在探索
正如愛因斯坦所說,“在天才和勤奮之間,我毫不遲疑地選擇勤奮,它幾乎是世界上一切成就的催生婆”。進入大學的陳式剛只爭朝夕,經常泡在院系圖書館閱覽室裡,查文獻、讀論文,追蹤瞭解科學前沿進展。
漸漸地,他對物理學的一些前沿問題產生了濃厚興趣。理論性越強的問題對他吸引力越大,他花費的時間和精力就越多,鑽研也就越深。
陳式剛開始研究一些自己琢磨出的題目,比如,在假設電荷是不變數的情況下,可以推匯出運動電荷產生的磁場;並由此推演,以四維電流為源,由洛倫茲不變可得到麥克斯韋方程。這在今天看來很普通的事,但那時的陳式剛並沒有讀過相關論文,完全靠自己思考、探索與研究。由於中學時已對相對論有所瞭解,他打算將上述想法推廣,以寫出洛倫茲系統中完全的引力方程,其右邊包含引力場的能量動量張量,這將是一個無窮級數……終於,他完成了一篇有關狹義相對論中引力理論的文章,投到了《物理學報》。
當時,物理系老師倪光炯得知情況後,鼓勵陳式剛在校慶報告會上做報告。這極大地鼓舞了他繼續探索科研的信心。
對陳式剛來說,那段時間是一種接近於苦行僧但自得其樂的生活。
快樂一直潛伏在探索深處——當他發現有人把愛因斯坦方程寫成了他所設想的形式時;當他在文獻中認識到愛因斯坦思想的深刻性時;當他看到愛因斯坦把引力理解為時空性質,並非常簡明地寫出完美的方程式時;當黑洞的發現和宇宙學觀測證實了這種理解的深刻性和正確性時……他為之陶醉、興奮。
只是,為了這樣的快樂時刻,陳式剛付出了超出常人的努力。
一次,他在系圖書館看到一本新出的俄文版《量子場論》(伊凡寧柯著),想自己買一本慢慢研究,便省出一些飯錢用來買書。他從復旦大學所在的邯鄲路走到了福州路上的外文書店,往返4個多小時,終將這本新書買了回來。
1958年,憑藉這份勤奮與對知識的渴求和執著,陳式剛以優異的成績完成了大學學業。
夙興夜寐,樂在拼博
依靠國家助學金完成大學學業的陳式剛,畢業後終於有了報效祖國的機會。
採集過程中,我們在陳式剛的人事檔案中查到了1958年大學畢業分配時他填寫的工作志願表。年輕的陳式剛用青澀的筆觸寫下自己的拳拳報國之心——工作性質:到祖國最需要的地方去;無論科學的理論工作與實證科學;基礎物理理論工作。工作地區:到最艱苦的地方——邊疆去基層去;科學研究中心所在地。
1958年10月,陳式剛被分配到中國科學院物理研究所(以下簡稱物理所)第七研究室,開始從事凝聚態理論和統計力學的研究工作。那時的年輕人總憋著勁兒想為國家做點事,陳式剛也是如此,一入職便開啟拼搏模式。
1959年,蘇聯物理學家弗拉索夫教授訪問物理所並作學術報告。報告期間,有一公式一時手誤,被陳式剛指出並更正,弗拉索夫甚為驚訝。聽完報告,陳式剛根據他的思路,很快就從弗拉索夫方程中進一步推匯出更多有意義的解。這深得弗拉索夫的青睞,當即邀請陳式剛隨他前往蘇聯留學。陳式剛卻覺得留在物理所更適宜做自己感興趣的事,婉拒了這一機會。
1962年,陳式剛在《物理學報》發表第一篇獨立撰寫的論文《關於熱的輸運過程的動力學理論》,之後又連續在《物理學報》發表了《量子統計中的線性輸運係數理論》《強磁場下橫向輸運過程的微擾理論》兩篇論文。
幾篇論文刊出後,很快引起學界關注,年輕的陳式剛在理論物理研究方面初露鋒芒。
隱姓埋名,樂在報國
1963年初的一天,時任物理所七室主任李蔭遠把陳式剛叫到辦公室談話。這次談話,悄然改變了陳式剛的人生軌跡。
李蔭遠告訴他,組織上決定讓他到一個保密單位從事與中子、等離子體物理及統計物理有關的重要研究工作。陳式剛立馬猜到了是怎樣的工作性質,欣然同意。
是年4月,27歲的陳式剛從物理所調入第二機械部第九研究院(時稱九所),報到後和人事部門的談話肯定了他的猜想。當時的新中國形勢嚴峻、內憂外患,為了國家和人民的安全,中國一定要有自己的核武器,唯有研製原子彈、粉碎核訛詐,才能讓中國自信而強大地屹立於世界民族之林。
