1、当代物理学在中国的发展（一）20 世纪上半叶中国物理学家的重要成就本世纪初，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，组织学会和创办研究机构。由于他们的辛勤劳动、不懈努力，在国内培养了一批优秀的青年物理学人才。这些人再次被派遣出国留学深造，并在物理学研究方面做出了许多出色的工作。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成果，对现代物理学的发展做出了重要贡献。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，也涉及宇观
2、或细观甚至微观各层次的对象及有关规律。按照上半世纪我国的科学划分，力学也属于物理学范畴内，在力学领域取得重大成就的学者也都是物理学家，故将其归之于物理学领域加以记述。我国学者在力学领域所取得的重大成就，主要在流体力学和应用力学方面。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压缩粘性流体理论研究，在国际上首先提出了脉动方程（或称涨落方程），建立了普通湍流理论。根据这一理论对一些流动问题做了具体计算，计算结果与当时的实验符合得很好(1940)。他的研究成果曾获当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，他认为流体
3、力学传统的 Navier-Stakes 方程不能用于湍流，而必须先把湍流的物理机制搞清楚，按新的物理模型建立基本方程。为此他完成了以下工作：(1)类比分子运动论的方法，建立了湍流“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况，并扼要地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。后来他又发展了上述思想，用量子统计方法求湍流能谱分布式。(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，并依此建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
4、豫方程，并在声传播和吸收现象上取得初步成效。1951 年，他又在全部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，得出能够描述实践经验的有概括性的公式。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定性的研究取得了突破性进展。他首次运用渐近分析方法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实，并第一个获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
5、向同性湍流的涡流粘滞系数，证明在二维空间中不存在湍流。40 年代，钱学森(1911)与 Von Karman 共同提出跨声速流动相似律和高超声速流动概念，为空气动力学的发展奠定了重要理论基础。1946 年，钱学森与郭永怀(19091968)共同提出，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。这对航空技术中突破声障碍有重要意义。以后，郭永怀又把该工作推广到包括有曲率流动和绕儒可夫斯基薄翼流动的情况，研究了绕物体跨声流动的稳定性问题。他对于高超声速可压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。在应用力学方面，20 年代中期，魏嗣銮(1
6、8951992)在德国研究应用力学课题，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)创造了一种可逆摆，用以精确地测定 g 值，从而避免了过去以摆测定 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，他所改进的方法后来被广泛用于其他液态金属粘滞性实验之中。1940 年，钱伟长(1912)首先以三维弹性理论为基础，用张量分析微分几何为工具，建立了薄壳和薄板的统一内禀理论，其结果证明可以用板壳的中面拉伸应变和曲率变化六个分量表示全部求解方程；并指出在 Kirchhoff-Love 的通常假定下，可以根据
