1、20世纪上半叶中国物理学家的重要成绩20世纪上半叶中国物理学家的重要成绩本世纪初，一批中国学者到西方国家学习现代物理学知识，开展物理学的研究工作。他们中间一些人学有所成后，回国兴办教育，出版刊物，组织学会和开办研究机构。由于他们的辛勤劳动、不懈尽力，在国内培育了一批优秀的青年物理学人材。这些人再次被调派出国留学深造，并在物理学研究方面做出了许多超卓的工作。20世纪上半叶，中国物理学工作者在国内外进行了大量的研究工作，在物理学的各个领域都做出了一些一流水平的功效，对现代物理学的进展做出了重要奉献。1力学力学是研究物质在力的作用下运动和变形规律的一门科学。它以研究天然的或人工的宏观对象为主，也涉及
2、宇观或细观乃至微观各层次的对象及有关规律。依照上半世纪我国的科学划分，力学也属于物理学范围内，在力学领域取得重大成绩的学者也都是物理学家，故将其归之于物理学领域加以记叙。我国学者在力学领域所取得的重大成绩，要紧在流体力学和应使劲学方面。流体力学：周培源(19021993)1938年在西南联合大学时即开始进行不可紧缩粘性流体理论研究，在国际上第一提出了脉动方程（或称涨落方程），成立了一般湍流理论。依照这一理论对一些流动问题做了具体计算，计算结果与那时的实验符合得专门好(1940)。他的研究功效曾获那时国家教育部自然科学类一等奖。张国藩(19051975)从30年代开始从事湍流理论研究，他以为流体
3、力学传统的Navier-Stakes方程不能用于湍流，而必需先把湍流的物理机制弄清楚，按新的物理模型成立大体方程。为此他完成了以下工作：(1)类比分子运动论的方式，成立了湍流“温度”、“压强”和“熵”等物理量，并将它们编入流体力学方程，相当详细地讨论了湍流通过圆管和两个平行面之间的情形，并扼腹地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。后来他又进展了上述思想，用量子统计方式求湍流能谱散布式。(2)论证了湍流运动是一种非牛顿流体运动，其内部阻力应改用幂数式表示，并依此成立了他自己的湍流运动方程。1950年，卢鹤绂(19141997)提出流体的容变粘滞性理论，从而推出霍尔假定的容变弛豫方程
4、，并在声传播和吸收现象上取得初步成效。1951年，他又在全数频率范围内将容变粘滞弹性理论应用到超声（及声源前川流）的传播和吸收现象上，得出能够描述实践体会的有归纳性的公式。庄逢甘1950年也研究了湍流的统计理论。1944年，林家翘(1916)在美国加州理工学院对二维平行流稳固性的研究取得了冲破性进展。他第一次运用渐近分析方式求出了完整的中性曲线，从而得出临界雷诺数。他的理论结果被后来的实验和数值计算所证明，并第一个取得美国物理学会颁发的流体力学奖金(1979)。李政道(1926)于19501951年，讨论了湍流。他通过将Heisenberg湍流横型与实验结果相结合，而计算了各向同性湍流的涡流粘
5、滞系数，证明在二维空间中不存在湍流。40年代，钱学森(1911)与Von Karman一起提出跨声速流动相似律和精湛声速流动概念，为空气动力学的进展奠定了重要理论基础。1946年，钱学森与郭永怀(19091968)一起提出，在跨声速流场中有实际意义的临界马赫数，不是原先被重视的下临界马赫数，而是来流的上临界马赫数。这对航空技术中冲破声障碍有重要意义。以后，郭永怀又把该工作推行到包括有曲率流动和绕儒可夫斯基薄翼流动的情形，研究了绕物体跨声流动的稳固性问题。他关于精湛声速可紧缩粘性流体绕尖劈运动及其离散效应等，也进行了成功的研究。在应使劲学方面，20年代中期，魏嗣銮(18951992)在德国研究应
