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近代建筑声学在中国的奠基(三)

——以清华大礼堂听音问题校正为中心的考察

●姚雅欣 杨舰 田芊

  四、中国建筑声学奠基何以源自清华

  近代建筑声学在中国的奠基,源自清华大礼堂听音问题校正,叶企孙创建的清华物理学系开创了建筑声学在中国的实验和研究。同时,叶企孙敏锐地意识地建筑声学学科之于中国科学体系建构和国家社会需求的战略意义,通过清华大学留美公费生制度,中国科学家在国际建筑声学前沿取得了理论创新,培养出20世纪50年代引领中国声学事业迅速崛起的科学家马大猷。那么,近代建筑声学在中国的奠基,何以与清华有如此深厚的渊源?

  客观上,美国建筑师墨菲设计的清华大礼堂,在埋下听音困难隐患的同时,也埋下化解隐患的需求,尽快运用建筑声学理论求解现实难题成为必然,清华大礼堂作为研究对象开启了中国建筑声学研究。当然,求解清华大礼堂听音困难可以就事论事地完成,但是此后十余年中,叶企孙仍然为确立中国建筑声学事业奠基,作为构建中国科技发展蓝图的一部分。从1925年至1940年,清华之于近代建筑声学在中国奠基的意义,既得益于叶企孙的科学精神与科学眼界,也离不开清华的科学教育、学术环境与制度环境。

  清华大礼堂听音问题研究与清华物理学系的创办与成长同步。对于清华大礼堂听音问题的科学认识,无论叶企孙小组还是蔡方荫,其敏锐的科学感知力和科学方法蕴含着清华物理教育的精神。

  清华的物理教育,以培养学生主动的研究能力为目标。大学部成立前的清华学校,已注重“养成物理的概念及习用科学的方法,了解日常生活物理上之意义,并得他日精研纯粹科学及应用科学之基础。”

  “于物理定律定理之研究,力求应用定量方法,又于注重根本原则之外,兼求令学生习知现代物理学上之进步。在选择讨论及试验材料之时,就各生将来欲专习之科目,如农、工、医或纯粹科学,加以相当注意。试验室工作,务令习于测算之精确及科学研究之方法。” 为培养可堪专门研究重任的人才,对于“各系课程多不取严格的限制,在每专系必修课程之外,多与学生时间因其性之所近,业之所涉,以旁习他系之科目。”习得规定的学分,只表明已修毕课程若干门,惟通过各系的毕业考试,才真正考核“学生对于其所专修之学科是否已有系统的了解、透彻的领悟,而能用其所学以应社会之需要。”

  物理学系成立之初,课程训练方针十分明确,“是要学生想得透;是要学生对于工具方面预备得根底很好;是要学生逐渐的同我们一同想,一同做;是要学生个个有自动研究的能力;个个在物理学里边有一种专门的范围;在他的专门范围内,他应该比先生还懂得多,想得透;倘若不如此,科学如何能进步?”课程设置遵循“理论与实验并重”的方针,规定以物理系作为主系的学生,至少需修满五十学分,其中包括实验十二学分,理论二十四学分;每星期实验一次,每次时间在二至三小时;还需必修微积分、微分方程和大学普通化学,这使物理系学生具备深厚的自然科学基础。人才培养“重质而不重量”,专修物理学的人数严格限制在每班不超过十四人。同时面向不同层次的社会需求,学生毕业后无论从事研究、应用或中等教育,皆为德才学识精进的良才。 1929年第一级大学毕业生施士元、周同庆、王淦昌分别出任国立中央大学、北京大学和山东大学物理系教授或主任,清华物理系开始为国内物理学界输送研究人才。

  清华大礼堂听音问题校正,由一个现实问题引申为科学研究进而向确立一门学科的战略拓展,得益于清华大学理工融通的学术品格。30年代,叶企孙、吴有训先后主持的清华大学理学院十分重视科学基础理论研究,以应用于社会延伸其触角;顾毓琇主持的工学院积极发展应用科学,强调以基础理论筑实根基;梅贻琦长校以来,面对国家的迫切需要,主张理工并重,以理导工,设立工学院重在培养通才工程师。物理学系叶企孙、吴有训、萨本栋、周培源、赵忠尧、任之恭等著名教授,则是理工融通、知行并重的垂范者。他们看来,基础科学和应用科学之间没有严格的分界线,今天是基础研究,明天转为应用研究,二者完全是统一的。他们从事物理学前沿的研究与教学,课程设置“理论与实践并重”,对于实验特别规定“学生选修实验课的学分,不得少于理论课的二分之一。”

  1929年,清华大学理学院成立,物理学系主任叶企孙首任理学院长,后由吴有训教授继任。他们主持的理学院,在打通基础学科间联系的同时,注重与工科教育的渗透,物理学系在相关学科关联和研究深度上都获拓展。为自主培养从事高深学术研究的人才,物理学系首开清华大学研究生教育之先,1929年成立物理研究所,开设物质磁性与光学、X射线、无线电学、理论物理学、原子核物理学等研究方向,由专任教授指导。三十年代清华大学物理学系成为全国学术中心之一,“理科书籍,约在八千册左右;西文杂志,四百余种;中文杂志,三十余种;成套旧杂志,三十余种;图书费每年五万以上;仪器标本,约值国币三十五万元。” 清华物理系推进了形成期中国物理学渐臻隆盛。“1930年至1933年的四年内,国内物理、化学领域重要论文共有16篇,清华物理系为9篇。”(严济慈语)1932年8月,中国物理学会成立大会在清华大学举行,物理系教授多届连任学会领导职务。在成立不到七年的时间里,清华物理系逐步实现建成中国“莱顿实验室”的理想,成为中国物理研究、教学与人才培养的中心,并开始在国际学界展示中国物理学的独立形象。因此,依托于高水平的科学研究氛围,奠基于理工融通科学基础之上的中国近代建筑声学,在追踪国际建筑声学前沿研究的过程中,孕育着科学创新的生机。

