编者按
2023年是钱三强先生诞辰110周年。作为享誉世界的杰出核物理学家,钱三强先生是中国原子能科学事业卓越的开拓者和奠基人,是我国发展核武器的人才推荐和组织协调者,也是原子能院第二任院长。
为深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想,大力弘扬科学家精神,勇攀核科技高峰,中国原子能科学研究院推出“钱三强故事”系列文章,用一个个浓缩的生动故事,串联起钱三强先生“学以致用,报效祖国”的一生,激励和引导当代核科技工作者不忘先辈嘱托,践行“两弹一星”精神、“四个一切”核工业精神和“强核报国、创新奉献”的新时代核工业精神,以及“以身许国、敢为人先、严谨求实”的院训,为实现院高质量发展、加快建设世界一流核科研综合基地凝聚奋进力量!
1、德智体“三强”
钱三强与父母
1913年10月16日,钱三强出生于浙江绍兴的一个诗书世家,取名“秉穹”。
父亲钱玄同是我国近代著名语言文字学家,母亲徐琯贞的家庭是绍兴有名的书香门第。秉穹出生后的第二年盛夏,母亲就怀抱刚足9个月的他,风尘仆仆仆来到了北京城,同在高校任教的父亲住在西四北石老娘胡同一处大院中。在这样的家庭环境中成长起来的钱三强,从小就接受了良好的教育和进步思想的熏陶。
秉穹6岁那年(1919年),北京爆发了一场影响深远的革命运动一一“五四”运动。以北京大学为首的13所学校数千名学生,在天安门举行集会、演讲,会后游行,手持标语,高呼口号,要求“外争国权,内惩国贼”。
好奇的小秉穹,那天追随大哥到胡同口去看热闹,看到学生举着旗子上街游行,特别是队列中那些学生童子军,更让他羡慕不已。从那时起,他心里开始播下要为正义而抗争的种子。
1927年,钱三强(右一)在孔德学校和部分老师同学合影
一年后,刚跨入7岁的秉穹被父亲送进了由蔡元培、李石曾、沈尹默等北京大学教授创办的子弟学校——孔德学校读书。孔德学校那时候在北京名声不小,是一所最早提倡教白话文、注音字母的学校。学校除抓德、智、体三育外,还强调美育与劳动,对音乐、图画、劳作课也很重视。
一次,同学李志中写信给秉穹,抬头是习以为常的外号“三强”,落款署名“大弱”。这封信恰巧被钱玄同看到了。
“这个‘大弱’和‘三强’是谁呀?”钱玄同好奇地询问。
“‘大弱’是我同班同学李志中,在兄弟姐妹中,他是老大,身体比较弱,自称‘大弱’;‘三强’是志中同学对我的戏称,因为我排行老三,喜欢运动,身体强壮,故称我‘三强’。”
钱三强(左二)与孔德学校山猫篮球队队员
钱玄同听了秉穹的解释,引发他许多联想。很久以来,他想到为儿女起名这件事,有悖于自己倡导新文化要朝着大众化、平民化改革的主张,过于讲求文字形式,不符合“致用务求其适”的原则。
而且钱玄同早已感受到,因为起名字过于讲求音韵,结果生出许多尴尬的事。他有过多次这样的经历,有时家中有急事打电话到学校,本来说的找秉雄(钱三强兄长),结果来接电话的却是秉穹;有时候要找秉穹,来接电话的又是秉雄。他曾经有过要给他们改改名字的念头,只是没有适当的机会,也一时想不出改什么好。
一天吃完晚饭,钱玄同把秉穹叫进书房,继续谈那个“三强”话题:“你觉得‘三强’这个名字怎么样?”父亲实际上是暗示有意为秉穹改名,但秉穹一下子想不到这上头,于是说:“爸爸,那不是我的名宇,只是几个同学瞎叫的外号。”
父亲这时直截了当说出自己的态度:“依我看,‘三强’意思不错,可以解释为德、智、体都争取进步。你愿意不愿意把名字改为‘三强’?”
秉穹感觉很意外。他以为起名字和改名字是件大事,不可以随随便便的,要不然,他早就提出改名字的要求了。从心里说,自打上学以后,他一直为书写自己的名字发愁,尤其那个“穹”字怎么写都不好看。既然现在父亲有了改名儿的意思,正是求之不得,他马上做出响应:“只要父亲以为合适,我没有意见。”
从此,“钱秉穹”正式改名为“钱三强”。
2、与物理结缘
1929年春,离高中毕业还有一段时间,班上好多同学早早地在父母安排下,做着各⾃的升学计划。不到16岁的钱三强,偶然间读到孙中山先生的著作《建国方略》:以兰州为中心的几大铁路干线,北方、东方和南方大港……一副美不可言的现代中国蓝图在钱三强眼前徐徐展开。
“可是合上书本一想,由落后到富强,由黑暗到光明,期间有多么长多么大的空白要去填充啊!朦胧中感到有责任响应孙先生的主张。”而要使国家摆脱多少年来受帝国主义侵略的屈辱,走向富强,除去建立强大的工业,发展先进的科学技术,别无他途。于是,钱三强决心集中学习数学和物理,以备考南洋大学(后来的上海交通大学)学电机工程。
钱玄同对孩子们的学习兴趣从不干涉,对钱三强的想法欣然支持,只是提醒他:“‘南洋’用的是英文课本,你在孔德学校学的外语是法文,能跟得上么?”