在嚴格的保密教育中,陳式剛明白了自己承擔的神聖使命——這是學以致用、報效祖國的大好機會,即使隱姓埋名、放棄已有重大進展的科學研究工作,也義不容辭。
陳式剛被分配到理論部狀態方程組。理論部是核武器研製系統的重要部門,朱光亞、鄧稼先、周光召、于敏、黃祖洽等專家都在這裡工作。1963年初,原子彈研製已經處於理論探索的關鍵階段,當時九所缺少研究量子多體問題的人才,陳式剛在物理所從事的工作正與此有關,可以幫助解決工作中的實際問題。
鄧稼先當時是理論部的負責人。剛一上班,鄧稼先就找陳式剛談話,讓他配合自己用“多體問題”的方法研究物態方程。從鄧稼先的眼睛裡,陳式剛看到了信任和期望。
直到現在,陳式剛仍對那段與鄧稼先一起工作的寶貴經歷記憶猶新:兩人並肩坐在辦公桌旁,鄧稼先把他之前已經完成的用“多體問題”方法研究物態方程的成果又一步一步重新推導一遍。在此過程中,鄧稼先像請教老師那樣,讓陳式剛幫忙檢查推導過程。遇到困難時,就與陳式剛深入討論,不放過任何蛛絲馬跡……如此這般研究、討論兩個星期後,他們終於把研究工作中的難題解決了。
透過這半個月的共同工作,鄧稼先強烈的責任感、嚴謹的工作作風、執著的探索精神和學術民主的思想,給年輕的陳式剛留下了深刻印象。與此同時,周光召也找陳式剛共同進行輻射輸運物理方面的研究。
1964年10月16日,我國第一顆原子彈爆炸成功,陳式剛熱淚盈眶。能夠用自己的專業知識解決原子彈研製中的問題,他感到無比欣慰和幸福。
自1963年至1978年的15年間,陳式剛將最美好的青春年華獻給了祖國的核武器事業,不論條件多麼艱苦,始終堅持忠誠奉獻、艱苦奮鬥、協作攻關的精神,奮鬥在核武器研究和設計工作的一線。同時,他以小組長的身份鼓舞著並肩作戰的同志們共同進步。在他的組織下,他所在的課題組獲得“先進集體”光榮稱號。
提起這段隱姓埋名、團結奮鬥的歷史,陳式剛坦言,這是一項為國防事業作貢獻的工作,也是值得他一生自豪的工作,“歷史和現實都表明,沒有強大的軍力,就會被人欺負。事關國家安全,我們應該盡力把它做好”。
他引用愛因斯坦的名言來總結自己15年的核武器研究工作:“在學校和生活中,工作的最重要的動力是工作中的樂趣,是工作獲得結果時的樂趣,以及對這個結果的社會價值的認識。”
快馬揚鞭,樂在拓新
在開展核武器物理攻堅克難的階段,時任九所理論部主任的周光召就曾多次強調:研究所應找少數人從事基礎研究,這對於我們今後的發展至關重要。1978年,陳式剛向所裡提出組建基礎研究團隊的建議,很快得到批准。不久,九所正式成立了一個理論物理和應用數學的研究組,後來發展壯大為頗具規模的基礎理論研究室。
改革開放後,我國的基礎科研有了一個重新學習、趕上世界前沿的機會。陳式剛開始開展前沿基礎理論研究工作,他在理論物理方面的研究範圍十分廣泛,包括非平衡態統計力學、凝聚態理論、非線性科學與強場物理等前沿基礎課題的研究。
多年的奮力拼搏,讓陳式剛收穫了累累碩果:在非平衡統計物理研究中闡明如何從久保輸運係數形式公式獲得具體、正確的輸運係數,並獲得了強磁場下橫向輸運係數;在對映、混沌、符號動力學、混沌控制與同步等方面獲得多項成果,特別是對耗散系統,在引數軸上、週期軌道形成區間、混沌軌道為離散的點集情況下,論證了單峰映象混沌區測度達90%;對非微擾多光子閾上電離的研究,改進和拓寬了Keldysh理論;用半經典理論計算發現了電離電子與離子多次散射對能譜和角分佈的重要影響;研究了多光子區、隧穿區與穩定化區雙色光電離與雙色光初始相對相位的關係,發現穩定區的電離率隨相位變化幅度可達2~3個量級……
2001年11月,陳式剛因在理論物理領域的卓越建樹當選中國科學院院士。
陳式剛所涉及的研究領域“廣到不可思議”,這從他指導學生的研究方向可略窺一二。跟隨陳式剛研究興趣的變化,他的學生中有研究混沌的、研究強場的、研究非線性的、研究湍流的、研究高溫超導的、研究流體動力學的、研究格林函式的、研究輸運的、研究氣泡核聚變的、研究心臟電動力學的……2005年最後一位博士生入學時,陳式剛又帶著學生開始研究螺旋波了。
