赵凯华 (1930.5.26—2024.11.18)
惊闻赵凯华先生辞世,悲痛万分!
赵凯华先生是我国物理学教育界的杰出代表。几十年来,他勤勤恳恳地活跃在物理教育战线,教书育人,著书立说,推动物理学教育改革,为我国物理学教育做出了卓越贡献。赵凯华先生在物理学教材建设方面成就卓著。他撰写的《定性与半定量物理学》别开生面,一改传统教材沉闷、呆板之故习;他与合作者所著的5卷本巨著《新概念物理教程》系统、新颖,启我国普通物理学教材求新求变之新风;他与人合作撰写的3卷《新概念高中物理学读本》,为我国的中学物理教育提供了具有时代特色的教材。除此之外,赵先生以其沉稳刚毅之精神和包容大度之风格,积极参与中国物理学会的工作,为中国物理学界至少做成了5件大事:其一,作为中国物理学会主要领导人之一,与周光召等学会领导人一起使得中国物理学会重回国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP);其二,执掌物理学会教学委员会多年,积极开展中外物理教育交流,使我国成为国际物理学教育改革的主要推动国之一;其三,三度带领我国少年英才勇闯国际中学生奥林匹克物理竞赛,奏响我国青少年参加物理奥赛连年告捷的前三声;其四,创办并主编《大学物理》杂志近30年,筑我国大学物理教学研究的重要平台;其五,继王竹溪先生之后,主持中国物理学会名词委员会工作二十余年,续我国物理学名词规范化之历史传统。赵先生的这些建树和功绩,将为我国物理学工作者永久铭记。
赵凯华先生多年担任《物理》杂志副主编,为本刊的发展作出了重要贡献。让我们以《物理》曾刊发的几篇文章,送别先生,缅怀他为我国物理学教学和人才培养所作出的功绩和他献身物理教育事业的高贵品德。
先生千古!
(中国科学院理论物理研究所)
本文选自《物理》2010年第5期
1 提升物理素养的《定性和半定量物理学》
1964年大学毕业后,我去中国科学院原子能研究所作研究生,离校之前在校园碰见了赵先生。他热情地问我分配到哪里,当得知我去原子能研究所跟黄祖洽先生学等离子体理论时,他高兴地说:“哈哈,我在苏联学的也是等离子体理论,以后我们可以一起交流了。”可惜的是之后不久,“文化大革命”爆发,我从原子能研究所结业后相继在七机部的几个单位下放劳动和从事国防科研,没有机会再见到赵先生。而在被诬为“庙小神灵大,池浅王八多”的“文化大革命”“策源地”北京大学,学识渊博的赵先生肯定在劫难逃,受到了不小的冲击,这场约定的师生“交流”整整延后了二十几年。
“文化大革命”结束后,我去美国得克萨斯大学物理系学习,继续研究等离子体物理理论。在美国学习期间有三点特殊的发现:第一点是在解决物理问题时,中国学生和美国学生有明显的差别。若论处理困难理论问题的系统数学推导,多数美国学生显然不如我们,他们中有的人甚至背不下三角函数的倍角公式,不会算在我们看来十分简单的积分或解常用的线性常微分方程;但是在处理这些问题时,他们敢猜,有时候还会说出一大套猜想的根据,诸如对称性原则、相似性原理等等。有时候他们那些在我看来“不严格”的结果,往往与我的严格结果一致。当然,有些时候他们的猜想也会大错特错。第二点是在接触新的不熟悉的问题时,我们往往觉得自己准备不足,总想找本大部头的书从头到尾看个究竟,然后再动手。美国学生则善于走“捷径”,弄几篇文献读一读,再找懂得的人聊一聊,讨论一番,就敢干,有时还真能弄出点结果。第三点是美国的学生和教授敢问,不论是听课还是听报告,总是打断演讲人问一大堆问题,讲演人也乐于回答。给我印象最深的是大物理学家J. Wheeler,每次报告会上都会听到他发问的惯用语:“May I ask a stupid question?”,其实他的这些“蠢问题”常令被问者发傻。而我们多数时候提不出问题,即使有问题也往往觉得是自己没有领会讲演者的精神,怯于提问。