6、使劲学课题，以变分法探讨了均匀负荷四边固定的矩形板的挠度和弯矩。30年代，丁西林(18931974)制造了一种可逆摆，用以精准地测定g值，从而幸免了过去以摆测定g值的许多实验误差。30年代中期，江仁寿以一种带有惯性棒的双线悬挂装置测定了液态碱金属的粘滞性，他所改良的方式后来被普遍用于其他液态金属粘滞性实验当中。1940年，钱伟长(1912)第一以三维弹性理论为基础，用张量分析微分几何为工具，成立了薄壳和薄板的统一内禀理论，其结果证明能够用板壳的中面拉伸应变和曲率转变六个分量表示全数求解方程；并指出在Kirchhoff-Love的通常假定下，能够依照板壳厚度、曲率张量、拉伸应变和曲率转变等四种物
7、理量相对量级，把薄壳问题分为各类类型，它们的一级近似求解方程都各不相同。国际上有关薄壳SS12中的张量方程组，和从该方程组导出的圆柱浅壳和圆球浅壳方程被称为“钱伟长方程”。2相对论、引力论及宇宙论20年代后期，周培源就从事广义相对论和宇宙论的研究。为了解决用于表示爱因斯坦引力场的10个二阶非线性偏微分方程组中存在着一组由4个独立的非线性偏微分方程所组成的Bianchi恒等式，致使仅仅用引力方程得不出10个引力函数（即引力张量的10个分量）的确信解那个难题，他主张附加物理条件，并曾引进一个条件，从而取得轴对称引力场的一些解。19361937年，周培源在美国普林斯顿高等学术研究院参加爱因斯坦主持的
8、讨论班时，又计算了不同条件下静止场不同类型的严格解，并证明在各向同性条件下，爱因斯坦引力场方程本身即可给出Friedmann宇宙的度规张量，使得该问题的解决大大简化。30年代，束星北(19071983)探讨引力场与电磁场的统一理论，这在那时是一个超时期的课题。尽管他的研究未取得有实质意义的进展，但他的有关研究对后人仍是有启发性的。40年代初，胡宁(1916)在普林斯顿高等学术研究院从事关于引力辐射阻尼的研究。他采纳广义相对论里通常的坐标条件，改良简化了爱因斯坦等人的方式，第一计算出双星系统的反阻尼结果。他的这一工作被普遍以为是该方面理论研究的制造性奉献。胡宁以为由于广义相对论里的力不是协变的，
9、因此反阻尼的结果是能够明白得的。他后来的工作指出坐标条件不是必需的，主张利用附合实际的物理条件，能够取得合理的结果。70年代末，正是在双星辐射阻尼的观看上取得引力波存在的第一个证据。3声学在古代，中国是对声学做出突出奉献的国家之一，到了近代，中国声学研究比较掉队。50年代中期以前只有少数科学家对少数的分支学科进行过一些研究工作。在空气声学方面，20年代后期，叶企孙(18981977)测定了清华大学会堂的音质，提出了改良该建筑物音质的具体方法，并发表了清大学会堂之听音困难及其更正的论文，开辟中国建筑声学研究之先河。马大猷(1915)应用求解波动方程并使其知足厅堂边界条件的物理声学方式，成立了房间
10、声学简正波的理论基础。早在1939年，他就冲破了声波要远小于房间尺寸和物体大小的限制，第一求得低频范围下矩形空室中的简正波频率散布公式，建议将它推行到任意形态的衡宇当中。接着他又与Hunt、Beranek合作，利用受壁面声阻抗阻碍的阻尼声波简正振动方式而分析了均匀壁面矩形室中的声衰变，提出了分析混响的新方式。40年代，他利用波动声学方式探讨了矩形室中非均匀的声边界、哆嗦回声和衡宇音质的起伏等问题。第二次世界大战期间，汪德昭(1905)在法国国防部第四研究组承担了反潜声呐的研究，前后在主动声呐加大功率和以气压哨声排除雾滴的研究方面做出优良功效。魏荣爵(1916)是中国声学事业开创人之一，1950
11、年，他在美国加利福尼亚大学运用分子的弛豫吸收理论，成功地解决了低频声波在水雾中的反常吸收现象，指作声波致使气液两相转换是声能消散的缘故。他还进行过声波消雾的研究。在超声学方面，40年代初汪德昭在法国用声栅光衍射方式研究了超声波在二硫化碳液体中的声吸收。这一初期的实验结果被称为是该领域最靠得住的数据之一。19411943年，许宗岳(19111974)在美国布朗大学从事水超声吸收的精准测量与理论研究。他用自己提出的力积分天平法，排除各类干扰，提高了灵敏度，在1050MHz频率范围内，测得室温下自来水的2av-21017平均值为 （2为声强衰减系数，v为声频率）。此数值与经典stokes公式计算值有
