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国立清华大学的科学研究

●校史研究室 李亚明

清华的试验风洞

历史篇

  20世纪二三十年代清华的科研工作有力促进了近代科学在中国的发展。

  这一时期清华的科研主要表现出两方面特点:第一,近代西方科学技术在清华迅速传播和扎根,学校的科学研究取得了重要发展;第二,科学研究与社会需要开始更加紧密地结合在一起。特别是在抗日战争的特殊历史背景之下,清华开展了直接服务于战争的特种研究,在支援中国军事工业起步的同时,也开启了学校与国家密切合作的先河。
  
  “把科学的根苗移植到清华校园”

  中国近代科学技术的发展受益于西方先进科学技术的传入,更有赖于这些科学技术在中国的本土化。“把科学的根苗移植到清华校园”,就是罗家伦出任国立清华大学校长时的宣言。

  这一时期,通过理工科教科书的本土化,以及结合国情将西方科学研究在中国继续推进这两条路径,清华不仅实现了从单纯的知识传承到知识创新的自身突破,同时还引领了西方科技在中国的本土化肇始,有力地推动了中国近现代科学研究的起步和发展。

  20世纪20年代,我国出版的各类科技书籍大多是外文著作的直接翻译,极少有根据中国实际编著的,而高校的教科书更是偏向于选用外国教本。任鸿隽 《一个关于理科教科书的调查》对全国公私立大学一年级理科书作了调查,其结论是“大学第一年级的物理、化学、算学几乎完全是用的外国教本”。1931年,蔡元培曾对此提出批评,认为用原版书籍来教中国学生,不仅“隔膜惝恍”,而且学生“将来出而应世,也不能充分应用”。

  为了促进近代科学技术在中国生根,清华的教师们在编著教科书方面进行了一系列本土化的努力。30年代,数学系熊庆来编写了《高等数学分析》等10多种大学数学教材,这是当时中国第一批用中文写成的数学教科书。陈桢的《普通生物学》则是当时国内质量较高的中文教科书之一,对我国生物学教学的改进产生了很大影响。萨本栋的 《普通物理学》是中国第一部用汉语正式出版的大学物理教材,使用了近20年之久。

  另外,在当时中国工业水平极为薄弱的背景之下,清华的工科学系也编写出了中文教材,实属可贵。陶葆楷编写的《给水工程》是我国该领域最早的一本中文教科书。科学教科书的本土化,为科学技术服务于中国社会奠定了重要的基础。并且,此时教科书的编写并非国外理论的简单灌输,而是开始结合中国实际,对西方近现代科技进行了诠释和发展。

  此外,清华大学的学者们还尝试采用近代科学技术和先进的科研理念,解决本国科学研究中的各种实际问题。20年代初,庚款留美生陆续归国,这些学者带回了国际上前沿的研究课题,促进了近现代科学技术在中国扎根,也促进了清华大学科研体制和环境的革新,保证了科研的顺利进行。他们以国外先进经验为基础,开始在清华兴建各种实验室、车间,并指导购置和组装各项实验仪器,近现代科学研究所必需的物质环境在清华逐渐建立起来。

  由此,清华大学不仅推进了自身的学术化进程,也自然地引领了某些新兴学科在中国的萌芽和发展。比如30年代清华大学关于防毒面具的研究,为中国国防化学的起步做出了开拓性工作;在清华大礼堂听音问题探讨的基础上,随后多年间进行的建筑声学研究,则开启了建筑声学在中国的发展。1930年创刊的 《国立清华大学理科报告》是理学院与学界广泛交流的重要平台,其学术水准也在国际上赢得了认可。

  清华大学由此在科研上取得很多开创性成果,如熊庆来所著论文 《关于整函数与无穷极的亚纯函数》中定义的无穷极,被数学界称为“熊氏定理”,载入世界数学史册。杨武之以“棱锥数的华林问题”填补了我国在现代数论研究方面的空白。吴有训根据在清华所做的关于X射线经气体原子散射实验研究,撰写了2篇论文,分别于1930年和1931年在英国《自然》杂志发表,开中国人在国内做的物理研究发表于国外一流杂志之先河。