针对这些发现,我也有过思考,结论是我们接受的物理学教育可能有问题,主要表现在对物理原理的掌握上过于追求系统性和数学推导的严格性,在解决物理问题上过于强调细节而不善于从总体上理解问题的物理实质。与美国同学或同事讨论,他们都佩服我们的数学技巧和推导能力,但在勇于提出物理模型解决实际问题上,他们的想象力和主动性显然比我们强。问起他们上大学本科时用什么教材,他们的回答各式各样,但最常提到的参考书总是5卷本的《伯克利物理学教程》和三卷本的《费曼物理学讲义》3)。仔细阅读这两套普通物理教材,发现与我们过去的教材大为不同。这些课本内容中包含了大量的近代物理成就,而且在每章的末尾都有大量具有启发性的问题供读者思考,其中《费曼物理讲义》在讲述方法上尤具特色,书中除了我们熟悉的数学推演外,还大量利用守恒定律、对称性原理、量纲分析、最小作用原理讨论具体问题,实在是一本教会学生对物理问题如何思考、理解和提问的教材。当时就想,如果国内的物理教学和教材能吸取这些优点,必定能使新一代的中国学生克服我们这代人表现出来的弱点,提高我国物理人才的科学素质和创新精神,在物理学研究中做出更大贡献。
1986年回国后,曾多次遇见赵先生,与他谈起我的这些感想和期望。赵先生告诉我,国内教育界也普遍注意到这个问题,正在研究如何改革。他本人已在物理系开设了一门《定性与半定量物理学》选修课,目的就是教会学生如何脱开过去常用的刻板模式,从不同的角度采用有效方法去思考和解决各种物理问题。不久,赵先生这门课的内容在《大学物理》上连载,为此我从1988年至1990年连续三年订阅《大学物理》,拜读他这些说理清晰、妙趣横生的文章。1991年赵先生的《定性与半定量物理学》正式出版后,他特意送我一本。这本书的四章,系统、严格而又相当通俗地讲述了对称性和对称性破缺,量纲分析和标度律,数量级估计这三种学习和研究物理问题的基本方法,并以大量的实例讨论了一般物理教材很少涉及的从人类生存环境直到太阳系、恒星、宇宙的自然界的物理学。赵先生的这本书堪称提高我国学生物理学基本素养的杰作,必将长远地影响我国物理学教育。我曾多次听过和读到过一些大物理学家的传奇故事,诸如费米用撒一把纸片的方法估计美国第一颗原子弹的爆炸当量,于敏在听科学报告时提前预测报告人的最后结果,G. I. 泰勒根据美国《生活》杂志刊登的照片准确算出美国第一次核爆炸当量,引起美国国防部惊恐等等,也听彭桓武先生讲过“三等于无穷大”的道理和领略过他解决圆孔方柱体传热问题时“化方为圆”的神奇之笔,深知能否熟练掌握对称性和量纲分析、数量级估计是衡量一个物理学家素质的关键之一,也是一位物理学家成熟程度的表征。在赵先生这本书出版之前,见过部分讲授这些方法的两本书,即A. B. Migdal 和V. Krainov的Approximation Methods in Quantum Mechanics (1969,Benjamin)和A. B. Migdal 的Qualitative Methods in Quantum Theory (1977,Benjamin),赵先生的书出版后,又见到V. Krainov的Qualitative Methods in Physical Kinetics and Hydrodynamics (1992,AIP),这几本书虽然写得相当精彩,但都是写给研究生以上水平的人看的,所涉内容相当专门也比较难读。像赵先生这样全面系统而又通俗易懂地讲述这些方法,并以大量物理实例,特别是包括诸如对称性破缺、耗散结构、质子衰变、大爆炸宇宙模型等重要科学成就的实例引导学生如何运用这些方法的书,在国际上堪称独一无二。物理学前辈王淦昌先生读到此书后曾专门致信赵先生,褒奖有加。2007年,赵先生的这本书又出了新版,对第一版做了大量增补,如朗道二级相变理论、植物花序与斐波纳契序列等新内容,尤其是第四章中宇宙一节,相当于重写一遍。可能是因为我多次与他谈过自己对这本书的看法并在修订过程中提过少量建议4),赵先生不仅在第二版新书公开发行前赠书一本,还转达了《大学物理》约我写一篇书评的希望。遗憾的是当时我正处于患带状疱疹后的“厌读厌写”期,这篇书评一拖再拖,只好由朱允伦同学去写。回想此事,至今犹感愧对先生。
4 难能可贵的科学精神
生于纽约15),拜师两京16)。
杏坛授业,六十冬春。
红烛常燃,木铎金声。
披沙求真,赵门家风17)。
笔耕不息,吐丝织锦。
大作迭出,著作等身。
传授物理,华夏留名。
淡泊名利,忠厚待人。
博导之师18),自在人心。
