中國第一代物理學家成長史：庚子賠款獎學金與美利堅

時間: 2016年06月07日 | 作者: Danian Hu | 來源: IAS     

        中國最初的一批物理學家大多曾在美國求學。

　　

　　在 IAS 期間的王承書

　　2004年，造詣頗深的科學史學者董光璧教授在向一群國際聽眾致辭時，總結了上世紀中國物理學的發展，並指出美國是使中國物理學家與學界受益最多的國家。七位「最有創造力的華人物理學家」的學術背景支持了董光璧的這種說法（下表）。

　　

　　二十世紀最具創造力的華人科學家

　　在這七人中有五人在美國獲得了博士學位，而其中周培源、吳大猷、楊振寧和李政道四人均曾為普林斯頓高等研究院（IAS）成員，這表明了美國對中國物理學界發展的決定性影響和 IAS 在其中的重要作用。我對二十世紀上半葉留美的華人物理學家進行了初步調研，進一步支持了董光璧的論斷。

　　夏元瑮（1883~1944）是為數不多的中國第一代物理家之一，他很可能是其中第一個從美國的大學畢業的。夏元瑮曾在廣東省政府的資助下就讀於耶魯大學。1907 年畢業后，他進入柏林大學跟隨 Max Planck、Heinrich Rubens 繼續深造，1912 年回到中國。隨後他在北京大學任六年理科學長（相當於後來的理學院院長）。值得注意的是，1919 年回到柏林並通過普朗克介紹見到愛因斯坦（Einstein）前，夏元瑮並沒有接受愛因斯坦的相對論。夏元瑮早期對相對論的抵觸大約是受到了他在耶魯大學的教授 Herny Bumstead 的影響。然而在1919~1921年間師從愛因斯坦后，夏元瑮成為了一名熱情的相對論擁護者。他在中國做了大量演講，發表了許多文章，闡釋並推崇愛因斯坦的理論。1921年，他首度將愛因斯坦唯一的暢銷書《狹義與廣義的相對論淺說》（Relativity: The Special and General Theories）翻譯成中文。

　　

　　夏元瑮

　　夏元瑮對中國上世紀 20 年代初的「相對論熱」貢獻良多。他的耶魯校友張大椿（1883~1978）1909 畢業於電氣工程專業，1913 年加入北京大學理學部，並於 1920 年任物理系主任。這二人留美期間都僅獲得了Ph.B.學位（Bachelor of Philisophy，相當於本科學位，譯者注）。

　　李耀邦（1884-約1940）是留美華人中取得物理學博士學位的第一人，他師從 Robert Millikan，於 1915 年從芝加哥大學畢業。然而歸國僅兩年後，他便於 1917 年放棄了自己的學術生涯。Millikan 的另一位華人學生是顏任光（1888~1968），1918 年他以一篇哲學而非物理學的論文獲得了博士學位。他 1920 年加入北京大學物理系，隨後接替張大椿成為系主任。顏任光是中國通過實驗進行物理教學的先驅和倡導者。在訪問劍橋大學卡文迪許實驗室一年（1924~25）后，他確信實驗儀器的缺乏是中國物理學發展的巨大障礙，因此他離開了北大，在上海創辦了中國第一個製造科學儀器的工廠。1910~1919 年間，僅有兩名華人學生獲得了美國的物理學博士學位。這第二位就是首批庚子賠款留學生之一胡剛復。

　　1908 年，美國政府同意將庚子賠款的超額部分歸還給中國（第一筆歸還款：11000000 美元），條件是將其用來資助中國學生留美學習，這也就是庚子賠款（也稱拳亂賠款，下簡稱庚款）獎學金的起源。第一批庚款留學生 1909 年啟程前往美國。在接下來的幾十年中，這筆新的基金對中國科學和技術的發展產生了深遠的影響。上世紀二十年代，在美的華人物理學博士增加到了 18 位，其中至少有 6 個是庚款留學生。

　　這 18 人中就有饒毓泰、葉企孫和吳有訓。畢業於清華大學的葉企孫也是一名庚款留學生。後來這三人與胡剛復一同被認為是中國物理學的四大元老和導師（詳細信息見下表）。為了紀念他們的貢獻，中國物理學會在 1988 年設立了四個以他們的名字命名的獎項。

　　

　　中國現代物理學四大元老

　　值得注意的是，他們四位均為實驗物理學家。事實上，在 1928 年兩位中國理論物理學家王守競（1905~1984）和周培源（1902~1993）分別在哥倫比亞大學和加州理工學院獲得博士學位前，中國根本沒有理論物理學家。這二人均畢業於由退還的庚子賠款建造的清華大學，而後於 1924 年接受庚款獎學金留學美國。王守競是同齡人中不可多得的天才，當他的大部分同學要從大二或大三讀起，他直接進入了哈佛大學的研究生院。