  在核物理方面,清华学人不仅进入了这一国际上热门的领域,而且将相关研究在国内继续推进。赵忠尧将其在芝加哥大学关于硬γ射线的研究首次引入中国,他和学生在清华完成的 《硬γ射线与原子核的相互作用》和两篇关于原子核内中子共振能级间距的实验论文,都在《自然》杂志发表。叶企孙曾委托留学法国镭研究所居里门下的施士元购得镭,1932年带回国装备实验室,清华物理学系由此成为国内最早使用镭的研究基地。1935年,霍秉权首次在国内制成威尔逊云室。核物理教育与科研在清华物理学系富有成效地开展,好几位“两弹一星”元勋的学习成长之路就是从这里开始的。

  成立于1929年的理科研究所是清华大学科研创新的重要力量,曾为近代科学在中国的扎根作出重要贡献。1929年6月12日,清华大学理学院成立。当时清华理学院包括物理学系、化学系、算学系、生物学系、地理学系和心理学系,以“造就科学致用人才,树立一研究科学之中心,求国家学术之独立”为目标。在当时国内的无机化学研究十分薄弱的情况下,化学部偏重稀有元素的无机分析。1927年,诺伊斯和布雷所著 《稀有元素系统定性分析》一书出版,但其中缺少1925年诺达克等人发现的铼。高崇熙通过过筛试验,找到、检出并鉴定了铼在诺伊斯系统中的定位。他指导研究生张青莲进行稀有元素的无机合成、分析鉴定与物化测量方面研究,他还指导研究生对甲醛水杨醛肪作为铜的鉴定剂进行研究。这些研究对20世纪30年代中国无机化学的发展起到了开拓作用。

  国立清华大学时期的科学研究工作为国家作出了重要贡献,在引进西方先进科学技术的同时,也为科学技术在中国的进一步发展打下了基础。
  
  “知识的责任,就是对社会的责任”

  在推进科学研究快速发展的过程中,清华人始终坚守着为社会服务的传统。在《知识的责任》一书中,罗家伦校长提出“知识的责任,就是对社会的责任”。梅贻琦也曾强调“为社会、人群服务”的重要性,提倡大学的科研应与社会事业相互推进。学校依据社会需要,不断扩充和调整科学研究的方向。这一时期的国防化学、航空工业,以及农学等方面研究的展开,都体现了清华大学以社会和国家的需要为导向的发展方针。

  1933年6月,国民政府教育部命令清华添设农学院,意在推动高等院校参与复兴农村运动。1934年7月,清华大学成立了农事委员会;8月,农业研究所正式成立,下分虫害、病害两个组,由刘崇乐、戴芳澜分任组长。

  刘崇乐是利用现代科学知识进行生物防治的先驱者之一。当时,虫害组“鉴于研究国产杀虫药剂为目前急务”,刘崇乐与化学系合作专门研究杀虫剂,研制成功三种杀虫剂。此三种杀虫剂对人体毒副作用小,并且因造价相对低廉而易于推广。病害组对于有些病害的调查研究十分细致,如对于粟白发病的发病规律及其防治方法进行探讨研究。此外,病害组还对京白梨、海棠的果褐斑病,粟黑穗病,高粱黑头病,小麦黑穗病等做了较深入的研究,完成了一系列调查报告及论文。

  在军工方面,清华大学对国家给予了更为直接的支援。

  1931年“九一八”事变和1932年的 “一·二八”事变,使中国军队遭受极大伤亡,战争中暴露出中国空军和中国航空工业的落后。在那样的历史时刻,很多中国人迫切期望建立我国自己的军事工业。