寿虽八十,心若孩童。
恭祝我师,永葆青春。
后记:
1.中科院物理研究所曹则贤研究员对注解10补缀如下:1923年访华的“普朗克”应为Rudolf Alois Valerian Plank(1886—1973)。Plank出生于乌克兰,后曾在Dantzig(原属东普鲁士,现属波兰)工业大学担任热学教授,在德国Karsruhe工业大学担任机械学教授,1956年曾任美国哥伦比亚大学客座教授。Plank长期致力于热力学研究,1949年创办《制冷技术》杂志,其1925年获得Karsruhe工业大学教授职位所作的升职报告的题目就是“熵的概念(Begriff der Entropie) ”。进一步的证据可在2008年的一篇文章《我们不要忘了德国深度制冷之父》(Tiefkühl Report 11 (2008) p.8)中找到,在“真正的世界公民”一节中有一句“Und er verknüpte damals schon Verbindungen sogar bis nach China (他那时甚至已经同中国有了联系)。”
2.本文清样印出后,收到首都师范大学王士平教授的电子信和该系李艳平、刘娜所写的一篇文章。据该文,他们经过认真细致的大量历史文献资料查阅,确定了R. Plank相继访问上海、南京、北平的时间和讲演内容,确凿地证实了1923年来华访问的德国学者为Rudolf Plank而非Max Planck。至此彻底解决了本文脚注10中遗留的问题,特此致谢。
* 本文作者为中国科学院理论物理所研究员,已退休,北京大学物理系1957级学生。
1)全年级参加编书的同学有十来位,因年代久远,全部人名单已列不出来,只记得有蒋翔六和陈佳驭二位。
2)记得当时普通物理教科书用的是弗里斯和季莫列娃著的三卷本《普通物理学》,数学书用的是斯米尔诺夫的五卷本《高等数学》前三卷,理论力学课本是蒲赫哥尔茨的《理论力学教程》,量子力学课本是布洛欣采夫的《量子力学导论》,数理方程课本是吉洪诺夫和萨马尔斯基的《数学物理方程》。除了王竹溪先生的《热力学》和《统计物理导论》外,其他教科书没有一本是中国人写的。
3)据说,这两套教科书是1957年苏联第一颗人造卫星上天后,美国教育界受到震撼而紧急实行科学教育改革的结果。不过费曼那套书似乎课堂教学效果不太好,听课学生能领会者寥寥,但他独具一格地把物理学教程彻底改革的这部作品,成为了全世界物理学研究和教学工作者的宝贵参考书。
4)我曾建议在量纲分析一章中补充G. I. 泰勒的用量纲分析算出美国第一颗原子弹当量的传奇故事,在第三章将伦敦色散力改称王守竞力,并介绍王守竞先于伦敦求出该力的故事,均得到赵先生同意。
5)如1961年之后出版的丛树桐、李椿、钱尚武编著的《普通物理(力学部分)》和《普通物理(热学部分)》,梁昆淼著的《力学》,程守洙、江之永编著的《普通物理学》等。
6)赵凯华,罗蔚茵。《新概念物理教程》量子物理卷。北京:高等教育出版社,2001年,第374—375页
7)伯克利物理学教程的5卷书由不同的作者撰写:(1)《力学》(C. Kittel,W. Knight,M. A. Ruderman);(2)《电磁学》(E. M. Purcell);(3)《波》(F. S. CrawfordJr.);(4)《量子物理》(E. H. Wichmann):(5)《统计物理学》(F. Reif)。其中第二卷《电磁学》的作者E. M. Purcell是1952年诺贝尔物理学奖获得者。而《新概念物理教程》5卷均是以赵凯华先生为主撰写的。
8)苏联学者A. A.弗拉索夫(1908—1975),L. D.朗道(1908—1968)和N. N. 博戈留博夫(1909—1992)三人,是举世公认的等离子体动理学理论的奠基人。弗拉索夫早年师从苏联科学院通讯院士A. S. 普列德沃季杰列夫和诺贝尔物理奖得主I. 塔姆,长期担任莫斯科大学物理系理论物理教研室主任。他在1938年提出的等离子体自洽场动理学方程被称为弗拉索夫方程,成为研究等离子体物理动理学的基本方程,广泛应用于高温等离子体和天体物理研究中。