在學生們眼裡,“陳老師一生研究了這麼多個領域,內源動力是他對萬物的興趣感和求知慾。現在雖然年紀大了,陳老師卻依然保持著孩童一樣強烈的好奇心。他對外界很多世俗的事情沒有太高的慾望,但是對科學界和自然原理的求知慾非常強烈”。
進入晚年的陳式剛一直沒有停下科研的腳步。在2020年“陳式剛院士85歲華誕暨學術思想小型研討會”上,陳式剛作了題為《引力的量子化問題研究》的學術報告。報告內容涉及廣義相對論、圈量子引力、正則形式中的時間問題、雙黑洞合併時來自視界的回聲、伽馬暴中的零洛倫茲破缺、空間切噪聲、大爆炸的量子性質、圈量子宇宙學宇宙微波本底角分波的偶極分佈等前沿內容……徜徉於自然原理中的陳式剛,採擷宇宙浩瀚星辰大海盡入筆端,一如既往地沉醉而悠然。
“在科學研究中,我覺得有很大的樂趣。”陳式剛說。
(作者均為陳式剛學術成長資料採集小組成員)
▲1977年,陳式剛(前排左三)領導的小組獲“先進集體”榮譽後合影。照片題詞為陳式剛所寫。
延伸閱讀
報國恩赴湯蹈火 盡責任薪火相傳
作為中國工程物理研究院第一批博士生導師,陳式剛從上世紀80年代起指導了30多名碩士、博士、博士後,為國家培養了一大批優秀人才。
而老一輩科學家“愛國奉獻、艱苦奮鬥、協同攻關、求實創新、勇攀高峰”的學術精神,“淡泊名利、寧靜致遠”的高尚品格,也透過陳式剛的言傳身教,潛移默化地給了他的學生們。如今,他培養的學生已經成為各領域的中流砥柱。
在採集過程中,陳式剛的同事和學生對其學術、生活、品格的感受與理解,增加了採集小組對這位學者的立體感知——
“像點穴一樣,無論多麼複雜龐大的物理問題,陳老師都可以非常精準地把握核心關鍵節點,並點出其中的問題所在。他的洞察能力強大到令人歎服。”
“陳老師是真正的學者,是真正做學問的人。就拿他做的報告來說,滿螢幕的公式,每一個公式陳老師都會認真推導與解釋。他一直在做科研,這麼多年來始終在一線。”
“讀書時我們都說,有問題就問陳老師,他從不會不耐煩,永遠都會耐心解答。甚至有時問完問題我們自己都忘了,沒想到幾天後陳老師會查好文獻、推導好公式來找你討論。和陳老師的認真相比,我們很慚愧,因此會不由自主地向他看齊。也正是因為陳老師的嚴謹和超高洞察力,我們偶爾甚至會害怕向他問問題,他的火眼金睛會令任何研究中的瑕疵纖毫畢現。”
“跟隨陳老師求學的幾年對我的人生有永久影響。他寧靜致遠的態度、認真嚴謹的學風,讓我至今受益無窮。陳老師做學問不是為了別的,是發自內心對學問和未知的渴求。希望我能將陳老師的這些可貴品質傳承給我的學生。我將比照陳老師做事的方式,即使達不到他的層次,也感到安心了。”
“陳老師的研究不僅涉及多個學科領域,而且在這些領域都取得了成果,並不只是蜻蜓點水、淺薄涉獵。這麼多年,每次聽陳老師的報告都不一樣,他一直在學新的知識。這種好學精神不僅體現在學術研究上,也體現在生活的方方面面。比如2005年左右,國內剛開始用PhotoShop、Moviemaker軟體時,陳老師就已經開始自學照片處理和影片剪輯了。當遇到電腦上的問題,他都是先自己摸索,再與人探討。陳老師也非常熱愛生活,當年我在國外的時候和陳老師討論一個問題,說到植物,陳老師立馬拍攝了窗外的爬山虎發給我。聊起易經、八卦圖,陳老師也稔熟於胸。他用強大的邏輯將這些知識串成一串兒,甚至和物理知識融會貫通。他外表寧靜,但內心其實非常豐富。”
……
採集小組在蒐集陳式剛學術成長資料的過程中,從點點滴滴的線索中看到的始終是一個將夢想付諸行動的“年輕人”——幹事業不計名利、為國家不懈奮鬥。而今在他帶領的學生中,我們又看到了一個個繼承貫徹這種思想的“後浪”。而這,正是我們這個時代奔湧向前的動力之源。
陳式剛曾在不同場合多次提及愛因斯坦關於工作與興趣的理念:“瞭解自己的天性;做你喜歡的事;盡你所應盡的社會責任。”這是一位心無旁騖的老科學家對於這個世界的看法,也是他與所有年輕科研人員共勉的肺腑之言。