7、板壳厚度、曲率张量、拉伸应变和曲率变化等四种物理量相对量级，把薄壳问题分为各种类型，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，以及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）的确定解这个难题，他主张附加物理条件，并曾引进一个条件，从而获得轴对称引力场的一些解。
8、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)探索引力场与电磁场的统一理论，这在当时是一个超时代的课题。虽然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还是有启发性的。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。他采用广义相对论里通常的坐标条件，改进简化了爱因斯坦等人的方法，首先计算出双星系统的反阻尼结果。他的这一工作
9、被普遍认为是该方面理论研究的创造性贡献。胡宁认为由于广义相对论里的力不是协变的，所以反阻尼的结果是可以理解的。他后来的工作指出坐标条件不是必需的，主张使用附合实际的物理条件，可以得到合理的结果。70 年代末，正是在双星辐射阻尼的观察上得到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贡献的国家之一，到了近代，中国声学研究比较落后。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)测定了清华大学礼堂的音质，提出了改进该建筑物音质的具体办法，并发表了清大学礼堂之听音困难及其改正的论文，开创中国建筑声学研究之先河
10、。马大猷(1915)应用求解波动方程并使其满足厅堂边界条件的物理声学方法，建立了房间声学简正波的理论基础。早在 1939 年，他就突破了声波要远小于房间尺寸和物体大小的限制，首先求得低频范围下矩形空室中的简正波频率分布公式，建议将它推广到任意形态的房屋之中。接着他又与 Hunt、Beranek 合作，利用受壁面声阻抗影响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法。40 年代，他利用波动声学方法探讨了矩形室中非均匀的声边界、颤动回声以及房屋音质的起伏等问题。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，先后在主动声呐加大功率
11、和以气压哨声消除雾滴的研究方面做出优异成果。魏荣爵(1916)是中国声学事业创始人之一，1950 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，指出声波导致气液两相转换是声能消散的原因。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法研究了超声波在二硫化碳液体中的声吸收。这一早期的实验结果被称为是该领域最可靠的数据之一。19411943 年，许宗岳(19111974)在美国布朗大学从事水超声吸收的精确测量与理论研究。他用自己提出的力积分天平法，消除各种干扰，提高了灵敏度，在 1050MHz 频率范围内，测得室温下自
12、来水的 2av-21017平均值为 45.4cm -1sec（2 为声强衰减系数，v 为声频率）。此数值与经典 stokes 公式计算值有明显的差异。他在解释这一结果时，提出将 stokes 公式修改为 2a/v2=4 2(+2) 0c3，即除了考虑水的剪切粘滞系数 以外，还应考虑“压缩”粘滞系数。许宗岳的这一研究成果被称为声吸收测量的代表性工作和主要参考资料。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
13、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出色的研究成果。19361937 年间，王竹溪(19111983)将H.A.Bethe 于 1935 年提出的超点阵统计理论推广成为普遍理论，既适用于组元浓度相等，也适用于组元浓度不相等的情形，而且处理的是相当普遍的一类长程相互作用，找到了计算超点阵位形分配函数的近似方法，从而在形式上给出了超点阵问题的普遍解。在随后的多年中，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就是超点阵。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），此后，它便一直是我感兴趣的一门科学。”（读书教学四十年，香港三
