【港城乡贤】物理学家:汪德昭
日期:2016-10-21     来源: 连云港传媒网

【连云港传媒网】汪德昭(1905.12.20-1998.12.28),中国著名物理学家、大气电学家、中国水声事业的奠基人、中国科学院资深院士。

汪德昭所从事的大气中大小离子平衡态的研究成果,被国际物理学界认为是“目前普遍接受的郎之万-汪德昭-布里加理论”。开拓我国国防水声学事业,制定了我国水声学的研究发展战略;为国家培养了一大批水声学研究人才;领导实施了水下预警体系,完成了多种国防和民用水声先进设备的研制,为我国海军建设和声纳现代化做出了贡献。汪德昭院士为我国国防水声学事业的开拓和建设做出了突出贡献。

人物生平

家庭环境

1905年12月20日汪德昭出生在江苏省灌云县板浦镇。汪德昭在家中排行第二。长兄汪德耀是生物细胞学家,早年赴法国勤工俭学,回国后曾任厦门大学校长、教授。他对汪德昭早年树立爱国思想及赴法留学的影响颇大。三弟汪德熙是核化学家,中国科学院学部委员,四弟汪德宣,早年学习生物学,后经商。

1912年,他的父亲汪寿序(号雁秋)曾任北洋政府农林部主事,携眷来到北京。

求学经历

1913年,汪德昭进入北京师范大学附属小学接受正规的小学教育,

1919年升入北京师范大学附属中学,1923年考入北京师范大学预科。他勤奋好学,成绩优异,于毕业前一年(1928)就被北京师范大学校长张贻惠破格聘为物理系助教,直到1933年出国。在此期间,他还兼任中国大学物理学讲师。汪德昭治学严谨,讲课生动,又擅长动手做实验,所以深受同学们的尊敬和爱戴。

1919年“五四”运动爆发,在当时北京师范大学附属中学学生会主席赵世炎、副主席汪德耀的影响下,汪德昭逐渐认识到中国之所以穷,之所以受人欺凌,是因为中国的科学落后,于是他萌生了献身科学事业、使国家富强起来的强烈愿望。

1933年10月,汪德昭前往欧洲,先在比利时布鲁塞尔大学学习一年法语。

1934年10月,他到法国巴黎大学郎之万实验室攻读研究生。P.郎之万(Langevin)交给汪德昭的第一个研究课题,是“低空大气层中大小离子平衡态的研究”。这是郎之万毕生关注的一项研究课题。在郎之万的指导下,他经过周密的调查研究和分析,用人工方法创造了一个可以控制的环境,对大离子的半径、单位体积内的数目、迁移率等加以测定,并和郎之万一起推导出大离子的合成系数理论。

1940年,汪德昭根据这项研究成果写出论文,通过了巴黎大学国家科学博士学位的答辩,评议为“最荣誉级”。

在郎之万的培养和指导下,汪德昭对近代物理学诸多分支学科当时的前沿课题进行了广泛的科学研究工作,取得了一些创造性的成果,受到郎之万的特别赏识。1939年,郎之万曾推荐汪德昭到法国国家研究中心(C.R.S.)第四研究组参加战时科学研究,开始接触水声技术,曾为法国加大海军声纳的发射功率做出过成绩。

1938—1956年,汪德昭一直在法国国家科学研究中心任副研究员、专任研究员等职,后任研究指导主任。在此期间,他除了大气电学的研究外,还从事过负光致效应、利用β射线控制造纸的厚度、液体对超声波的吸收、郎之万离子发生器、X射线对超声振动状态压电晶体的衍射、RaD转换电子的绝对强度、关于放射锕的弱能量γ射线等方面的研究,以及设计制造了超灵敏度静电计和微量天平等,都取得了很好的成绩,受到法国科学技术界的赞扬。在这期间,汪德昭还先后兼任过法国石英公司顾问、法国原子能委员会技术指导、英国同位素发展公司顾问等职。

