(贵州师范大学物理与电子科学学院)
本文选自《物理》2023年第2期
很难过地听闻, 王承书先生因为疾病而离世了。王先生真的是一位非常出色的物理学家, 对于祖国的教育事业, 有着极大的付出, 对于科研事业, 做出了显著的效果, 对于国防事业, 有着巨大的贡献。她所拥有的奉献精神以及处世态度, 那可是我们学习的楷模。
——杨振宁(1994年)
书香门第与成长经历
1.1 思想启蒙与环境磨砺
生于1912年6月26日, 王承书（图1）出生于上海, 其原籍是湖北武昌。父亲早年中了进士, 之后前往日本留学, 曾担任民国官员并且兼任高校教授；母亲何世璜是扬州名门何芷舠的孙女。
1924年, 王承书进入教会学校贝满女中开始学习, 中学时发生的“五卅”惨案以及“三一八”惨案等事件, 给王承书上了极为深刻的关于反帝反封建主义这么一课, 后来王承书知晓了居里夫人的经历, 从而渐渐意识到科研的价值加之女性所具备的力量, 王承书自述, “我的学生时代, 正是我国处于外受帝国主义压迫, 内受军阀和反动政府统治阶段, 鉴于对当时状况心怀不满, 养成了颇为浓厚的民族主义思想掺和着正义感。”。
图1, 王承书, 其出生日期为1912年6月26日, 逝世日期是1994年6月18日。
1.2 学业知难而进和爱情不期而遇
1930年, 王承书被保送到燕京大学, 在挑选专业之际, 她反复思量, 是依从众人选择常见的家政类专业, 还是突破常规让自己成为一股力量? 有人选专业会依据自身强项, 而有人会从国家所需专业出发, 像王承书或者钱伟长那样。她最后选定物理学, 成为当年燕大物理系13名新生里唯一的女生。1934年, 王承书的毕业论文是《大气污染变化的自动连续记录方法》, 其主要成果作为优秀论文发表在了《物理学报》第1卷第2期上, 并且获得了“斐托斐”金钥匙奖。在燕京大学学习时, 王承书不但爱上了物理学, 还爱上了燕大高材生张文裕(1910 — 1992, 中国科学院院士)。
1936年, 硕士毕业的王承书开启了艰难的求职生涯, 了解到加入某党派方可在高校任导师后, 尽管处境困苦之王承书却绝不因“五斗米”而屈从, 决然回绝此事, 1939年, 身为庚款留学生的张文裕学成返回国内, 于西南联大出任教授, 同年9月, 在物理学家吴有训的主持下, 张文裕与身为学界恋人的王承书在昆明举行了婚礼(图2)。
图2 张文裕和王承书
婚后, 王承书没有忘记自己最初的想法而是想要从事理科类工作, 然而却听到了一些让她身体和精神都感到疲惫的话语。还好她的丈夫张文裕非常了解妻子的志向, 同时也明白再多一个有才能的人对于中国该是多么重要, 于是就和妻子约定一旦有机会就去国外进一步学习钻研, 全心全意地支持王承书所做出的选择。1940 年, 王承书收到了谢玉铭教授写来的信。谢教授告知她, 美国密歇根大学设有一笔专门为亚洲有志向的女青年提供留学机会的“巴伯奖学金”, 并且表明愿意担任她的推荐人。王承书得知, “巴伯奖学金”存在一项规定, 即不给已婚妇女, 之后, 她写信给该奖学金委员会, 如实告知自身实际情况, 并且认为, 女子能不能干事业, 绝对不是依据已婚还是未婚来判定的。
国外求学
1941年, 王承书收到密歇根大学的录取通知书 , 之后便以“巴伯奖学金”作为经济来源出国深造 , 最初的时候 , 曾因为民族身份在外国遭受阻碍 , 这件事情给她留下了深刻印象。在物理系上学的王承书师从G. E.乌伦贝克 , 乌伦贝克 ( , 1900—1988)乃是20世纪卓越的物理学家 , 被称作“没有得过诺贝尔奖的诺贝尔奖获得者”。乌伦贝克自身有着超强的“学品”, 不到25岁就因发现电子自旋在学界声名远扬, 他还极为爱才, 不会因民族和性别歧视学生, 有着极高的“师品”。王承书回国后, 乌伦贝克把王承书在美国期间未发表的重要科研论文与报告修改后, 用王承书的名字发表, 还肯定其研究成果。从这当中不但能晓得王承书科研能力很强, 还能看出乌伦贝克是一位有平等与博爱思想的良师益友。
2.2 非平衡态统计物理领域的研究成就