14、联书店）王竹溪还对多元系的平衡与稳定性的热力学理论做了深入的研究，发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基本的重要性。他的长篇论文和在其专著热力学（1955 年版）中对平衡稳定性的讨论，至今仍然是这方面必须参考的重要文献。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，特别是固溶体的统计物理理论研究做出了重要贡献。1937 年，张宗燧将 Bethe 提出的超点阵统计理论推广到包括了近邻原子对之间的相互作用。1940 年他回国任重庆中央大学物理系教授，与他的学生一起研究合作现象，建立了求固溶体位形自由能的方法，
15、该方法不仅较为简单、可靠，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进问题，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 Bi2分解热和验证 Maxwell 速度分布律的实验，是当时闻名的工作。该实验不仅在测定分解热方面取得了比前人精确得多的结果，更重要的是在验证 Maxwell 速度分布律方面取得了重大成就。他发现：实测的分布曲线与理论曲线相比，在高速端二者极为符合，而在低速端二者存在较大的差异。他分析了这种误差的原因和技术上的困难，从而导至发现了 Bi8分子，同时也使以后数十年间不断地有人以各种方法重复验证
16、Maxwell 分布律。而葛正权的这个实验则被作为经典载入物理学著作之中。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 大学首次独立地从 Fokker-Plank 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 G.E.Uhlenbeck 教授合作的有关布朗运动理论的论文布朗运动的理论，在近四十年的时间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。她根据 Boltzmann 方程研究稀薄气体并发现了线性化的 Boltzmann
17、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。此外，黄子卿 1935 年精确测定了水的三相点；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过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 液体理论推广到混合液体，并用统计方法导出了分子的扩散系数。杨振宁(1922)在昆明西南联合大学学习时，就在王竹溪的指导下
18、研究统计物理。他在 19441947 年间，至少有四篇关于统计力学方面的论文，论述了相互作用能随晶格常数的变化而变化、临界温度和超格比热的关系、在超格统计理论中准化学法的一般理论问题。Ising 模型是闻名的统计力学中的铁磁学模型，是 E.Ising 为模拟铁磁体在居里点的相变而提出来的。杨振宁于 1925 年解决了其中最困难的问题，分析了在正方形点阵下二维 Ising 模型的自发磁化强度的解析表达式，证明在居里点发生的现象确系一种相变。接着他又指导张承修将其方法推广到长方形点阵 Ising 模型之中。1952 年，杨振宁与李政道(1926)合作提出了统计物理学中关于相变的两个定理，以及有关巨
19、配分函数之根的著名的“李-杨单圆定理”。他们的研究，严格定义了气相、液相、固相中任一相的热力学函数，证明热力学函数能区别不同的相，不同相的这些函数一般地彼此不能解析延拓。他们将这个新诞生的广义相变理论应用到点阵气体中，对后来关于惰性气体的实验研究帮助极大。杨振宁与李政道合作还研究了硬球玻色(Bose)气体的分子运动论。他们通过对级数有选择求和，证明可以消除硬球玻色系统的发散性。这些工作在理论物理学的众多领域被广泛采用。他们还分析了硬球玻色系统的低温特点，证明相互作用的玻色系统可显示超流性，从而深入而全新地提供了理解液 He 的异常现象的理论。5电磁学、无线电电子学和微波波谱学在电学领域，北京大