毅然回国

1956年,周恩来总理代表中共中央和中国政府发出了“向科学进军”的号召,召唤海内外学子共同努力把祖国建成富裕、强盛的社会主义国家。汪德昭虽已侨居法国20多年,但他魂系中华,情怀祖国,在中华人民共和国成立之前和之后,就曾经接触进步力量,多次帮助人民政府做过不少工作。

1950年在法国出现的第一面中华人民共和国的国旗就是在他的组织领导下升起的。如今得知祖国缺乏科学人才,他感到应为祖国的进步贡献自己的一份力量。于是毅然放弃了在巴黎的丰厚待遇,以及事业、地位,偕同夫人和孩子,于1956年12月回到阔别了23年的北京。

回国之后,汪德昭先任中国科学院原子能研究所研究员兼室主任,并兼任中国科学院器材局局长;后经聂荣臻元帅推荐,出任中国科学院电子学研究所研究员兼副所长,开始筹建中国国防水声学的研究工作。

1964年声学研究所正式成立,他一直担任所长或名誉所长。

国防事业

回国30多年来,汪德昭最突出的贡献是从无到有地开拓了中华人民共和国的国防水声事业,把中国科学院声学研究所建设成为享有国际声誉的研究所。他还根据中国海域的实际情况,制订了我国水声学“由近及远,由浅入深”的研究发展战略,培养了一大批水声学研究人才,其中有多人被外国专家称为“世界级专家”(World class expert)。

1981年,他同他的学生尚尔昌合作,把他们30年的研究心得写成了我国水声学的第一本专著——《水声学》。

简历

1923—1929年 在北京师范大学物理系学习。

1928—1933年 任北京师范大学物理系助教、讲师。

1933—1934年 在比利时布鲁塞尔大学学习。

1934—1938年 在法国巴黎大学朗之万实验室攻读研究生学位。

1938—1956年 任法国国家科学研究中心副研究员、专任研究员、研究指导主任。1940年 获巴黎大学国家科学博士。

1956—1958年 任中国科学院原子能研究所研究员兼中国科学院器材局局长。1957年 当选为中国科学院学部委员。

1958—1964年 任中国科学院电子学研究所副所长。

1964—1984年 任中国科学院声学研究所所长。

1984年— 任中国科学院声学研究所名誉所长。

1998年12月28日,深受大家敬仰和爱戴的汪德昭,做着“实验”离开了人世。

荣誉奖励

汪德昭1945年曾获得法国科学院颁发的“虞格”(Hughes)奖金;

1981年获法国声学学会(前身是法语区声学家协会)的最高荣誉奖章——银质奖章;

1983年获巴黎市政府的荣誉奖章;

1991年8月30日,又获得了法国政府颁发的“荣誉军团军官”勋章。

汪德昭于1961年加入中国共产党,曾当选为第一、二、三、四届全国人民代表大会代表,中国人民政治协商会议第五、六届全国委员会常务委员、第七届委员。

研究成果

空气中大小离子平衡态的研究

上个世纪末至本世纪初,作为近代物理学重要内容之一的电磁学刚刚起步不久,人们在广泛探索无线电技术的应用时发现,在距地面50—1000千米的高空大气圈内,在太阳光(主要是紫外线)的照射下,气体分子会电离成为正离子和自由电子,使大气内形成随高度不同电子密度也不同的气层,通称电离层或电离圈。短波波段的无线电波能被电离层反射返回地面,从而完成远距离无线电通信。后来人们又发现,低空大气层(距地面几百米至10余千米)中也存在带电离子,它们对通信,对云、雾、雨、雪的形成和发展,也就是对气象、农业生产和人类生活,都具有十分重要的作用。当时,年轻的法国物理学家郎之万对深入研究低空大气层中的这些离子表现出了特别的兴趣。为了找到比较“干净”的大气,1904年,他独自爬上高达300米的巴黎埃菲尔铁塔进行了时间长达几个月的实验研究。结果,他发现空气中存在着体积很“大”的“大离子”。这在当时是一个重要的发现。

郎之万的这项研究工作引起了当时国际物理学界的密切注意,带动了一系列研究工作。但是,国际上的这些研究工作结果,存在着很大的分歧,主要是有关大小离子平衡态的各种重要参数,世界各地发表的数据差异很大,相差几倍甚至几十倍。而这些测量都是由著名学者做的,都是几十次甚至上百次重复测量的平均值,其严肃性是不容怀疑的。那么,问题在哪里呢?

