深切怀念激光物理学家、计量学家沈乃澂研究员

黄志洵l

（中国传媒大学信息工程学院，北京100024）

中国优秀的物理学家、计量学家沈乃澂先生，于2019年1月19日因病不幸在北京去世，享年81岁。这是科学界的重大损失。虽说生老病死是客观规律，但最近两年陆续有几位中量级专家学者离开了我们，他们又都是我的老朋友、好朋友，令我的心情不能平静。先是林金院士（中国运载火箭技术研究院研究员，卫星导航与惯性导航技术专家）；然后是耿天明先生（首都师范大学教授，量子力学专家）；2018年底则是张操先生（美国Alabama大学教授，理论物理学家）；以及最近的沈乃澂先生。2016年12月《前沿科学》杂志发表了我写的文章“试论林金院士有关光速的科学工作”，此文较长，深入浅出地阐明了林金研究工作的理论背景和意义；宋健院士读后曾给我写信，对该文给于了充分的肯定。……现在我要用这篇短文评介中国计量科学院沈乃澂研究员的科学工作，却不可能那么详尽、细致。但过往的许多事历历在目，使我提笔写下对这位可敬朋友的思念之情。为行文方便以下简称他为“老沈”。

我和老沈最早是在上世纪70年代中期相识的。有一天，《物理》杂志编辑部托他来我家面谈，向我约稿。在谈话中我了解到他是1963年从北大物理系毕业的，后分配到计量院，在光学计量方向上工作，近来一直在基本物理常数上下功夫。我虽然不是北大出身，但父母的家就在北大，因此我们的谈话就多了几分亲切。我刚告诉他自己的父亲在化学系任教，他立刻就猜出是黄子卿。物理、化学两系的老教授互相熟稔、常来常往，因此我对北大的物理名师（如周培源、王竹溪等）是很熟悉的。我告诉老沈，自己的专业是电子学；但它本是物理学的分支，因此我非常关注物理学的发展。至于基本物理常数，那恰好是我很有兴趣的领域。我还说，自己认为计量学是追求最高精确度的学问，一直对我有强烈的吸引力。

1979年中国开始以“改革开放”作为国策，沉闷已久的知识份子们都跃跃欲试想大干一场。这时我调入计量院工作的努力取得成功，从广义上讲与老沈成为同事（他在光学处，我在无线电处）。记不清是哪年了——老沈参加了一个物理学与计量学的代表团访问美国，这次出国无疑增加了他追赶国际先进水平的紧迫感和责任感。……进入计量院后我获悉院里有一个计划，要开展光频测量研究，而这是一个艰难的课题，在全世界没有几个国家能完成。虽然我的研究兴趣，在无线电领域是微波衰减测量及高频场强测量，在光学领域是光速测量和超光速问题研究；但我知道光速测量和光频测量密切相关，因此愉快地服从分配加入了光频测量团队，它包含从两个处抽调出来的多位科技人员。……我对光速测量的发展史非常熟悉。虽然1958年发表的由微波方法确定的光速值被普遍接受并定为标准值，但在1960年T.Maiman发明激光后情况出现了根本的变化。在1972年，真空中光速c的值被精确测定，所用方法非常独特，是靠精测激光波长和激光频率来决定c值。美国标准局（NBS）以高度复杂的技术对甲烷（CH₄）完成了测频，结果为f=88.376181627×10¹²Hz；取激光波长λ=3.39223140μm ,由c=fλ算出c=299792458m/s。这是人类经过300年才得到的成果。

1979~1981年间，计量院开始了建设预定作为国家基准之一的“光频测量链”的大胆努力，课题总负责人就是老沈。我仅是课题组成员之一，负责微波源的设计和低温真空系统的建立方面的工作，后者是为保证超导铌腔的工作环境所必须的。精测激光频率的意义不仅是把在微波已实现的频率计量高准确度提升到光频，而且可以帮助实现新的米定义和把光谱学中的波长定标改为频率定标。因此，老沈和我们都热情投入工作。当时的方案是先用铯原子钟加超导腔稳频振荡器（SCSO）产生高质量的9192MHz谱线，然后控制激光器链。美国Stanford大学在1974年发表了关于SCSO的长篇论文，团队带头人S.Stein名噪一时。正好他在1980年访华，我们无线电处指派的4名技术人员（其中有我）就与他在计量院会面并作技术咨询。总的讲，我们觉得压力很大——这个微波频率源的短时频稳度要达到1×10^-12/10s才行。为此要求超导态的铌腔有极高的质量因数(Q≥10¹⁰)，不仅加工要求高，而且要处在真空、超低温条件下。由于我过去有从事真空技术工作的长期经验，由我负责设计建造低温真空系统是合理的。我与中科院电工所合作设计制造了全金属化超低温系统，液氦（LHe）温度4.2K，经减压降温后可达1.3K，保证了超导铌腔所需的工作环境。老沈担子也重，他要领导一个小组完成一个激光器链，其波长逐步减小（3.39μm→1.5μm→1.15μm）。不管怎说，我们各自努力工作，完成自己的任务。……当然，我们当时的方案是过份庞大复杂了。