在20世纪初期的时候, 统计物理学渐渐分化成了两个研究方向, 一个方向是用来描述物质平衡态的情况, 另一个方向专注描述物质非平衡态的情况。而王承书主要是投身于气体分子运动论的研究工作, 此处的气体分子运动论英文表述为of gases, 现在已经修订名称为气体动理学理论, 简易称呼是气体动理论, 王承书是早期参与到非平衡态统计物理研究工作当中并且取得了相应成就的中国人里面的一员。
1944 年, 王承书取得了博士学位。1948 年, 她刊发了论文《稀薄气体输运现象》, 指明查普曼和考林所著的专著《非均匀气体的数学理论》第一版里热流矢量的两个系数(θ2 和θ5 )的表达式存在错误, 而后该书作者于 1952 年的第二版中依照王承书的结果予以更正。另外, 王承书在钻研声波色散和吸收的问题时, 拓展了三阶和部分四阶近似的流体力学方程, 发觉了麦克斯韦气体的“高矩声波”, 增大了玻尔兹曼方程的运用范围。
王承书跟乌伦贝克采用对分子转动以及振动能级进行量子力学考虑, 而分子平动依旧维持经典考虑的半经典办法, 借由修改玻尔兹曼方程碰撞项, 推导出适用于拥有内部自由度之多原子气体的修正玻尔兹曼方程。运用该种方法去解修正方程, 探究了多原子分子气体的输运性质, 得到了单原子分子气体所不存在的新粘滞系数, 也就是体积粘滞系数, 并且发觉, 多原子分子气体导热系数跟单原子气体有着明显差别。
1952年, 王承书对线性化玻尔兹曼碰撞算子的本征函数和本征值做了研究, 在麦克斯韦气体情形下, 严格证明线性化玻尔兹曼碰撞算子的本征函数就是索南多项式。求解玻尔兹曼方程时候, 各种输运系数求解极为困难, 王承书严谨的数学结论, 有利于理解麦克斯韦气体的特殊性, 给伯纳特将索南多项式展开来求解线性玻尔兹曼方程的原因, 做了有益提示, 让研究人员进行数学求解时, 能达到更完整、牢固的程度。
那时, 王承书的某些科研成果形成了研究报告, 并未对外公布发表, 而后, 导师乌伦贝克在in丛书中代其发表。王承书的研究成果具备极高的科研价值, 比如在1951年她就提出来的“WCU(王承书—乌伦贝克方程)”一经发布便引发了科学界的关注与研讨, 如今已成为国内外气体输运理论的经典章节, 在气体运动研究以及原子分子物理研究等领域被广泛运用。曾有著名物理学家吴有训表示, 要使得更多的效应以及规律以中国人的名字来进行命名, 而王承书, 在当时民族身份与女性身份遭受双重打压的状况下, 依旧达成了这一点, 证实了中国人于艰苦奋斗历程中的坚强不屈。后来, 清华大学的应纯同教授, 经过多年收集关于王承书气体运动论的相关著作, 最终把它翻译成为《气体运动论——王承书论文选集》这样一本书。
归国后贡献
3.1 我愿意为师亦为人梯
1949年, 新中国成立之后, 鉴于王承书那时临近分娩, 她跟张文裕唯有暂缓回国。之后, 在杜鲁门主义还有麦卡锡主义的打压之下, 张文裕与王承书的归国之路多次遭受美国政府的阻碍。1955年, 中美双方承认双方平民具备回国权利。王承书知悉而后马上与丈夫申请回国。“两袖清风彰显傲骨, 一身布衣怀着赤子心”。1956年6月, 张文裕与王承书夫妇舍弃了当时相对优渥的生活环境, 突破多重阻碍, 乘坐克利夫兰总统号客轮, 踏上了归国之途。是美国联邦调查局以及移民局, 在船上针对这对爱国科学家夫妇展开搜查行动, 时间持续好长, 一番折腾之后才离去。之后张文裕院士带着诙谐的口吻回忆, 当年回国之际, 就连简单的行李都被抄走, 带回来的仅仅是一个脑袋。实际上张文裕与王承书夫妇心里特别明白, 要想着让国家强大, 就得谋划得长远, 要想着国家兴盛, 就得要在细微处思考。早在回国之前, 王承书鉴于美国对中国发展存在的多样阻碍, 依照当时相当于六磅重量包裹的投递标准, 把一些关键的书籍以及资料分成三百多个邮包, 长时间借助不同的邮局寄回国内, 而那些书籍对于当时缺少科学研究资料的中国来说是多么珍贵。1956年9月30日, 张文裕和王承书这两位科学界的夫妻带着儿子进入了罗湖边防站, 他们终于回到了这片崭新的故土: 新中国。