这一研究课题是由郎之万发端的,但是因为他当时还有许多其他重要的工作要做,抽不出时间来把这一研究推向深入。1934年10月20日汪德昭正式成为郎之万的研究生,于是郎之万把课题交给了他。从此,汪德昭开始踏上了科研的征程。

低空大气中存在有体积不同的大离子和小离子。这些大、小离子有的带有正电荷,有的带有负电荷,还有不带电荷的中性粒子,即通常所说的微小的悬浮质点。当它遇到带正电荷的小离子时,小离子会把自己的电荷给它,使它成为带正电荷的大离子;同样,如果遇到带负电荷的小离子,就会变成带负电荷的大离子。而正负大离子在大气中的迁移率是十分微弱的。据郎之万测定,在电压为1伏特时,每秒会移动0.003厘米,因而正负大离子本身相遇而发生电性中和的机会是极少的,可以忽略不计。所以,制约着大离子增长或消灭的,是带着电荷的小离子。而小离子的产生也不是无限制的,因此,在一定空间内,经过一定的时间后,其中的大离子本身的增长与消灭相等,大离子的数目是一个常数,于是就成为平衡状态。

为了摸清大小离子达到平衡态的规律,需要人们研究的是:大离子的数量与悬浮质点的数量、体积大小的关系,与小离子浓度的关系,以及大离子本身合成的系数,此外还包括,大离子的迁移率虽然微弱,但它的移动谱线是什么样的,等等。所有这些都需要通过测定,才能上升形成理论。而世界各地的测定值却相去甚远。为了解决这个难题,汪德昭花了几个月的时间进行文献调查研究和分析,认为各地区所测数据之所以有差异,首先是因为测定是在自然条件下进行的,各地条件不一,没有控制悬浮质点的体积、密度、电离强度,等等;其次是没有一套较完整的理论来描述大离子的合成机理。于是,他建议在试验室里用人工的方法创造一个可以控制的环境,从实验和理论两个方面来系统地研究大、小离子的平衡态。

这个建议得到了郎之万的同意和鼓励,汪德昭便开动脑筋,创造性地设计实验。他用人工制成均匀的烟中的悬浮质点来获得大离子,而用X射线或放射性铍产生小离子。当大、小离子达到平衡态时,汪德昭进行测量,共测量了:(1)大离子的数量随悬浮质点数量而变化的情况;(2)大离子的数量随悬浮质点大小而变化的情况;(3)大离子的数量随小离子浓度而变化的情况;(4)大离子的合成系数随悬浮质点的大小而变化的情况;(5)大离子迁移率的谱。

在测量工作中,汪德昭创造性地应用了几种非常简单但又解决问题的方法。例如,为了测量悬浮质点的数目,他设计、创造了一种简便的光学与静电计相结合的仪器,既可以观察烟的浓淡,又可以测出总电荷而计算出离子的数量;为了测量悬浮质点的大小,他采用了称量与计算结合的方法,求出了大离子直径的近似值是2.59×10-5厘米;为了测量大离子的迁移率,他采用了交流电场法,观察大离子的正弦运动,得出其迁移率约为3.6×10-5厘米2·秒-1·伏特-1。

汪德昭应用这些方法在实验室实际测量的结果,各项参数和理论计算值很符合,而且是国际上发生争论的两大派所得数值(一派偏高,一派偏低)的平均值。与此同时,汪德昭还和郎之万共同推导出大离子合成系数理论,并应用于低空大气层中,解决了国际上争论多年的问题。