光频测量课题使大家得到很好的锻炼，但研究经费难以为继。当时的计量院（NIM）的经费与美国标准局（NBS）相比差得很远；事实上，根本改变是20年后的事。尽管我不让自己闲着——参加“高频场强标准”研制；组织编写《无线电计量测试丛书》；但内心已痛苦地意识到，自己可能会离开这里，转到高校任教。并不是说在大学工作就一定会有更多研究经费，但那里至少鼓励数学分析和理论思维。在计量院，除了有两位数学家专攻误差理论，对一般科技人员是不提倡做理论研究的。虽然我对计量学的热爱完全未变，我在这里也有许多朋友，但根据个人的情况是离开的时候了。

我和计量院有隔不断的情缘。首先，先父黄子卿院士早年在美国MIT获得Ph.D的论文是精测水的三相点（triple point）温度，其结果精确性高故曾被当作国际认可的标准值有若干年，所以后来他曾任计量院热工处的顾问。其次，我有一段时间为自己设计的真空测量仪表而多次来计量院做实验。再者，我在计量院所办刊物（《计量学报》、《无线电计量》、《国外计量》）上发表的论文很不少，这当然颇为增进我和该院之间的感情。总之，离开计量院对我而言是艰难的决定。

1985年我转到北京广播学院（后称中国传媒大学）微波工程系任教，先为副教授后升职教授。在这些年，与老沈的联系减少了。到上世纪末，老沈从计量院退休并转到中科院物理所工作；他立即注意到国际上的重要变化——改用飞秒的光频梳技术直接进行光频的绝对测量。这是因为1999年W.Hansch发明了全新的光频测量方法——光梳（light comb），并因此获得2005年Nobel物理奖。老沈和别的专家一起努力，促进了新光频测量技术在中国实现。他还两次出国参加国际计量局组织的国际比对。2006年，在一次我主持的学术会议上，我们请他报告了光梳技术。……2012年，北京大学出版社推出老沈的专著《光频标》（46万字）。这是他一生中最重要的一本书，其中对光梳论述深刻，对以后的研究者深具价值。总之，可以说他是中国的光频测量技术的先行者，承前启后贡献很大。

老沈一贯重视国内外出现的新情况、新问题，与时俱进绝不保守。虽然他自己并未参与到超光速研究之中，但他以浓厚的兴趣多次向我了解情况，参加我们的每个学术会议，从而丰富了他的思维和认知。有一次他读了我的文章负波速研究进展”，颇为兴奋，写下了如下的评语：“可贵的是，黄志洵教授提出在Sommerfeld-Brillouin波速理论中，负群速其实是超光速的一种形态，这是对负波速的深刻理解。他进而提出在物理学中应展开‘三负研究’的思想，即对负折射率、负波速、负GH位移的概念作相联系的深入研究，其观点新颖、发人深思”。…… 2014年9月21日，中国传媒大学为我的新著《波科学与超光速物理》举办座谈会，共20多人，其中有3位院士。在会上，老沈发言说：“这本书比较深刻，应当作适当宣传。理论物理的困境如何突破需要考虑。长期以来挑战Einstein在科学界是禁区，但为什么经过多年宣传仍有许多人对相对论有意见甚至要推倒它？量子力学却没有这个情况。相对论说动体速度如接近光速其长度会趋于零，质量会趋于无限大，但这都没有实验证明。说‘光速不能超过’也只是一种说法而无实验证明。目前已知：1987年超新星爆发时中微子比光子早到地球；2008年又知道量子纠缠的传播速度远大于c；这些事都表明超光速有可能性。……不过，黄教授年事已高，我们希望中青年科学工作者开展研究”。