12、明显的不同。他在说明这一结果时，提出将 stokes公式修改成2a/v2=42(+2)0c3，即除考虑水的剪切粘滞系数之外，还应考虑“紧缩”粘滞系数。许宗岳的这一研究功效被称为声吸收测量的代表性工作和要紧参考资料。40年代末，北京大学杜连耀在美国从事微波超声的产生及应用研究，发表论文10余篇，在19521955年间研制成钛酸钡压电陶瓷的加压和极化工艺，可取代昂贵的石英。他回国后继续从事超声学的研究工作。4热学、热力学和统计物理学20世纪上半叶，中国物理学家在热学、热力学和统计物理学方面曾有过比较超卓的研究功效。19361937年间，王竹溪(19111983)将于1935年提出的超点阵统计理论推
13、行成为普遍理论，既适用于组元浓度相等，也适用于组元浓度不相等的情形，而且处置的是相当普遍的一类长程彼此作用，找到了计算超点阵位形分派函数的近似方式，从而在形式上给出了超点阵问题的普遍解。在随后的连年中，超点阵仍是王竹溪继续研究的课题。1942年他指导杨振宁做硕士论文的题目确实是超点阵。杨振宁后来回忆说：“王先生把我引进了物理学这一领域（统计力学），尔后，它便一直是我感爱好的一门科学。”（念书教学四十年，香港三联书店）王竹溪还对多元系的平稳与稳固性的热力学理论做了深切的研究，进展了一极普遍的数学理论，它在整个热力学理论体系中具有大体的重要性。他的长篇论文和在其专著热力学（1955年版）中对平稳稳
14、固性的讨论，至今仍然是这方面必需参考的重要文献。张宗燧(19151969)于19361938年在英国剑桥大学学习期间，便开始从事统计物理学方面的研究，在合作现象，专门是固溶体的统计物理理论研究做出了重要奉献。1937年，张宗燧将Bethe提出的超点阵统计理论推行到包括了近邻原子对之间的彼此作用。1940年他回国任重庆中央大学物理系教授，与他的学生一路研究合作现象，成立了求固溶体位形自由能的方式，该方式不仅较为简单、靠得住，而且应用面较广。他还讨论了合作现象中的准化学公式的改良问题，对量子系统的各态历经问题也进行了研究。30年代，葛正权(18961988)在美国柏克莱加州大学所进行的以分子束测定
15、Bi2分解热和验证Maxwell速度散布律的实验，是那时闻名的工作。该实验不仅在测定分解热方面取得了比前人精准得多的结果，更重要的是在验证Maxwell速度散布律方面取得了重大成绩。他发觉：实测的散布曲线与理论曲线相较，在高速端二者极为符合，而在低速端二者存在较大的不同。他分析了这种误差的缘故和技术上的困难，从而导至发觉了Bi8分子，同时也使以后数十年间不断地有人以各类方式重复验证Maxwell散布律。而葛正权的那个实验那么被作为经典载入物理学高作当中。40年代在统计物理方面做研究的还有王明贞和王承书。王明贞(1906)于1942年在美国Michigan大学第一次独立地从Fokker-Plan
16、k方程和Kramers方程中推导出自由粒子和简单谐振子的布朗运动。1945年，她与教授合作的有关布朗运动理论的论文布朗运动的理论，在近四十年的时刻内一直作为了解布朗运动的权威性文献。王承书(1912)40年代在美国从事统计物理学和稀薄气体动力学的研究。她依照Boltzmann方程研究稀薄气体并发觉了线性化的Boltzmann方程积分算符的本征函数及本征值，提出了被称做WCU方程(王-Uhlenbeck方程)的多原子分子气体的修正Boltz-mann方程。另外，黄子卿1935年精准测定了水的三相点；陈仁烈19351936年研究了金属线和水银的纵向热电子发射；朱应洗1939年详细研究了在一些特定条件下通过气体的热传导现象；吴仲华1947年对四冲程内燃机的输入进程的热力学分析做了研究；杨立铭1948年研究了液体和气体的扩散理论，在流体的统计理论中，把Born-Green液体理论推行到混合液体，并用