1940年,汪德昭以这项研究为主要内容写成论文,通过了法国国家科学博士学位的答辩。1945年,法国科学院鉴于这项成果开创了精确研究大、小离子平衡态的方法,并建立了大、小离子平衡态的新理论,向汪德昭颁发了“虞格”奖金。这种奖金每年颁发一次,只发给一名有重要创造性研究成果的学者。1955年4月,在爱尔兰首府都柏林召开的“国际凝聚核学术讨论会”上,平衡态理论被定为“郎之万-汪德昭-布里加理论”。现在,这个理论已成为大气电学中的经典理论。

“负光致效应”的证实

在一般情况下,光的辐射压力作用在空气中悬浮质点上时,质点会沿着力的方向产生运动。这种现象被称作“光致效应”。所谓“负光致效应”,则是指悬浮质点沿着力的相反方向运动。这种现象曾经引起A.爱因斯坦(Einstein)的重视。爱因斯坦在1939年7月10日写信给郎之万时曾提到,“这些效应至今还不能解释”。

“负光致效应”到底存在不存在?1946年过后不久,汪德昭决定用实验来回答这个问题。他精心设计了一个可以排除一切可能的外界干扰(包括电磁干扰)的高真空(达到10-6毫米汞柱)的实验装置,在其中进行的实验结果证明,负光致效应确实存在。至于其原因如何,尚待做出回答。当时,巴黎大学的光学专家、法国科学院院士J.卡巴纳(Cabannes)看了汪德昭的实验以后称赞说:“这是一个重要的关键性的实验。”

用β射线控制纸张和照相干板药膜厚度

汪德昭是早期探索把人工放射元素应用在工业上的科学家之一。1947年,他设计、试验应用β放射源于控制纸张的厚薄上。由于印制纸币对纸张的均匀度要求极高,于是,他把自己的设计最早用在造币纸的生产上。在纸的一面放置两台能量相同的β放射源,而在纸的另一面放置两台放射线接收计。当两台接收计的指针指示同一数字而且恒定不变时,表明纸的厚度是均一的。如果两台接收计指示的数字不一,则表明纸张两边的厚度不一;如果指示的数字有变化,则表明前后生产的纸张厚度不匀。应用这样一种简单的测量方法,保证了造币纸对厚度均一的要求。这种测量方法现在已推广到普通印刷机上。

1952年,汪德昭在法国的图鲁士城把这种测量方法用于控制照相干板药膜的厚度上。人们一般认为,干板的药膜经过放射线照射后会感光和变黑。汪德昭想,当放射线弱到一定程度而且扫描时间很短时,情况应当有所不同——不会感光却能测出药膜厚度来。于是他做了多次实验,证明在弱放射性下干板药膜不会感光,照出的照片仍然有效。这项试验打破了人们的旧观念。

测出二硫化碳液体吸收超声波准确数据

郎之万是世界上第一个用压电晶体和当时刚刚发明不久的无线电高频线路相结合而产生稳定的大功率超声波的人。超声波在工业生产中可用于清洗、粉碎、探伤等,有着广泛的应用前景,所以各国科学家都很关心超声波在液体中能量被吸收的规律。当时,人们不仅按照斯托克斯-基尔霍夫(Stokes-kirchhoff)的超声吸收机理,算出了吸收系数的理论值,而且实际测定了多种化学物质的溶液(水、酸、碱、盐)吸收系数,结果二硫化碳的吸收系数的理论值与实验值相差较大,不同作者的实验值也很不相同。1946年,汪德昭利用在郎之万实验室的有利条件,对二硫化碳的吸收系数进行了测定。他采取各种措施排除干扰,采用非常纯的二硫化碳,把超声波的频率调整得非常准确,测出了二硫化碳液体吸收超声波的数值在频率N=1.63×106赫兹时,αa/N2=4.500×10-17。这个数值被超声工作者认同和采用。

社会评价

“对人类进步尽自己的义务”的科学家

1931年,郎之万到中国讲学,在北京讲演中曾谈到:“一个真正的科学家,不应把自己关在象牙塔中。他负有社会责任,应对人类进步尽自己的义务。”这几句富有哲理的话,对汪德昭影响至深,成了他的座右铭。