先来说, 王承书归国之后, 一开始是在中国科学院近代物理研究所工作, 这个研究所, 在1958年的时候改名为中国科学院原子能研究所。后来, 诸葛福研究员回忆说到, 1956年年底的时候, 第三机械工业部部长宋任穷希望王承书从事铀同位素分离理论研究, 当时这个第三机械工业部主管我国核事业发展, 之后改称为第二机械工业部, 且宋任穷还让副部长钱三强与王承书谈话。王承书在了解到这项研究于我国处于空白期后, 表示愿意边摸索边开路, 随后被调到近代物理研究所理论研究室（四室）任副主任, 从事同位素分离的理论研究, 当时理论研究室的主任是彭桓武, 副主任有胡宁、王承书、胡济民和朱洪元。除此之外, 为培养原子能科学技术人员, 王承书还兼任北京大学教授, 给当时的学生（包括高校教师）授课。虽说另辟蹊径并非是一件容易之事, 然而对于王承书来讲, 当时祖国那般处于百废待兴的状况, 她觉得自己不可以坐等别人去创造条件, 她要亲自投身到参与创造条件以及铺平道路的这群人当中。
3.2 我愿意近国家而远小家
1958年, 鉴于筹建热核聚变研究室有需求, 钱三强跟王承书谈话, 期望她能再度改变行业, 王承书当时就表明愿意。同年, 王承书获任命为热核聚变研究室（第14研究室）主任, 开展等离子体物理以及磁流体力学研究工作。因为居住在郊区, 她和家人交流渐渐变少。1959年, 王承书被派遣前往苏联库尔恰托夫原子能研究所实习。为更优进行学术工作, 王承书还学习了俄语, 翻译好些俄文文章。后来, 钱皋韵院士回忆起来, 那时王承书已然身为二级教授, 然而却依旧甘愿去过每月仅有500卢布的实习生活。她说: “我并非是冲着待遇才来这的 , 只要能够在学问上有所收获 , 哪怕条件再怎么差 , 也是能够接受的。”在苏联考察完毕之后 , 于回国的火车之上 , 王承书争分夺秒地翻译出了刚刚解密的美国磁约束核聚变计划《雪伍德计划》这本书 , 随后又翻译了《热核研究导论》等诸多著作 , 这些基础理论方面的著作为我国热核聚变研究工作的进展起到了推动作用。
3.3 我愿意一辈子隐姓埋名
在1960年的时候, 苏联把专家撤了回去, 然后处于筹建阶段的, 用于生产浓缩铀 - 235的气体扩散厂, 就陷入了无人领导的状况之中。钱三强找到了王承书, 跟她讲了此次改行所具有的保密性, 以及会碰到的困难, 除了相关领域存在的研究难点之外, 还得远离家人搬到别的地方去, 并且不可以公开发表文章, 要为了这次任务隐姓埋名。面对这项重大并且长期的任务, 王承书心里很明白这既是自己的责任, 也是国家给予她的信任, 于是马上表示愿意接受。从那以后, 王承书搬进了集体大宿舍, 着手学习以及研究理论基础。诸葛福研究员回忆道, 老师总是, 先把内容学完, 编排妥当之后, 再传授给我们！
1961 年底, 在由王承书开展的高效组织之下, 铀浓缩厂的人员掌握了扩散理论知识, 掌握了级联分离等理论知识。1962 年初, 为对关于气体扩散厂能否生产出合格产品的理论问题予以回答, 王承书带领攻关组展开净化级联的研究工作, 这一过程中, 王承书与钱皋韵等人准确抓住了矛盾的主要方面, 具体变现为, 在求解级联方程组时选用了数学上不完全自洽的简化计算方法, 之后还进行了多次实验模型验证, 经过多种考量得出了相关的结论, 即净化级联的装置能够生产出符合质量要求的原子弹装料结论, 正是基于此结论, 才使得这项机密工程能够继续建设。其后, 那项研究成果, 名为《净化级联的计算与试验》, 荣获了1978年全国科学大会奖, 而王承书是作为第一名获奖之人。
3 月初的 1963 年, 中央批准了原子弹爆炸试验的“两年规划”, 于使得那气体扩散工厂得要提前去获得高浓缩铀产品。那时工厂面临一系列, 理论与按以及技术生产方面的问题, 若要得到这高浓缩铀, 那就必须启动这气体扩散工厂, 而若要解决怎样启动、衔接上千台机器等这般关键问题, 那就一定得要有这绝对可靠的级联计算方案。针对此情况, 二机部派出了王承书小组, 负责去解决这级联理论计算问题, 目的是以便能够去提出这新的启动方案。被王承书指导着开展分批启动运行的理论计算工作的研究人员, 那时为了能够使用我国仅有的那一台每秒具备15万次运算次数的电子计算机, 王承书所在小组的人员常常会在接近凌晨时分或者法定节假日去进行计算。为了促使推导以及计算的过程能够更加精准无误, 王承书等相关人员始终坚持对级联的静态跟稳态过程的计算结果予以验算, 并且还要计算出在数量达到上千台的机器里各批级联的丰度平衡时间等各类结果。因为王承书的力气相对较小, 没办法做到左手去敲击键盘同时右手去列出算式, 所以她只能把右手中指压在食指上面, 在用力敲击键盘之后再拿笔去记录结果。即便是处于这般劳累的情形之下, 王承书来讲, 对于电子计算机的几十箱计算纸条, 那也是要全部进行过目审核的, 一个都不能少, 如此这般都要全部看过并且予以审核。
