热力学王竹溪 王竹溪:推动我国物理学的研究、传播和交流

王竹溪:推动我国物理学的研究、传播和交流

王竹溪

科普佳作

【1月31日科技名家推荐:王竹溪】

他在表面吸附、超点阵统计理论、植物细胞的吸水等方面做过基础性工作。

王竹溪,名治淇,号竹溪,1911年6月7日出生于湖北省公安县麻豪口一书香世家。

王竹溪一生勤于学而精于研,博闻强记。9岁读"四书",10岁读《左传》、《唐诗三百首》和《古唐诗合解》,11岁进麻豪口小学。同年秋天入武昌荆南中学初中巳班,1927年考入武昌第二中山大学理预科,加入中国共产主义青年团。1928年春插入上海麦伦中学高二。

1929年夏高中毕业,先后投考了清华大学和中央大学,在两校都录取的情况下,因慕梁启超之名,决定进清华大学学习物理学。王竹溪在班上最受叶企孙和周培源的器重。周培源对他的评语是:"对物理概念理解深入,并具有数学计算的特殊才能。"

抗日战争胜利后,1946年夏天,王竹溪随清华大学从昆明迁回北平。1949年1月,王竹溪被任命为物理系主任。1952年全国高等院校调整,王竹溪到北京大学任物理系教授、理论物理教研室主任。

王竹溪对我国物理学发展的贡献,绝大部分都是在北京大学的31年中做出的。

1955年中国科学院设立学部,王竹溪当选为数理化学部(后为数学物理学部)学部委员(1994年起改称院士)。

王竹溪1933年进清华研究院,跟周培源研究湍流理论,次年发表第一篇论文《旋转体后之湍流尾流》。1935年,王竹溪公费留英。刚好P.A.M.狄拉克(Dirac)1935年春来中国访问,把王竹溪推荐给他自己的老师R.H.福勒(Fowler)。王竹溪1935年8月到剑桥大学师从福勒研究统计物理,在此期间与狄拉克来往密切,成为好友。

1938年夏,王竹溪以论文《吸附理论及超晶格理论的一个推广》获博士学位,旋即回国,到昆明西南联合大学任清华大学教授,时年27岁。在西南联合大学的8年,是工作艰难、生活困苦的时期,也恰恰是王竹溪科学研究硕果累累,培养人才桃李芬芳的时期。

他的关于热力学、统计物理以及生物物理方面一系列重要论文,在这时期相继发表于英国《皇家学会会刊》、《剑桥哲学学会会刊》、美国《物理评论》、美国《物理化学杂志》和《中国物理学报》等刊物,而他最得意的学生,当首推在这一时期跟他做硕士论文的杨振宁。

王竹溪一生的科学研究,涉及理论物理众多领域,尤以统计物理和热力学见长。在湍流尾流、气体扩散、吸附作用、超点阵(超晶格)和有序-无序相变、高级相变、气体性质、多元溶液、热力学平衡与稳定性、绝对热力学温标、热力学第三定律、植物细胞的吸水、物质内部有辐射的热传导以及基本物理常数的确定等方面发表论文30多篇。其中最重要的,当推超点阵统计理论。

在30年代前后,气体统计理论已经发展到顶峰,统计物理研究前沿开始转向相变问题。1925年E.伊辛(Ising)提出并求解了一维自旋点阵模型,1934年W.L.布喇格(Bragg)和E.J.威廉斯(Williams)提出了长程序概念和平均场近似,H.A.贝特(Bethe)在此基础上于1935年发表了只考虑短程序的超点阵统计理论。

贝特的超点阵统计理论,假设原子间只有近邻相互作用,讨论两组元浓度相等的二元合金,不算配分函数而用间接办法近似求得了超点阵序及其他平衡值,从而讨论了超点阵的有序-无序相变。这是超点阵问题的基础性工作,立即引起广泛注意。R.E.派尔斯(Peierls)于次年把它推广到组元浓度不相等的情形,再次年,当时与王竹溪同在福勒指导下做研究生的张宗燧又把它推广,包括了次近邻原子对之间的相互作用。