20、学物理系首届毕业生孙国封(18801936)1923年在美国康乃尔大学物理实验室，使用他自己所设计的直接测量小相角的一种灵敏度高而精确的方法，测量电解质电池的电容和电阻，说明了它们随电动势、电池几何结构、溶液浓度、温度、以及半透明铂膜电极厚度的变化情况。在他的研究中，区分了电极电阻与电解质电阻；并从测量的等效电阻和电容的值，推导了计算电池的实际电阻和电容的方法。30 年代，萨本栋(19021949)创造性地将并矢方法和数学中复矢量应用于解决三相电路问题。1936 年，他在美国 Trans，AIEE 上发表的应用于三相电路的并矢代数一文，被美国电气工程师学会当年冬季会议列为讨论课题，并被该会评为
21、 1937 年度“理论和研究最佳文章荣誉奖”。1939 年，萨本栋汇集了他的研究成果写成并矢电路一书，是属于“数学、物理、电机三角地带”的新专著和新理论。该书出版不久，便被选入国际电工丛书，并获中国电机工程师学会第一次荣誉奖章。40 年代，萨本栋从事交流电机研究，以标幺值系统分析交流电机问题，很具特色。他根据在厦门大学和美国讲课的素材编写的交流电机基础一书，被英、美各国高等院校作为教本，开创了中国科学家编写的自然科学教科书被外国普遍采用的先例。30 年代，马士修(19031984)在法国曾研究过扭力对电阻影响和 Barkhausen 效应。19281930 年间，严济慈(19001996)先后
22、在巴黎大学 Fabry 物理实验室和法国科学院大电磁铁实验室对水晶压电效应做了深入的研究。他发现在垂直于电轴的晶面上施加电压，晶片形变量与它的厚度无关，但与电压强度有关。电压不大时，晶片厚度的形变符合 Curie 定律，即形变比例于静电场强度。在垂直于光轴的晶面上施加电压，晶片厚度的形变极为微小，与绝缘体无异。他还观察到水晶由于电压而变形是瞬时的，无滞后现象。他还在沿水晶光轴做成的实心与空心两种水晶圆柱体上施加扭力而产生起电现象，以及其扭转压电振荡方面的研究。在这方面研究中，他发现水晶柱受扭力时产生电荷，这在理论上是有意义的。在无线电电子学和微波方面，也有一批中国学者做出了卓有成效的研究。19
23、20 年，北京大学温毓庆(1895？)在美国哈佛大学对于受各种波长的阻尼和非阻尼激发的天线辐射电阻做了理论分析。20 年代中期，倪尚达(18981988)在美国匹兹堡 Westinghouse 电气公司研究并制备了为整流器所用的第一氧化铜，具有优良的整流特性。1929 年他著的无线电学是我国最早最有影响的无线电专著，被誉为“学习无线电之善本”，在东南亚地区颇有影响。20 年代末到 40 年代初，陈茂康对滤波器、脉冲发生器、微分脉冲发生器、微分指数导纳以及在 Im量程内吸收式波长计等的理论、设计和校准等做了多方面的研究。孟昭英(19061995)30 年代初在美国加州理工学院从事超短电磁波的研究
24、，成功地在世界上第一次用电子管产生 1 厘米的超短波。同时，他还设计了波导阻抗的精密测量方法，并在美国获得专利。30 年代末，他又进行关于三极管直线板极调幅的研究，得到了比一般方法更好的直线性无畸变调制，并具有另一些优点。1941 年他在昆明清华大学无线电研究所发表了三极管射频放大器的直线阳极调幅论文，受到美国无线电公司(RCA)研究室等单位的重视。后来他在这方面又做了许多研究，并对氧的毫米波吸收谱进行了研究，这是微波波谱学最早的工作之一。朱物华(1902)在 30 年代对各波段的滤波器进行了研究。他推导了终端有电阻耗散的型低通滤波器、以及 T 型和型高通滤波器的瞬变电流解的公式。从这些公式计
25、算的结果，与阴极射线示波器映出的直流和交流情况下波形图相符。这项成果填补了耗散式电子滤波器瞬流研究上的空白。任之恭(1906)20 年代末到 30 年代初，在美国对电子振荡器的理论与实验都有过研究。40 年代以后，他又从事微波波谱学的研究，尤其是对许多气体分子的微波波谱的 Zeeman 效应做了实验观测。他在国内外科学杂志上发表了多篇这方面的学术论文。1980 年科学出版社（北京）还出版了他的专著微波量子物理学。卞彭(19011990)1935 年在美国麻省理工学院首先采用钨丝圆柱型发射极制作电子放大管，后经多次改进，已得到广泛应用。40 年代他在国内以自制的仪器设备，先后与杨约翰、应崇福合作
26、从事氧化物阴极研究。当时普遍认为脉冲发射与直流发射二者机制不同，因为脉冲有衰减。而卞彭经过多次实验检测，终于在 1948 年最早确定了氧化物阴极的脉冲发射和直流发射的一致性。后来他总结了多年的研究成果，提出了热阴极的微块模型理论。并第一次提出“同平面三极管理论解”，得到了与实验甚为符合的计算结果，对生产有一定指导意义。他在电子学方面的成就，对我国电子学的发展做出了积极贡献。戴振铎(1915)1937 年毕业于清华大学，后赴美深造，先后获哈佛大学硕士、理学博士，40 年代任哈佛大学研究员，专长于电磁理论和天线理论，发表论文近 60 篇。他在1948 年关于双锥形天线的理论研究使他获得了小锥角有效