那时候要是依照苏联专家留下来的“9批启动7批取的产品方案”去开展, 所需耗费的时间是337天核物理学家视频讲座，没办法提前获取高浓缩铀产品。所以王承书等人针对启动方案展开了深入的剖析与钻研, 先后计算了成百个处于稳定状态的以及上千个处于动态运行的方案, 并且着重指出要按照一定的顺序逐步地进行试验演练, 防止出现操作上的差错, 要打有获胜把握的仗。最终相关的人员提出了“9批启动5批取的产品方案”, 在王承书等人论证认定可行之后, 向二机部呈上了这个新的方案。新方案执行起来, 相比原方案节省了113天, 给首次核试验提供了装料以及时间方面的保障。1964年1月14日, 气体扩散工厂的人员最终得到了丰度在90%以上的高浓铀 - 235。王承书带领成员提前达成任务, 为我国第一颗原子弹提供了极为关键的原料, 加速了原子弹的研究进程。后来该研究成果《504厂级联9批启动方案计算》获得1978年全国科学大会奖, 王承书是第一获奖人。
1964年年初的时候, 我国做出了筹建铀同位素分离研究所的决定, 并且任命王承书担任大型国产浓缩铀扩散机的总设计师, 钱皋韵以及李铭阁被任命为副总设计师。在“文革”那个时期, 王承书等专家的领导权被剥夺了, 我国大型气体扩散机的研制进程受到了阻碍, 部分人员在工作当中出现了“浮夸风”的现象。针对这种情况, 王承书敢于提出质疑并且向上级提出先用半年的时间来进行试验然后再做决定。事实表明王承书的严谨是正确的, 她深深明白以当时的经济状况, 要把国家的钱用在关键的地方, 不能够急功近利。在新型机器进行研制时, 王承书带领小组, 解决了扩散级联运行期间出现的“大偏移”问题, 着重强调理论要同实际生产相结合, 对贫料丰度对于分离功价格的影响加以分析, 去选择最佳的贫料丰度范围, 用以提高级联效率, 降低产品成本。王承书小组所开展的研究项目《扩散级联经济性分析研究》, 为我国发展气体扩散事业提供参考数据, 于后获得1978年全国科学大会奖, 王承书是第一获奖人。
3.4 科研与教育战线的“星星之火”
当察觉到国内理论研究依旧比较落后时, 王承书就进入到科研领域当中, 率先提出了激光分离铀同位素的理论研究。另外, 她敏锐地发觉一些国家于铀同位素分离的生产工业里运用离心分离法, 于是便开启推动离心法进行工业应用的基础研究, 点燃科研的“小火苗”, 为我国奠定下铀同位素分离理论研究的基础。1978年, 王承书从科研一线调离岗位, 能够参加一些公开会议了, 不过不发表学术论文。1980年, 王承书当选为中国科学院学部委员（后来改称为院士）。
1992年, 在因张文裕院士辞世后, 王承书以丈夫的名义, 将他们所省下的那笔数额达10万元, 具有时代特征的巨款捐出。1994年6月18日, 王承书院士因病在北京与世长辞, 而她创办下的“‘希望火苗’文裕小学”却留存了下来。
结语
李大钊先生觉得, 20世纪身为被压迫阶级的解放时期, 同样是妇女的解放时期；是妇女找寻她们自己的时段, 也是男子找到妇女意义的阶段。面临时代的压迫, 王承书选取觉醒起来奋斗, 之后又为了发展我国核物理事业而隐姓埋名, 从而致使她鲜为人知。她的学生也就是段存华（原本是轻工业部副部长）曾经讲过: “她在意这个吗? 她是最不在意这个的, 可是我在意。要是没有她, 我们直到现在依旧是处于蒙昧状态。”如今, 科教工作者全都得继承以及传播王承书“加入铺平道路、创造条件的队伍”的思想！诚然, 就如同王竹溪院士称呼王承书为先生那般, 于时代的思想以及精神范畴之内, 全面审视王承书的整个人生历程, 她绝对是当之无愧的；在科研以及教育的领域当中, 作为一名女性科学家, 她确实是实至名归呀！