王竹溪先对较简单的吸附作用问题发展了一个普遍的统计理论,然后把其主要思想用到超点阵问题,推广成普遍理论,既适用于组元浓度相等,也适用于组元浓度不等的情形,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配分函数的近似方法,从而在形式上给出了超点阵问题的普遍解。

王竹溪的工作对贝特理论有明显改进,得到了与实验更接近的结果。在随后的多年中,超点阵和相变仍是王竹溪继续研究的主要问题。1942年王竹溪指导杨振宁做硕士论文,题目就是超点阵。

在王竹溪的论文中,有一篇他与汤佩松合作的《孤立活细胞水分关系的热力学形式》发表于美国《物理化学杂志》1941年第45卷。汤佩松当时任职于清华大学农业研究所生理学实验室。这是物理学家与生物学家联手对生物物理学做出开创性贡献的成功范例。

这篇论文首次运用热力学中的化学势来分析细胞内外水分的运动,指出如果细胞外水分化学势高于细胞内,水分将进入细胞,如果细胞内水分化学势高于细胞外,水分将流出细胞,当细胞内外水分化学势相等时,达到渗透平衡,细胞内外水分化学势之差可以看作水分流入和流出细胞的趋势之量度。他们还指出,可以用蒸气压平衡法来测定水分化学势。

水分化学势在当今植物生理学界称为水势,是分析植物细胞水分关系的基本概念。在水势概念之前,普遍采用的是压力概念。从压力概念到水势概念的转变,在植物生理学发展上是一历史性的进步。国际上普遍地完成这种转变,是以美国植物生理学家P.

J.克拉默(Kramer)等人1966年的论文为标志的。克拉默后来著文指出,汤、王的论文"已包含了关于这个论题的现代热力学处理的全部原理",他们的论文"已远远超越其时代,……并显示出对这问题的理解高于同时代的任何其他论文"。从1941年到1966年,是整整四分之一世纪的时间。

在这25年间,中国社会经历了彻底的变革,而随着职位的改变和社会责任的增加,王竹溪逐渐把主要活动和精力转注于发展我国的物理学教育以及推动我国物理学的研究、传播和交流。

王竹溪不仅才思敏锐,而且勇于实行。他在提出新部首检字法的基础上,又花费40多年心血,以其博学多才、治学严谨的长处,孜孜不倦、无间寒暑,在前人编纂的《康熙字典》等辞书的基础上,广泛收集,在定音、释义上逐字推敲,编纂了《新部首大字典》,收字逾5.

1万,是目前收字最多的字典之一,其篇幅达250万字之巨。由于收入的许多字没有现成的铅字,如果刻铸字模,需耗资上百万元,投资过于高昂,以至于王竹溪在生前一直未能找到愿担此任的出版社。

直到他去世5年之后,才由上海翻译出版公司和电子工业出版社联合,采恭楷缮写胶板印制方式出版。王竹溪以一人之力独立完成此巨著,表现出他不仅具有深厚的学术造诣,而且具有超乎常人的勇气和毅力,这种精神堪为后辈楷模。

1981年王竹溪被发现患肝炎病已到肝硬化的后期。1983年1月30日,王竹溪与世长辞,享年71岁。杨振宁专程从美国赶来北京吊唁,国内外100多个单位和个人发来唁电或唁函。杨振宁致王竹溪眷属的唁电说:"竹溪师生平勤实诚正,是朋友和学生都十分敬佩的。

他造就了许多科技人才。我对统计物理的兴趣即是受了竹溪师的影响。"李政道的唁电说:"我极其悲痛地获悉王竹溪教授逝世。……世界上失去了一位大科学家,中国失去了一位良师。"

人物百科

王竹溪,1911年6月7日出生于湖北省公安县,物理学家、教育家。中国热力学统计物理研究开拓者。

在表面吸附、超点阵统计理论、植物细胞的吸水等方面做过基础性工作。撰写了《热力学》、《统计物理学导论》等我国第一批理论物理优秀教材,为建立我国理论物理教学体系奠定了基础。长期主编《物理学报》,主持审定中国物理学名词,为推动我国物理学的研究、传播和交流做出了重大贡献。发明汉字新部首检字法,独立编纂《新部首大字典》。