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在中国力学年里追忆“量子群英”
近年来,联合国大会多次讨论关于基础学科的国际科学年活动,并针对基础学科国际科学合作的重要模式进行新的探索,真伪重要的是面向全世界各国公众传播基础科学前沿,可想而知,基础科学对于世界各国在国际上的科学教育地位的重要性,所以,一轮崭新的国际科学教育新局面展现在我们的面前。
在我的大学科普经历里,曾参与过三次国际基础科学年活动:第一次是“2005’世界物理年”,由联合国大会第58次会议通过,是为纪念爱因斯坦相对论诞生100周年和爱因斯坦逝世50周年;第二次是“2009’国际天文年”,由联合国教科文组织(UNESCO)和国际天文学联合会(IAU)共同发起,是为纪念伽利略首次用望远镜进行天文观测400年;第三次是“2011’国际化学年”,由联合国第72次全体会议通过,是为纪念居里夫人获诺贝尔化学奖100周年。这三次国际基础科学年活动,把我带进了学习物理、天文、化学三个基础学科领域,不仅领略到宇宙苍穹中那浩淼的深邃,而且也感悟到在自然科学和基础学科领域里那生生不息的魅力,因而,科学探索中的科学发现的神秘确令人向往。
2012年是“中国力学年”。非常幸运,让我赶上了我们中国科学家自己发起的科学年。说起中国力学年的由来,让我感慨感慨万千,这是一项来之不易的工作。中国力学年是由中国力学学会发起,为争取一个国际科学盛会在中国召开,中国力学家在国际力学组织进行了20余年的不懈努力,终于在2008年取得了申办权,这将成为中国力学走向世界的新里程碑,掀开中国力学的新篇章。2012年8月,第23届世界力学家大会(The 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, 简称ICTAM2012)将在北京召开。ICTAM是力学界最具影响力的国际科学盛会,每4年召开一次,被誉为“力学奥林匹克”。为了进一步推进力学学科的发展,促进力学在我国科学发展和国民经济建设中的重要作用,宣传中国力学科学所取得的巨大成就,同时也是为了迎接第23届世界力学家大会的召开,中国力学学会第九届理事会第4次常务理事会决定,将2012年命名为“中国力学年”。
在近日举行的“2012中国力学年”系列活动媒体见面会上,中国力学学会副理事长洪友士说:力学界最具规模和影响的大会,被誉为力学界的“奥林匹克”,它第一次在发展中国家举办,将成为中国力学学科发展的里程碑。中国力学年和世界力学家大会都将成为非常好的科普机会,中国力学学会将通过办讲座、制作展板巡展等方式,面向不同层面,使百姓、学者、管理者能了解力学家的工作和力学的作用。谈及中国力学研究水平时,与会专家表示,尽管和发达国家还有一定差距,但我国力学学科实力正逐渐得到国际同行的认同。
在中国力学年里,我们的大学科普如何走进力学?了解一些力学学科的成就、认识我国最为重要的两个力学学术机构、追忆开创量子力学的那些群英们,也许会给我们带来重新认识基础学科的启示。
一、力学学科的新成就
力学不仅是一门基础科学,同时也是一门技术科学,具有完整的学科体系,已成为工程技术的理论基础。力学与基础科学、工程科学的紧密联系,彰显了力学的二重性性质,有时难免会引起基础研究和应用研究的不同看法,但这种二重性也使力学家感到自豪,它们为沟通人类认识自然和改造自然两个方面做出了积极的重要贡献。
力学其它基础学科有着紧密的联系。力学最早是与天文学结合产生了天体力学;力学与数学的交叉与融合出现了数学力学,力学与物理学的交叉与融合出现了物理力学,力学与化学的交叉与融合出现了化学动力学,力学与生命科学的交叉与融合出现了生物力学,力学与环境科学和地学的交叉与融合出现了环境力学等。
力学又与工程科学有着更为广泛的联系。20世纪以来,力学与工程科学的交叉与融合也日显突出,出现了以工程力学为代表的许多力学交叉学科,创立了一系列重要的新概念、新理论和新方法。并在现代科学技术中扮演着十分重要的角色,推动了航空、航天、舰船、机械、土木、水利、建筑等现代化工业的进步和发展。
目前,全国高等学校拥有力学学科的国家一级重点学科的学校有:北京大学、清华大学、北京航空航天大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、南京航空航天大学、中国科学技术大学八所学校。当然,还有一些学校在力学学科中很具特色,特别是在综合性高等学校里,力学学科的发展更为突出,已成为我国的力学人才成长的摇篮。