　　王守競於 1925 年獲得康奈爾大學理學碩士學位（Master of Science），隨後於 1926 年獲得哈佛大學文學碩士學位（Masterof Arts）後轉入哥倫比亞大學，在那他同幾個好友和研究生同學加入了由 I. I. Rabi 組建的小組，學習當時學校里尚無人講授的新量子力學。1927 年 12 月，王守競提交了他的畢業論文《新量子力學下的常態氫分子問題》，整個哥大沒有人能指導他。不過他仍然在 1928 年 6 月獲得了博士學位，並成為美國最早專門以量子力學為論文題目獲得博士學位的五人之一。值得注意的是，王守競是其中唯一一個沒有指導教師的！作為一個外國人，他甚至獲得了 1928~1929 年度的國家研究獎金，使得他回國前得以到威斯康星大學和 J. H. Van Vleck 共事。在1929~1933 年間，王守競先後在浙江大學與北京大學執教。

　　然而，由於日本自 1931 年起對中國威脅不斷增強，王守競決定離開學術領域，並接受政府的任命，領導建造機器的國家項目。後來他成為了中國的重工業之父。

　　周培源是王守競在清華的同學與好友，他先在芝加哥大學用兩年的時間成功地取得了本科和碩士學位，而後於 1927 年初前往加州帕薩迪納。在加州理工學院，周培源與 H. Bateman、B. Podolsky 和 E. T. Bell 共事，並在 Bell 的指導下完成了有關愛因斯坦引力理論的學位論文，只比王守競晚一天拿到了博士學位。他 1928 年夏拜訪過哈佛、普林斯頓和康奈爾的物理學家后，於秋天前往歐洲，到哥本哈根拜訪了 Niels Bohr，在萊比錫與 Werner Heisenberg（和 I. I. Rabi一起）、在蘇黎世與 Wolfgang Pauli 做博士后，直到1929年回到清華大學。在這以後的 23 年裡，周培源是清華理論物理學的唯一帶頭人。但面對日本的侵略，周培源於1937 年末將研究課題從廣義相對論與宇宙學轉為湍流方向，期望研發出可應用於國防的科技成果以報效祖國。分別專攻量子力學和相對論的王守競與周培源，本應成為中國理論物理學的一對理想的帶頭人，但可惜，均迫於日本侵華的壓力而放棄了自己前景美好的研究項目。

　　

　　周培源

　　儘管如此，周培源作為一名盡職盡責的導師，他任教於清華期間培養了很多優秀的理論物理學家，其中王竹溪、張宗燧、彭桓武、林家翹和胡寧尤為出眾。（下表）

　　

　　周培源的五位清華研究生

　　王竹溪從劍橋大學歸國后，在昆明指導了楊振寧的碩士論文，並激發了楊對統計物理學畢生的興趣。Paul Dirac 在將張宗燧帶到 IAS 前曾邀請他於 1946~1947 年到劍橋大學講授量子場論；幾十年後，楊振寧稱讚張宗燧為「一代物理學大師」。彭桓武與 Max Born 合作密切，並在 1945 年接替 Walter Heitler 任都柏林高等研究院的助理教授，這大概是第一個獲得歐洲教授職位的中國人。林家翹成為了著名的應用數學家，並在麻省理工學院任學院教授，他曾在1972~1974年任工業與應用數學協會的主席，並於 1979 年躋身美國物理學會流體動力學獎項的第一批獲獎者。胡寧在 Paul Epstein 的引薦下於 1943 年秋從加州理工學院來到 IAS 與 Pauli 共事，而 Pauli 對他的激勵使胡寧成為了首個「利用EIH處理引力輻射問題」的人。

　　周培源和他的學生胡寧、張宗燧是第一批有幸在 IAS 工作的華人物理學家。在1949年以前，先後有六名華人物理學家在 IAS 工作（下表）。

　　

　　六位 IAS 首批華人物理學家

　　1915 到 1949 年間，從頒發給中國學生的博士學位數量上看，這五所美國高校（密歇根大學、芝加哥大學、哈佛大學、麻省理工學院、加州理工學院）堪稱「中國物理學家的搖籃」。其中最突出的是至少培養了 12 個華人物理學博士的密歇根大學。

　　

　　1949年前於密歇根大學獲得物理學博士學位的十二位華人

　　在這十二個密歇根大學博士生中，八位是首批中國女物理學家。這八位中國女性均獲得了 Barbour 獎學金，且除了顧靜嶶外，均畢業於國內的留美預備學校。王明貞和王承書是 George Uhlenbeck 的學生與合作者，她們為統計物理學做出了重要貢獻；王承書後來建立並領導了中國第一支針對受控熱核反應的研究團隊。吳大猷和趙廣增均由中國基金會資助，該基金會是管理第二筆庚款還款的中美聯合委員會。朱光亞在中國戰爭期間師從吳大猷，並在後來成為中國核武器計劃與生產的主要組織者之一。這個密歇根小組在 1950 年前也與 IAS 有過交集：王承書曾兩次訪問 IAS，而馬仕俊和楊振寧是吳大猷在中國的學生。

　　這個簡短的調查展示出美國對於中國早期物理學家普遍且深遠的影響。這些項目的背後有庚款獎學金和國內的留美預備學校兩大推動力。如今對前者已已經被研究得很透徹，但後者仍然被嚴重忽視，有待人們揭開它在歷史上的神秘面紗。

　　作者 Danian Hu（普林斯頓大學高等研究院歷史研究學院）

　　譯者 秦子雯

　　審校 喬羽 譚坤