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彭桓武“自找麻烦”求其所以然

李德元

  彭桓武(1915年10月6日—2007年2月28日),湖北麻城人,理论物理学家。1935年毕业于清华大学物理系。1940年获英国爱丁堡大学哲学博士学位,1945年获该校理学博士学位。曾任皇家爱尔兰科学院院士。建国后,历任清华大学教授,中国科学院近代物理研究所、原子能研究所、高能物理研究所研究员和理论物理研究所研究员,中科院数学物理学部委员。四十年代起研究固体物理,后转向量子场论的研究。开展了应用量子力学到金属、场、核、分子等方面的理论研究。六十年代初期参与了中国核武器的研制工作,是当时理论研究的主要主持人之一,为中国原子弹、氢弹的研制作出了贡献。

  彭先生是1961年调到九所从事核武器理论研究和设计工作的。在他高水平的学术指导下,九所的科研工作就此起步,开始了对核武器内在物理规律的理解和探索。  

手工复盘核爆炸过程

  当时我们手头有一个苏联专家口头讲述的原子弹教学模型。彭先生来到九所后面临的第一个抉择,就是究竟照抄这个模型,把核武器的理论研究和设计工作当成是一项简单的工程设计,交上去,响了,就算成功了,完成任务了;还是把它当成是一项科学研究工作,研究原子弹的整个动作过程和运动规律,探究苏联的这个教学模型为什么这样设计?内在的科学原理是什么?

  彭先生作为一个有极高素养的物理学家,当然选择了后者。后来,我们把这叫做“知其然而且知其所以然”。

  当然,彭先生首先自己动手,来剖析并展现原子弹的运动过程和规律。我们知道描述原子弹运动过程的是一组复杂的非线性偏微分方程,获得这组方程的解,只有通过电子计算机才有可能。可是我们当时还没有一套完整、可靠的数学方法能在电子计算机上实现这项工作。同时,彭先生还认为光有计算机计算出来的结果还不够,我们还必须了解这些结果是怎么形成的,各个物理量之间又是如何彼此影响、相互作用的。因此,彭先生在九所内大力提倡“粗估”的工作,即自己动手,用最普通的计算尺,把整个原子弹的动作过程粗略地一步一步算出来,从而在自己头脑里形成一幅完整的图像。

  这岂是一项容易的工作。彭先生以其坚实的物理基础和深厚的数学功力,硬是把这组非线性偏微分方程简化成一套常微分方程组,从而能够在几位青年同志的协助下,用最简单的计算工具——计算尺把原子弹的整个过程粗线条地描绘出来。

  对于苏联的教学模型,彭先生不是采取囫囵吞枣全盘接受的态度,而是用科学探讨的精神来理解它。例如,苏联的教学模型中使用了一种材料。为了弄清楚这种材料的性能、作用,使用它的必要性,几乎每星期都要举行讨论会。除彭先生外,参加讨论的包括了当时一大批科学家,如郭永怀、程开甲、朱光亚、邓稼先、周光召、周毓麟、秦元勋等等,还有众多刚从大学毕业分配到所里工作的年轻人。彭先生特别鼓励年轻人发表自己的意见。会上,大科学家和青年们平等地就科学问题畅所欲言。在这样的气氛下,有时持不同意见的同志在会上争得面红耳赤,但会下彼此还是非常团结,互相尊重。我们所的这种优良的学术民主风气正是在彭先生的熏陶下形成的。  

“连算九次”推敲苏联模型

  对苏联提供的教学模型,曾经有过一次非常激烈的争论。苏联专家当时口头介绍这个模型时曾经说到一个数据,但当我们计算核对这个数据的时候,却发现我们的计算结果和苏联人给出的数据相差非常之大。

  科学规律应该是可以重复的。只要我们和苏联人用同样的科学原理去处理解决这个问题,我们就应该和苏联人得到同样的结果。九所的同志们在彭先生领导下坚持科学态度,硬是把这个问题算了九遍,这就是九所历史上有名的“九次计算”。

  在那个年代,这样作九次计算是一项浩大的工程。我们没有电子计算机,而是由十几个计算员根据事先给她们安排好的方案,用现在只能在博物馆里才能见到的手摇计算机一个数一个数地摇出来。九次计算得到的结果大同小异,都和苏联人给的数据对不上。每次算完了,彭先生都主持会议讨论,严格地推敲我们计算的科学依据。即使是这样,作为科学研究,这个问题仍然没有了结。

  科学是不能少数服从多数的,最后是周光召从物理上证明,按照模型的初始配置不可能达到苏联人给出的数据,随后又在电子计算机上用差分方法计算了这个问题,得到的结果和我们九次计算的结果相符,这才彻底地否定了苏联人给出的数据。

  (作者为北京应用物理与计算数学研究所前所长、研究员)

  转自《文汇报》2014年9月25日

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2014-10-10 16:29:48]
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