坚持正义,威武不屈

1937年,抗日战争爆发,汪德昭此时远在巴黎,无法直接抗击日本侵略者,便不遗余力地支持法国人民的反法西斯斗争。他知道,这也是对抗战中的祖国和人民的支持。

1940年法国战败,德国法西斯占领了法国,抓走了汪德昭的老师、“世界反法西斯同盟”委员会主席郎之万,投入巴黎的桑德监狱,只是慑于舆论,未敢对郎之万下毒手。维希傀儡政府也宣布取消郎之万的法国科学院院士的资格。这时,汪德昭却偏偏把自己的论文寄给郎之万签署意见,而后在法国科学院院报上发表(这份院报规定只发表有院士推荐的文章);他还邀请当时同在巴黎的钱三强也把论文寄给郎之万审阅,以扩大正义的声势。

郎之万入狱后,汪德昭时时惦记着郎之万,每逢节日,他总是想方设法给郎之万带去各种小礼物;有一年郎之万过生日,汪德昭还特意送去一尊中国的“老寿星”。郎之万1942年1月9日写信对汪德昭说:“……你所给予我的真诚友谊和珍贵物品,正在帮助我度过这漫长的流放生活,特别是你的友谊是我永远可以依靠的。……”

脚踏实地,一丝不苟

汪德昭把自己半个多世纪从事科研工作的经验,归纳为“标新立异,脚踏实地;一丝不苟,自己动手”这样几句话。所谓标新立异,指的是研究工作一定要有创造性,不论是理论、实验、技术、方法还是工具,都应当有创造性。

汪德昭一生中发表的论著不算多,但他做的每一项实验,都比前人有所创新,因而每一篇论文都有自己的特点。前些年,他发现有的科技人员只追求论文的数量,做了一点儿工作,却可以写出3篇、4篇甚至5篇文章。他对此深为不安,马上发表了8点意见,指出科学家应对社会负责任,写学术论文应当强调创造性,而不能玩弄数学游戏,对一篇科学研究论文,加以改头换面、乔装打扮,变成好几篇论文,这种做法是不道德的。

汪德昭在战略上强调创造性,但在实际工作中,却非常强调脚踏实地,严肃认真,一丝不苟。他在审查研究生的论文时,不但要看选题、立论、实验、方法,就是对论文的遣词造句,乃至标点符号,都要认真推敲、修改。

汪德昭还特别重视实验技术,要求科研人员学会自己动手。1982年7月,在声学研究所研究生座谈会的发言中,他对研究生们讲的第一条意见,就是要求大家必须重视实验技术,培养自己动手的能力。对于这一点,汪德昭深有体会。1948年,他曾为法国原子能委员会设计研制了可以测量1000个电子的电荷的高灵敏度静电计,以及微量天平,得到国外著名科学家较高的评价。其中,高灵敏度静电计被命名为“居里-汪氏型”。1941年,I.居里(Curie)使用的一台德国造的静电计坏了,因战争无法再买新的,影响到研究工作,请汪德昭帮助修理。虽然汪德昭并没有修理过静电计,但经过细心琢磨,用1个月的时间,终于设法把直径仅1微米、肉眼几乎看不见的白金丝,焊在小小的铜柱上,使居里的研究工作得以顺利进行。自此,汪德昭修理仪器的声名大噪,不少科学家都来求他帮助修理当时战争状态下无法找到备用品的科研仪器。直到1991年8月,法国的研究与技术部长H.居里安(Curien)来华代表法国政府向汪德昭授勋时,在贺词中还提到了这件事,盛赞汪德昭具有一双巧手,并说:“汪是当时全法国能做这项工作的唯一的人”。

汪德昭是我国一位杰出的科学家,他对我国科学技术的发展,特别是对我国国防水声科学研究的贡献,将永远镌刻在中国科学技术发展的历史上。

[责编:金梦]
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