在2015年的一次谈话中，我向他诚恳地说明，为什么我提出“建设具有中国特色的基础科学”这一命题。我决非把自然科学分为“东方的、西方的”，或者“中国的、外国的”，而是说中国科学界过份迷信权威，过份紧跟西方——他们搞什么就搞什么，缺乏自己的新的科学思想和学理。……他表示赞同我的观点，指出这种情况在理论物理领域最严重。如过份迷信西方权威，就会窒息创新之路……。可见，虽然老沈受传统物理学教育年深日久，但他却不受束缚，总是愿意接受新事物、研究新问题。“位卑未敢忘忧国”，在这点上我们是完全一致的。

老沈关心青年科技人员的成长。尤其令我感动的，当我的博士生要做实验找他帮助时，他总是像对自己的学生一样热情关怀照顾。而且，多次参加他们的毕业答辩；不辞辛劳、诲人不倦。在老沈的身上，体现了中国知识份子的传统美德。他的严肃、严谨与热情，我们是不会忘记的。

老沈一生著作宏富；2004年中国计量出版社推出了他编译的书《基本物理常数1998年国际推荐值》（约20万字），是参考P.Mohr的著作，又融入了他的理解与评论，深具参考价值。另外，他还著有几种科普书——《太空之旅》、《神奇的纳米科技》、《开尔文刻度》。他是一位永不停下脚步的科学家。

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2016年5月28日是我的80岁生日，老同事、老朋友以及专家学者们举办了一个活动为我庆生。到会约30人，年龄最大的是航天二院203所郭衍莹研究员（防空导弹及相控阵雷达专家）。老沈也参加了，而且来得很早；他看了我送给每人一具精致的扇子，上面写有我的一首旧体诗“航天大发展有感”。该诗的头两句说：“牛顿仍称百世师，今朝光速已太迟”；对此他很有兴趣，缠住我讨论，直到活动开始。……当年7月，刚巧两家人都在北戴河度夏；我们乘车去老沈和夫人住所，有一次时间不长的谈话。没想到，这竟是我最后一次看到他。……2018年6月老沈因病住院，当时并不严重。后来听说情况不好；到11月，老郭找我说，关于为已故的林金院士编文集的事，最好请老沈出任主编。当时我说这已不可行，因为他病了，已住院数月情况不容乐观。又过了两个月，老沈竟去世了。……

斯人已逝，精神长存。毕生致力于推动物理学与计量学的结合和发展的乃澂先生，不仅对国家有贡献，也给我们留下了绵长的记忆和思念。祝他在天堂安息。每个人的人生终归是要落幕的；但有的人的人生却带来了持久的影响力。

参考文献

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[7] Udem Th, Reichert J, Holzwarth R, Hansch T, Accurate measurement of large optical frequency differences with a mode-locked laser[J]. Opt. Lett., 1999, 24: 881

[8] 刘瑞珉，张钟华，沈乃澂. 基本物理化学常数的CODATA最新推荐值[J]. 物理, 2000, 29(10): 602~609

[9] 沈乃澂. 基本物理常数1998年国际推荐值[M]. 北京：中国计量出版社，2004

[10] 黄志洵. 光速测量与光频测量. 见：黄志洵. 超光速研究的理论与实验[M]. 北京：科学出版社，2005

[11] 沈乃澂. 光频标[M]. 北京：北京大学出版社，2012

[12] 黄志洵. 建设具有中国特色的基础科学[J]. 前沿科学，2015，9(1)：51~65

[13] 黄志洵. 再论建设具有中国特色的基础科学[J]. 中国传媒大学学报(自然科学版)，2016，23(4)：1～1

[14] 中国传媒大学成功举办“《超科学与超光速物理》新书出版座谈暨学术讨论会”. 见：黄志洵. 超光速物理问题研究[M]. 北京：国防工业出版社，2017

[15] 黄志洵. 试论林金院士有关光速的科学工作[J]. 前沿科学，2016，10(4)：4～18

附：《光频标》一书的分章目录

第一章  微波频标及其应用

第二章  光频标准和基本物理常数概论

第三章  光频标准使用的激光器

第四章  光频标准中作为参考的吸收谱线

第五章  获得非线性窄谐振的原理和实验方法

第六章  囚禁离子和原子的光频标准

第七章  光频测量及传统光频链测频技术

第八章  用飞秒的光频梳直接进行光频的绝对频率测量

作者介绍：黄志洵，中国传媒大学教授、博士生导师，中国科学院电子学研究所客座研究员。

email: huangzhixun75@163.com