  叶企孙、马大猷作为近代建筑声学在中国的奠基者,以他们为中心的中国早期建筑声学研究群体,怀着“科学救国”的共同价值取向,从国家战略和“学术独立”的高度谋划科学发展。1936年,叶企孙拟定清华大学第四批留美公费生专业,在物理学门中注重电音学方向作为培养建筑声学人才的路径。按在国内制定的研究计划,马大猷第一年习建筑声学,第二年加习超声波、信号测量等问题,延长期进入电音仪器工厂取得实际经验。 这就使专精研究建基于宽厚的科学基础之上,发挥学科关联与辐射带动的作用。马大猷回国后,或从事电机学研究,或创办北京大学工学院,或在建筑声学、超声学、噪声、非线性声学研究方面广有建树,与他深厚的理科基础和前瞻性的科学洞察力是分不开的。

  五、清华大礼堂听音问题研究之于形成期中国物理学的意义

  近代建筑声学在中国之始,与它在美国的创立一样,从学科归属到研究者和研究方法都直接来自物理学。如果将叶企孙小组与清华大礼堂听音问题研究,置于中国物理学形成期的语境中,可以发现其对于形成期中国物理学的普遍意义。

  叶企孙小组的清华大礼堂听音问题校正,开创了近代建筑声学在中国的研究历程。据赵忠尧回忆:“当时建筑声学这门学科在外国刚刚起步,企孙先生首先开创了我国建筑声学的研究,教我们对大礼堂吸音情况进行测试分析,研究如何用国产材料吸音来改善听音。” 这项看似平凡的起步式研究,注重研究的本土化和发现既存理论的不足。如前文所述,他们将塞宾公式未考虑的室内温度变化计入对混响时间的影响,测定著中国衣服者的吸音能力,研制国产吸音材料,平凡之处蕴含着创新的科学精神。

  对于形成期的中国物理学而言,清华大礼堂听音问题校正,引进新理论开创中国建筑声学研究的拓荒精神固然重要,更为重要的是,无论在国内物理学初创的艰苦条件下(叶企孙),还是加入国际前沿(马大猷),中国人参与的建筑声学研究始终渗透着由“引进消化吸收”国外先进理论转向“自主创新”的科学精神。因此,奠基时期的中国建筑声学能够在世界同行中发出自己的声音,而“自主创新”的科学精神恰是今天中国科技界需要深刻涵养的。

  清华大礼堂听音问题校正,理论研究渗透于多项实验测试中,通过实验局部修正了塞宾公式。其中叶企孙倡导的实验研究,对于匡正当时从清华到中国、从物理教育到科学教育中普遍存在的重玄谈说理、轻科学实践的流弊, 树立科学理论与实践相结合、重视实验、研究与教学相长的科学方法,具有导向与示范意义。无独有偶,同期胡刚复在南京高师,丁燮林在北京大学进行物理研究的最大功绩,被认为是改变了大学中无实验室的状况。“他们以亲手制作的实验仪器充实了实验室和在实验基础上进行的物理教学,从而把真正的物理学引进中国大学的讲堂。” 二三十年代形成期的中国物理学,运用国外先进理论结合中国实际,共同塑造了以实验为主的研究。 例如桂质廷等关于桐油介质常数的测定和华北地磁测量;陈尚义等关于日蚀时北京辐射的观测;丁燮林研制“新摆”“重力秤”与测定地球重力的研究;陈茂康关于高频滤波器、米波吸收波长计与中国电离层的研究, 同清华大礼堂听音问题研究一样,体现出早期物理研究著根本土、注重实验的风格。吴大猷先生曾指出评估一个机构或一些人对中国物理发展的贡献,“主要是根据他们在若干年之内,是否建立传统,包括人、设备与稳定的气氛等三方面;他们在几年内又能够吸引多少学生或是激励、唤起多少学生继续做物理研究工作。” 由此看来,建筑声学既丰富了形成期中国物理学的研究内容,从研究方法上树立了形成期物理学注重实验研究的范例,继之唤起从事声学研究的人才,构成中国近现代声学事业的主要力量。同时,物理学基础理论的进展,特别是量子力学思想与方法的渗透,赋予建筑声学广阔的发展空间。源自清华大礼堂听音问题校正——这项开创中国近代建筑声学事业的研究,不断孕育此后中国建筑声学和声学研究跻身世界前列的无限生机。

  近代建筑声学在中国的奠基,由叶企孙、马大猷为代表的物理学家开启了建筑声学向中国转移的历程,迈出建构中国建筑声学学科的第一步。然而科学转移的过程,既是科学共同体内部对科学需求的应变,同时也是一个社会动力学过程,科学转移的速度和方向在很大程度上受到来自科学共同体外部社会的、经济的和技术的因素影响。 显然,1926年至1940年的十五年,在科学共同体内部完成了中国建筑声学的奠基。接下来的的十五年(1940—1954年),战争、政治与社会动荡彻底打乱科学发展的逻辑,中断科学转移的时序,科学共同体已失去与科学相关的自主权。直到1955年马大猷调入中国科学院应用物理研究所重新开始声学研究,并于1959年成功地主持完成人民大会堂万人礼堂音响设计,中国建筑声学才接续余脉重获发展。建筑声学在中国由奠基到学科建立,三十余年(1926—1959年)的曲折经历,呈现出科学转移过程中科学主体、科学研究与外部环境之间相互促进与相互制约的复杂关系。

  来源:《中国科技史杂志》2006(6):353-364.

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2007-07-19]
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