27、负载导纳的严格表达式；1952 年他以变分法研究圆柱形金属线的电磁反向散射，确定了反向散射载面数值，并仔细讨论了与导线终端处电流有关的边界条件。冯秉铨(19101980)是我国著名的电子学家，对无线电电子学、振荡理论有较深的研究，特别是在无线电发送技术方面有独到的研究。40 年代末至 50 年代初，他从提高强力振荡器阳极效率出发，首先提出了相角补偿理论，分析了多种振荡器电路，得到相角补偿电路参数的计算公式。其结果证明相角补偿条件和提高频率稳定度条件相符，即振荡器经过相角补偿后，阳极效率提高、频率最稳定。该理论在理论和实践上都有重大意义。将它用于高频电热等大功率振荡器可以节省大量电力；用于波段发
28、射机，可起稳定频率的效果。他的这项高效率高频放大器电路的研究，获得 1978 年全国科学大会奖。叶楷(1911)在电子学、微波、线性和非线性电路分析等方面，都进行了卓有成效的研究。1945 年，他从理论上考察了栅极支柱和不同电子管尺寸对电子发射角的影响，从而证明了 H.C.Thompson 在 1936 年的实验分析。1950 年，他在对低压充气二极管的理论与实验研究中，推出了一些重要数据，如正离子的过渡时间和寿命，以及它中和空间电荷的效应等。鲍家善(1918)在微波天线、微波铁氧体器件、磁控扫描天线、微波超导等方面都做过研究。40 年代，他在美国获得快速扫描天线、赋形波束天线等四项专利。19
29、53 年，他根据物理学衍射理论，对雷达天线进行改进，提出双余割平方式波束天线设想，从而提高了辐射能量的利用率，使飞行目标所受照度均匀。根据这一设想制造的天线，在多山地区探测飞行目标获得满意的结果。毕德显(18081992)早年曾在电磁场和天线理论等方面做过大量研究工作。40 年代曾参加美国斯坦福大学工学院院长 F.E.Tomam 教授主编的无线电工程师手册的编写工作。19441947 年在美国无线电公司新产品试制部参加脉冲多路通信和微波通信设备的研制工作。50 年代以来，有许多专著和论文发表。他是中国雷达工程专业的主要创建人，为我国发展雷达和通信技术做出了重大贡献。磁学是研究静磁和电磁学磁现象
30、以及物质磁性及其应用的学科。19221923 年间，叶企孙(18981977)在较大的压力范围内(012000kg/cm 2)系统而细致地研究了流体静压力对典型的铁磁性金属压力系数、温度系数、剩磁和磁导率的影响，从而观测到前人所未见过的复杂现象。他从唯象理论上推导了铁磁性物质的体积变化与磁化过程和压力系数的关系，定性地解释了铁、镍、钴的不同实验结果。同时，他还在当时铁磁性分子场唯象理论和原子结构模型的基础上对其实验结果做了有益的讨论，提了原子的微观结构对铁磁性的可能影响。叶企孙的这一研究工作，受到当时欧美科学界的重视，被认为是在物质铁磁性方面的一项重要研究工作。施汝为(19011983)从 3
31、0 年代起，在顺磁化合物、铁磁性合金及其单晶体、永磁合金的磁性、磁畴粉纹图和磁各向异性等方面进行了长期的研究，特别是他对铁-钴和镍-钴合金单晶体的磁晶各向异性做了开创性的工作。30 年代中期，他在中央研究院建立了我国第一个近代磁学实验室。3040 年代，潘孝硕(19101988)在关于铁-贵金属合金、铁-稀土金属合金和铁族金属及其合金磁性、磁化机制和热处理效应等方面的研究，做了许多有意义的工作，特别是在磁性合金有序化对磁性的影响和晶界内磁场对多晶体旋转磁化过程的影响等做了深入研究。李庆贤(19021987)1931 年在美国研究了低温下磁铁矿晶体的磁性。他首先发现磁性物质在冷却到低温(-160
32、)相变点时，会引起感生磁的各向异性变化。这一成果受到国际磁学界的重视和多次引用。蔡柏龄(19061988)从 30 年代起在法国贝尔维尤(Bellevue)强电磁体实验室从事磁学和强磁场设计研究。他对气态-氧化氮、氧和氮的磁（致）双折射和磁（致）Faraday 旋转，以及液态-氧化氮的磁化率进行了研究。30 年代后期他又致力于铁族过渡金属（如锰、铁、钴、镍、铜等）的氧化物、卤化物、碳酸盐等多晶体和一些单晶体的磁化率随温度的变化进行了系统的研究。他从实验上最早发现了多种化合物的磁化率-温度曲线出现最大值的反铁磁性，并把反铁磁性理论用于解释这些化合物磁性的特点，对早期反铁磁性研究做出了重要贡献。在