二、走进两个重要的力学学术机构
回望中国力学的发展历程,有这样两个学术机构功不可没。一个是最富有科学研究成就的科研机构——中国科学院力学研究所;一个是最富有学术影响力的学术组织——中国力学学会。中国科学院力学研究所,创建于1956年,是以科学家钱学森工程科学思想建所的综合性国家级力学研究基地,在国际力学界享有盛誉,为我国“两弹一星”、载人航天事业及国家经济社会发展做出了重要贡献。而中国力学学会是国际理论与应用力学联合会(IUTAM)的成员组织,也是在钱学森、周培源、钱伟长、郭永怀等著名力学家的共同倡导和组织下于1957年2月成立的,为推动力学为国民经济建设服务,在促进学科繁荣,普及力学知识,开展力学教育,发现优秀力学人才等方面起到了举足轻重的重要作用。
三、开创量子力学的群英们
谈到力学,人们一定会联想到经典力学与量子力学。当经典力学的局限性暴露之后,引发了科学界对量子力学的青睐,成就了一大批科学巨匠,因此,科学史就记载下了这样一群科学精英们对量子力学的贡献。普朗克的能量子假说、爱因斯坦的相对论、玻尔的原子理论、海森堡的测不准原理、薛定谔的波动力学、狄拉克的波函数方程、德布罗意的物质波、泡利的不相容原理等等,这些开创者在量子力学上的科学贡献流芳百世,为后人享用。(附表一:量子群英统计表。)然而,在量子力学飞速发展的那些年代里,还有无数的科学家为量子力学做出了卓越的贡献。他们的名字虽然不都为人所知,但是他们的科学思想却像那苍穹的星光一样指引着人类前进的方向。
附表一:量子群英统计表:
序号 |
姓名 |
时间 |
科学贡献 |
获诺贝尔物理学奖 |
1 |
马克斯·普朗克 |
1858―1947 |
因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献。 |
1918年获诺贝尔物理学奖 |
2 |
阿尔伯特·爱因斯坦 |
1879—1955 |
狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他是量子理论的主要创建者之一,在分子运动论和量子统计理论等方面也做出了重大贡献。 |
1921年获诺贝尔物理学奖 |
3 |
尼尔斯·玻尔 |
1885—1962 |
1922年获诺贝尔物理学奖
| |
4 |
韦纳·海森堡 |
1901-1976 |
给出了量子力学的矩阵形式,提出了“测不准原理”(又称“不确定性原理”)和S矩阵理论等。 |
1932年获诺贝尔物理学奖 |
5 |
埃尔温·薛定谔 |
提出著名的薛定谔方程,为量子力学奠定了坚实的基础,成为概率量子力学—波动力学的创始人。 |
1933年获诺贝尔物理奖 | |
6 |
保罗·狄拉克 |
1902—1984 |
给出描述相对论性费米粒子的量子力学方程(狄拉克方程),给出反粒子解;预言磁单极;费米—狄拉克统计。 |
1933年获诺贝尔物理奖 |
7 |
路易·维克多·德布罗意 |
1892~1987
|
波动力学的创始人,物质波理论的创立者,量子力学的奠基人之一。 |
1929年获诺贝尔物理学奖
|
8 |
沃尔夫冈·泡利 |
1900-1958 |
泡利最重要的成就是泡利原理 |
1945年获诺贝尔物理学奖 |
基础科学是指以自然现象和物质运动形式为研究对象,探索自然界发展规律的科学,是整个科学技术的理论基础,对技术科学和生产技术起指导作用。往往科学研究的重大发现、理论突破往往孕育着新的科学革命,科学革命意味着科学体系、科学结构的大调整、大变革,必然将引导学科的跟进,同时也推动技术和生产乃至社会方面的新的发展。今天对基础研究的投入,往往就是在播撒未来的科技与经济社会发展的种子,明日的应用研究及商业竞争力一定是根植在雄厚的基础研究沃土中。
这次中国力学年活动,对于如何更加重视力学基础研究亦在其中;对于如何推动力学基础学科的发展也毋庸置疑;对于更加广泛地传播力学科学知识那更是力学家们和我们科学传播者应尽的责无旁贷之力。我们坚信,这次中国力学年,将会引领更多的青少年热爱力学、学习力学乃至于成为中国未来的力学发展的主流人才,我们更应该坚信,通过这次中国力学年,还会有更多的高等学校和科研院所的领导者扶持基础研究,培育原始性创新,关注和支持力学的发展。
在此,特别感谢重庆市力学学会理事长彭向教授给予的悉心指导,并衷心祝愿“中国力学年”圆满成功!
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