  在此背景下诞生的清华航空研究一开始就有着明确的目标与抱负,参与并推动航空等与国防有关的学术研究工作。1932年夏天,清华机械工程学系成立,下分三个组:原动力工程组、机械制造工程组、飞机及汽车工程组。其中,飞机及汽车工程组“注重飞机及汽车之制造,于发动机之装卸、试验及比较等,均施于充分之训练。将来须与政府航空机关或学校合作”。1934年1月,梅贻琦致函国防设计委员会及翁文灏、钱昌照,表示清华决定开办航空讲座,将清华的航空教育与国家、民族需要结合起来。1934年,飞机及汽车工程组改称为航空工程组,成为全国最早创办的航空工程专业;1935年秋季,航空机械工程组正式成立。

  风洞是发展航空航天事业的关键设备,研制飞机必须首先在风洞中进行大量试验。1936年,机械系航空组自行研制成功5英尺试验风洞,这是第一个中国人参与设计的风洞。同年11月,清华大学航空研究所在南昌成立,并准备再建立一个15英尺风洞,这个风洞是当时远东最大口径的航空风洞。1938年1月,航空风洞钢筋混凝土部分已经完成,然而在3月间遭日机轰炸被毁,功败垂成。虽然此次风洞未能建成,但积累了很多经验,获得了许多重要突破,如建造方法上应用了当时国际领先的薄壳理论,属国内首创。另外除500马力电动机和试验秤外,其余部分均为本国制造,这标志着中国航空工业发展进入一个新阶段。

  清华大学另一项应战争需要而兴起的研究是防毒面具的制造。“九一八”事变使国内科学界开始关注防毒问题,而此时中国无论防毒面具的制造或是国防化学的发展都还是空白。30年代初,毒气化学的介译与研究在清华悄然开始,随后进行过两次制造防毒面具的实践。1933年1月18日,清华完成 6500余副军用防毒面具捐助前线,历时一个半月。1936年,清华再次接受委托,为绥远前线的傅作义部队制作了 10000副防毒面具。清华制造的防毒面具不仅使用效果不逊于国外产品,而且其形状也更适合中国人的面部结构,特别是清华制造的面具成本较低,直接支持了中国的抗战。

  清华大学始终强调科技为社会所用,而在服务社会的过程中,学术研究本身也获得了重要的推动力。

往事篇

  让核物理研究在中国发展

  赵忠尧是我国著名的核物理学家,1925年任清华大学物理系助教,后赴美留学,于1930年获加州理工学院博士学位,在核物理学方面取得了很多重要的成绩。毕业后,他把研究带回到清华大学,推动核物理学在中国逐渐发展起来。

  1931年赵忠尧访问英国期间,国内发生了“九一八”事变,强烈的爱国心驱使他决心立即回国。对于他的这一决定,很多人都感到非常吃惊。因为赵忠尧所从事的是前沿的核物理学研究,而这个领域在国内还是一片空白,另外国内的政治局势和设备条件无疑都会成为其学术发展的巨大障碍。临行前,英国物理学家E.卢瑟福曾对他说:“如果您真的要回国,希望回去后通过政府和实业家搞点经费,一定要把科学研究工作搞下去。以往有不少中国人在我们这里学习,成绩不错,但一回去就听不到声音了,你们的国家不具备搞科研的条件。”

  然而,赵忠尧毅然回到了祖国,在清华大学任教。没有科研条件,他就通过带领学生建立核物理实验室,自己动手组装仪器设备,一步一步地创造研究条件。他和物理系的同事一起,进行γ射线、人工放射性和中子物理的研究,获得了正-负电子对产生的又一证据。其研究结果有的发表在《中国物理学报》上,也有一些发表在英国《自然》杂志上。卢瑟福在赵忠尧发表的文章中加按语,对他回国后能自己动手创造条件,继续进行科学研究倍加赞赏。这里,卢瑟福显然收回了自己先前的话。

  正因为当时的学者们具有这样的开拓和奉献精神,西方近代科学才可能在中国生根,在中国本土得到真正的发展。


(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2010-01-06]
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