33、多种强磁体设计方面，他曾参加法国“土星”质子同步加速器中的大型强磁体、大型气泡室电磁体、大型永磁体和高梯度磁场等的设计研究，曾采用磁位计法测量强电流。蔡柏龄的这些研究工作，于 1934 年获法国国家研究发明局银质奖章，1947 年获法国埃梅贝尔泰(AimBerth)奖。马士修(19031984)曾对电场和磁场的对称状态进行过研究，并发展了居里对称定理。他还指出，电磁场中的“对称要素与热力学内之熵极为相仿”。6光学、应用光学和光谱学在光学与应用光学包括光源、光学材料光谱学等在内，上半世纪中国物理学工作者中多数人参与了这一领域的研究，取得了较多的成就。1925 年前后，谢玉铭(18931986)在
34、美国芝加哥大学物理系跟随著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者 A.A.Michelson 教授从事光的干涉研究。1928 年，严济慈在法国进行水晶压电效应研究时，首次测定了居里压电效应“反现象”的数据。同时，发现了不同于 Kerr 效应的一种双折射新效应，即在垂直于电轴方向的水晶面上施加正电压则在该方向的双折射增大，而垂直于光轴与电轴的第三轴向的双折射减小；如果施加电压为负，则结果相反。1931 年严济慈在钱临照(1906)的协助下，在北平物理研究所开展压力对照相乳胶感光性能影响的研究，发现压力能减弱乳胶的感光性能，且压力愈大，效应愈显著。如用 射线为光源，效应则相反：压力愈大，效应愈不明显。他们
35、的研究成果于 1932 年发表在法国科学院周刊上。30 年代后期，龚祖同(19041986)在德国留学期间从事光学系统高级像差的研究，设计了野外望远镜，为把光学设计和军用光学仪器设计引入中国打下了基础。 1938 年，他在昆明试制成功 630 军用双目望远镜、机枪描准镜和 80 厘米倒影测远机等我国第一批军用光学仪器。1952 年，在他的领导下，制造出中国的第一炉光学玻璃。1937 年，钱临照发表了有关玻璃的表面微裂缝的研究成果，40 年代又在昆明以 Hilger 棱镜干涉仪实验地描述了光谱中相邻两光波的干涉图象及其性质，并对此做出了理论解释。特别是通过这个实验，他提出可以以这种简便的方法达到
36、提高光谱线分辩率的途径。这在当时是一个富有创造性的研究工作。40 年代，王大珩(1915)在英国从事光学玻璃研究工作，成功地研制成数种新型稀土光学玻璃的配方，并获得专利。他还研究了不同退火条件下，对光学玻璃的折射率、内应力以及光学均匀性的影响，研制成了 V 型棱镜精密折射仪。这些研究成果获英国仪器制造协会第一届 Bowen 仪器发展奖。同时，他还研究了各级球面像差对最佳焦点位置的影响。这种思想至今仍是小孔径小像差光学系统设计中像差校正和质量评价的重要依据。日本学者曾给予他的这项研究很高的评价。1946 年，何增禄(18981979)提出了以改变光程的方法改变光波频率的理论，说明多普勒效应“红移
37、”现象是特例情况。在光谱学方面从事研究的中国学者甚多，其重要成就有：桂质廷(18951961)1925 年在美国普林斯顿大学研究双原子气体的低压弧光的光谱及其特征。饶毓泰(18911968)20 年代末至 30 年代初，在德国研究了 Rb 和 Cs 原子的倒 Stark 效应，观察到这两个元素主线系的分裂和红移。该项成果对当时正在发展的量子力学微扰理论提供了重要的实验数据。19331938 年间，他在北京大学研究了 ClO3-、 BrO 3-和 IO3-的Raman 光谱，测定了光谱的退偏振度，从而定出了这些自由基的结构。19441947 年间，他又在美国与 A.H.Niclson 等合作进行
38、了分子光谱的研究，研究 C12O216和 C13O216的分子振动-转动光谱，获得了含同位素的气体分子的转动光谱，为研究同位素的气体分子的振-转光谱提供了方法和基础，并且可以获得分子内部的重要信息。19321934 年间，谢玉铭在美国和 W.V.Houston 合作开展氢原子光谱 Balmer 系的精细结构研究，发现了 40 年代后期得以肯定的著名的“Lamb 移位”，并提出了与 40 年代后期有关重整化理论的发展方向相同的大胆建议。但是当时并没有引起物理学界足够的重视。而 19471948 年间，兰姆(W.E.Lamb)等人所做的类似的实验及发现却获得了 1955 年诺贝尔物理学奖。就现在看
39、来，谢玉铭及其合作者当时的工作是杰出的，不仅结果正确，而且提出的建议也是惊人的。谢玉铭的这项工作可以说是中国上半世纪物理学的一项重大成就。吴大猷(1907)对光谱学也做了大量研究，早在 1931 年，他在美国曾设计了一种弯形狭缝以改进红外光谱的弯形影像，提高了光栅的分辨率。在 30 年代，吴大猷研究了多种原子分子光谱，并与郑华炽(19031990)等合作，研究了苯及其衍生物的 Raman 光谱，发现并证明了苯的同位素移动，对此做了正确解释。1939 年，吴大猷完成了多原子分子振动光谱及其结构一书（1940 年在上海出版），这是当时国际上第一本、也是有关课题的唯一专著。它的出版受到国际学术界的赞
