于敏 当代中国杰出科学家
2014-11-24玖政
玖政
于敏院士是当代中国杰出的科学家,为我国核武器事业作出了不可磨灭的历史性贡献,曾荣获“两弹一星”功勋奖章、国家科学技术进步特等奖、国家自然科学奖一等奖、国防重大科技成果奖一等奖等十几项重大奖项。
在我国氢弹原理的探索中,他组织领导的攻关组,首先找到了突破氢弹的技术途径,提出了从原理、材料到构型基本完整的氢弹设计方案。在氢弹武器化过程中,他带领科研队伍完成了核装置的理论设计。在我国第二代核武器研制中,他是理论研究和理论设计的主要组织者、领导者和技术核心。领导突破了助爆型初级原理、高比威力次级原理;发展型核武器初级构型;取得了初级小型化原理试验与中子弹原理试验的圆满成功。在国防高技术研究中,他开创了惯性约束聚变和X光激光等研究领域。在基础研究中,他推动了我国原子核物理理论的发展;解决了热核武器物理中一系列基础问题,为核武器基础理论研究作出了开创性的贡献。
转行:从原子核到氢弹
1951年1月,新中国组建近代物理所(现在原子能院和高能所的前身)。当时,正在北大攻读研究生的于敏在导师胡宁的指导下准备毕业论文。胡宁先生把这个心爱的弟子推荐给了近代物理所所长钱三强,自己也到近代物理所兼职,继续指导于敏的毕业论文。25岁的于敏在近代物理所开始了他的科研生涯。
一到研究所,于敏就被分在了彭桓武领导的原子核理论研究组。当时我国在核物理理论这一领域基本处于空白,对国际上的研究也甚少。彭桓武决定从调研入手,首先了解国际上核物理研究的进展情况。他指定由金星南负责挑选文献供大家使用。于敏便一头扎到了文献堆里,除了阅读文献外,他还仔细地钻研了物理学家费米的名著《原子核物理》等书。在调研中,他基本上掌握了国际上核物理的发展情况和研究焦点,同时养成重视调研的工作方法。
当时,国际上对基本粒子研究还无大的进展,学界普遍认为,原子核基本上是由中子质子组成。于敏把原子核理论的力学基础看成是多体问题,把原子核理论大致分成3个层次:即实验现象和规律,唯象理论和理论基础。并发表了在平均场独立粒子运动方面当时水平相当高的论文《关于重原子核的壳理论》、《关于原子核独立粒子结构的力学基础》。
1960年,在A.Bohr等提出原子核内具有能隙现象之后,于敏与合作者张宗烨、余友文等就提出了核内的核子在短程力的作用下,喜欢两两配成自旋为零的对,这就是核内超导对。由于抓到了超导对的本质,不久他们又提出相干结构理论,指出核子除了喜欢配成自旋为零的对外,还可以具有一个共同的角动量,配成总角动量为0和2的对,称为“相干对”。后来他们又进一步把这种相干结构扩展到三个和四个粒子相干的集团,成功地描述了160附件的轻核结构,发表了《一个具有等间隔能谱的费米系统》和《原子核在短程力下的相干效应》等居于国际前沿的研究成果,和颇负盛名的日本核物理学家A. Arima后来发展的相互作用波色子模型十分相似,在物理图像和数学表达形式上都毫不逊色。
1959年暑假,于敏所在的原子核理论小组与北京大学物理系核理论组在成都举办了一期原子核理论培训班,由于敏和北京大学的杨立铭教授担任主讲,两人各讲一半。后来出版社将他们的讲稿编成书,取名《原子核理论讲义》,署名夏蓉(取夏天在“蓉城”成都之意)。该书成了我国第一部原子核理论专著,也是其后二十多年里唯一出版的一部原子核理论教材。
钱三强院士曾高度评价于敏在核物理理论方面的工作,说“于敏填补了我国原子核理论的空白”。彭桓武院士认为:“于敏的工作完全靠自己,没有名师,因为当时国内没有人会原子核理论,他是开创性的,是出类拔萃的人,是国际一流科学家。”日本物理学家、诺贝尔物理学奖获得者朝永振一朗称于敏为“中国土专家一号”。丹麦物理学家、诺贝尔物理学奖获得者A.玻尔称赞他出类拔萃。1961年1月12日,正当于敏和同事在讨论原子核结构理论研究的下一步工作时,钱三强把于敏叫到他的办公室,非常严肃地对他说:“经所里研究,并报请上级批准,决定让你作为副组长领导和参加‘轻核理论组参加氢弹理论的预先研究工作”。
谈话中钱三强告诉他:我国在突破原子弹之后,将要开展氢弹研究,氢弹虽以原子弹为基础,但其理论基础和材料结构等必定比原子弹复杂得多,“现在调你参加,增强力量。”
时年34岁的于敏,带领他的原子核理论研究小组正处在有可能取得更大成果的关键时刻,却面临着“转行”。
于敏回忆说:“我毫不犹豫地表示服从分配。决心停下手头原子核理论基础研究,全力以赴转而摸索氢弹原理。钱先生的这次谈话。改变了我从事基础研究的夙愿,成为我终身奉献核武器研制的开始。”
于敏调入轻核理论组后任副组长。他深知这项工作的重要意义。他说:“核武器是一种保障国家安全的手段。作为一个年轻的大国,中国不能没有自己的核力量,我愿为国家和民族事业献出自己的一切。”这种朴素诚挚的爱国心,一直是他的精神动力。为了尽快研制出中国自己的氢弹,于敏废寝忘食,昼夜苦读。很快进入了“角色”,并开始显示出杰出的才能。
于敏“善于抓主要矛盾”去解决问题的特点得到发挥,他的“物理的直观”是极其明晰而深入的。在一些复杂纷乱的现象中,于敏总能理出头绪,找出物理上的原因,从复杂的计算中找出其中的物理内容,使认识有所前进。他不断地发掘问题,提出问题,分析问题,解决问题。他和黄祖洽、何祚庥一起,领导“轻核理论组”,4年中做了大量研究工作。内容包括氢弹中多种物理过程的探讨和研究,氢弹作用原理和可能结构方面的探索等。后来的氢弹理论研究发展说明,他们发现的一些物理现象规律和机制是可靠的,所做的工作是氢弹理论探索初期必需的。