他于1938年发表的那篇著名论文,在1967年庆祝十月革命50周年时,曾被选为苏联成立以来最具影响的31篇物理学论文之一,与诺贝尔奖获得者切连科夫、塔姆、弗朗克、朗道、卡匹查、普罗霍洛夫、巴索夫等人的经典论文一起在苏联《物理科学成就》第93卷重新刊出。1970年,他因这项工作获苏联政府颁发的列宁奖。前几年赵先生曾给我谈起弗拉索夫1958年应邀访问北京大学时的一段趣事:当时赵先生带领恩师参观北大学生“教育革命暠的各种活动,如学生上讲台,学生编书等等,只见他只是笑笑,不发评论。当赵先生问他为何发笑时,弗拉索夫答曰:“你们现在做的这些事,我们年轻时都做过。不过后来我们又把赶下台的教授请回来了。”
9)1990年得克萨斯大学聚变研究所第一任所长,著名等离子体物理学家M. Rosenbluth离职后,他们二位先后接任过该研究所所长。R. Hazeltine与人合作的两本等离子体物理著作Plasma Confinement (Westview Press,1992)和The Framework of Plasma Physics (Westview Press,2004)在国际等离子体物理学界享有盛誉。
10)说基本解决,是指德文文献说到Rudolph Plank曾经访华,加之他在北平的演讲内容有制冷技术,与他的专长相符,而Max Planck档案中无访华记载,且其未从事过制冷技术研究。再者根据德文,前者的头衔和姓名是Prof. Dr. -Ing. Rudolf Plank,不排除留学美国熟悉美国教授头衔称呼的胡刚复先生把他的次头衔Ing. (工程师)误认为名字而称其全名为I. R. Plank的可能。据此判断,前者访华的可能极大,但尚缺少确证R. Plank 1923年访问南京、北平的中外文献。彻底解决这个问题尚待有志于考证此段历史者的继续努力。
11)事实上已有多篇公开发表的科学史论文,包括介绍北大校史的文章,根据同样的档案材料,不经考证,望文生义,毫无根据地说什么“著名德国物理学家,量子论的提出人马克斯·普朗克于1923年访问北京大学”。此种轻率为文、杜撰历史的做法,恰与沈、赵二位先生的科学态度形成鲜明对照。
12)已故彭桓武先生最后一篇公开发表的文字是在他逝世前3个月刊登在上海《科学》杂志上的一篇纠正自己文章错误的短信。1966年,我在中国科学院原子能研究所做黄祖洽先生的学生时,曾在一次讨论中与先生在一篇论文的公式正负号上意见相左,黄先生仔细阅读文献后特意从九院九所寄来9字短简,谓“寄星:你是对的,我错了。”二位先生的科学态度,令我铭记终生。
13)原北京大学副校长沈克琦教授语。
14)赵先生之母骆涵素女士,早年曾任北京女子师范学校物理学助教,她90岁时,闻先生所编物理教材得国家教委教材一等奖,喜曰:“我们家老大,他是大器晚成。”
15)赵凯华先生1930年出生于美国纽约。
16)赵凯华1950年在北京大学物理系毕业留校作助教后,先拜理论物理学家胡宁(1916—1997)教授为师学习量子场论,1954年被派往苏联莫斯科大学留学后,又于1956年拜A. A.伏拉索夫教授为师研究等离子体理论。
17)赵凯华先生之父赵迺摶先生为我国著名经济学家,1922年北京大学毕业后留学美国,1930年获美国哥伦比亚大学经济学博士学位,旋即归国,于1931年起被聘任为北京大学经济学教授和研究教授,主持北京大学经济系凡22年,门下桃李辈出,个人著述颇丰。1953年从教学岗位退下后,专心挖掘我国历代经济学史料,经近30年努力,披阅万卷古籍,撰成大型学术专著5卷,取名《披沙录》,寓“披阅万卷,沙里淘金”之意,初稿凡600万字,皆用蝇头小楷书成,出版时精简压缩为200万字。赵凯华先生之弟北大化学系教授赵匡华,效乃父精神,多年披阅典籍文献,著《中国化学史》两大卷,系统详尽,为中国化学史之杰作。
18)不久前笔者与也是北大学生的中国科学院理论物理研究所郑伟谋研究员谈起赵凯华先生在物理教育方面的成就,曾感慨于以赵先生之学术人品竟未被授予博士生导师的资格。伟谋笑曰:“赵先生是博士生导师的导师,给他博士生导师的称号岂不是贬低了他。”诚哉斯言。
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