40、扬，在美国连印三版，在今天，它作为一本经典著作仍被国际学术界所重视。严济兹和钟盛标、陈尚义等在 3040 年代研究氢、氖、铷、铯、硒、碲等元素的原子及其分子光谱，碱金属的紫外线光谱，尤其是对臭氧的紫外线光谱吸收系数的研究，为国际气象学家测定高臭氧层厚度提供了参照数据。赵广增(19021987)专长光谱学，对我国实验光谱学的研究起过重要作用。他在美国 Michigan 大学深造期间(19361939 年)，曾在O.S.Duffendack 主持的气体导电光谱学实验室从事电子与原子和分子的碰撞激发、原子和分子的激发和离化的研究。1939 年又在 H.R.Crane 实验室利用直线加速器研究高能电子
41、与原子核的相互作用。1940 年回国后，继续从事研究电子与原子和分子的碰撞及离化问题。50 年代中期，他在中科院应用物理所和北京大学分别研究了 Cds 和 Cu2O 单晶激子光谱，先后获得了 Cu2O 在可见光谱区液氮温度下，黄区和绿区吸收的类氢光谱线系、红区的极细吸收谱线系和吸收台阶，分别研究了这些光谱线系和吸收台阶随压力（晶体各向异性压力）移位。同时，他还在红外光谱区域开展了 Cu2O 的压力效应及价带的压力效应研究。这些研究在国内外都是领先的工作。周誉侃(19081976)在光谱学理论和实验方面均有很深的造诣。30 年代后期，他在德国着重研究稀土金属盐的晶体及其溶液的吸收光谱，选择 Nd
42、F3作样品，拍摄和测量可见光区的 7 个谱线组和红外区的 2 个谱线组，从电子跃迁和外晶格振动激发的复合谱线中成功地分离出纯电子跃迁谱线，发现这类谱线强而尖锐，而晶格振动谱线则在短波方向上弥散。他们的实验精度达到很高的水平。此外，他还测算了一些谱线组，根据单个谱线组的谱线数目算出相应能级的内量子数 J 值，与理论上的可能值相一致。7固体物理学（金属物理学、结晶物理学）在固体物理学领域，上半世纪我国有陆学善、钱临照、余瑞璜、周如松、葛廷燧等人在金属物理和结晶学方面进行了研究，范绪筠、黄昆等人在半导体、晶格动力学方面进行了研究。陆学善(19051981)是中国晶体学研究的主要创始人之一，19341
43、936 年他在英国深造期间，与A.J.Bradley 进行了 Cr-Al 二元合金系的 X 射线研究，首次提出了 Cr-Al系的完整相图。他创立的利用晶体点阵常数测定相图中固溶线的方法，至今仍为晶体学家广泛应用。钱临照和周如松(1912)在 30 年代中期，对金属晶体的范性变形和晶缺陷做了极好的研究，他们实验地测定了钼单晶的滑移系统，对其滑移面与钠、钾迥异现象的原因做出了正确的解释。1939 年周如松在英国与 Andrade 共同提出表征形变温度对体心立方晶体滑移面选择影响的参量=T(k)/T m(k)，其中 T(k)是形变温度，Tm(k)是该晶体的熔点。她们从实验研究中得到的这条经验规律具有
44、开创性意义，受到人们的重视。直到现在还被有关权威著作征引。余瑞璜(19061997)在 X 射线结晶学、X 射线晶体分析法、固体与分子的经验电子论(E.E.T)及其应用方面卓有成就。1930 年，他在清华大学 X 射线实验室研制成盖革计数器，这是我国第一次自己成功制造的有关仪器。1932 年在吴有训指导下，他分析了氢的 X 光吸收和散射，其结果被A.H.Compton 所著的X 射线的理论与实验一书引用，以说明 X 射线的散射系数不同于经典的散射系数。19351937 年，他在英国深造期间对Zn(BrO3)26H2O 的晶体结构进行分析，巧妙地消除了一般所称的“鬼影”，从而最后确定了它的晶体结
45、构。他还发现，X 射线衍射的晶体摆动谱仪所用的对称形叶状摆动器，所得出的晶体摆动速度不均匀。经过他严格的数学处理后，得到了正确的非对称式叶形摆动器。最有意义的是，他在对 Ni(NO 3)26NH3所做的晶体结构分析中，对该晶体的 X 射线衍射线强度随衍射角的增加而急剧地下降现象做出了正确的解释。他认为，这是由于 NO3中的一个 O 和 N 总是以其它两个 O 的联线为轴，在 NO3的平面三角形原子组的平面中做十分反常的大幅度的来回角摆动所致。以这种模型算出的衍射线强度和实验所得的结果完全一致。他还将该晶体放在液氮中做低温 X 射线衍射谱线的观察，果然正常。在后来的低温晶体结构分析也得到同样的结果。1938 年底余瑞璜回国到昆明清华大学金属研究所任教授，继续从事有关晶体结构的分析研究，他从数学上寻找消除 Fourier 综合法必然产生“鬼影”的方法，经过努力，终于在 1942 年