钱三强一听愣住了,他此前没有想到这一点,这确实是个问题。父亲见三强面露愁容,怕他误会是在干涉他的志愿,于是立刻表明态度:“你们将来学什么,我不包办代替出主意,由你们自己去选择。但是一个人应该有科学的头脑,对于一切事物,应该用自己的理智去分析,研求其真相,判断其是非、对错,然后决定实行的措施。”
钱三强经过和孔德有同样想法的同学商量,合计出一个办法——先考北京大学读理科预科,待英文适应后再考南洋大学。
从孔德学校毕业考入北京大学理科预科的钱三强
1929年,钱三强考进北京大学理科预科。当时,清华大学物理系教授吴有训在北大兼课,钱三强第一次听吴有训讲课是1930年,留下极深印象。他记得吴有训与众不同,没有夹着大皮包走进教室,只是手里拿了几页纸和一些长短不一的绳子,还有几节废电池,完全没有那种名教授的派头。那次吴有训讲授的是“振动与共振”。他首先把带来的一根长绳子横拉在讲堂上,然后在长绳的每一等距离位置系一根短绳线,共系了8根;再在每根长度相等的短绳线下垂吊一节电池,作为重物体。
在一切准备就绪后,吴有训开始讲课,一口江西话。他用缓慢的高音调首先讲解两个基本概念,一个是“简谐振动”,一个是“共振现象”。尽管吴有训讲得很通俗,但对于钱三强这些初学者并不易懂。
吴有训像是洞察了学⽣们的表情,进而开始做实验演示。他首先在长绳的垂直方向,用手推动垂吊的第一节电池,于是第一节电池开始作单摆运动;不一会儿,第一节电池摆动渐渐减弱,而第二节电池则开始自动摆动起来;再接下去,第三节、第四节直至第八节电池,节节都是由运动,到减弱,到停止,完成一个周期。有意思的是,等到把垂下的绳线改变成为不同长度时,这种现象就不再发生了。随着实验演示的进行,课堂上气氛渐渐轻松活跃起来,大家开始有兴趣了。
过了很多年后钱三强还记得,他就是在这堂课上懂得了物理量随时间的周期运动概念,懂得了什么是共振现象,并且在后来的科学工作中有时还起到作用。
钱三强在北大预科,读了不少科学著作,其中英国科学家罗索的《原子新论》对他转变学习兴趣产生了重要影响。“这本书对原子构造给出了简明扼要的叙述,这些使我的兴趣逐渐转到物质结构上来了。”
促使钱三强的兴趣转变,他自己总结还有一个外部原因,就是“外界环境又是日本侵略东北,发动‘九一八’事变,而政府却不抵抗,当时的南京政府也没按《建国方略》的蓝图来建设中国。内部与外部因素加在一起,使我放弃了学电机工程的初愿,决心入物理系了,同时对实验科学有了浓厚的兴趣。”
从此,中国少了一名电机工程师,而一名实验物理学家在悄然成长。
3、从牛到爱
在北京大学理科预科学习的钱三强,读了不少科学著作,兴趣逐渐转到实验科学上来。
1932年,19岁的钱三强考入清华大学物理系重读一年级。有同学劝阻他,但他还是那个牛脾气,认准了就要去做,非达目的不可。
钱玄同对钱三强改变初衷考清华大学物理系的做法,持“主张完全要用自己的兴趣来决定,万不可由别人用了功利主义做标准来‘指派’”的态度,并且别出心裁书写了“从牛到爱”四个字送给他,其寓意有二:一是勉励钱三强发扬属牛的那股子牛劲;二是在科学上不断进取,向牛顿、爱因斯坦学习。
父亲钱玄同为钱三强书写的“从牛到爱”
自那以后,钱三强以“从牛到爱”为座右铭,人到哪里就把它带到哪里,曾经带到了巴黎和里昂,后又带回国,相伴整整60年。1992年钱三强逝世后,这四个遒劲有力的隶体字,被刻在北京福田公墓钱三强墓的大理石盖石上,下面埋葬着钱三强的部分骨灰,紧挨着父亲钱玄同和母亲徐琯贞的墓,他们相依着安息在福田。
清华大学成为钱三强成长的摇篮,1936年,当钱三强离开幽雅宁静的清华园踏入社会时,系主任吴有训教授把他推荐给北平研究院物理研究所所长严济慈教授,任助理员,从事分子光谱方面的研究。
1936年,钱三强在清华大学无线电实验室做实验
那时中国的科学研究机构规模都很小,一般的十来个人,经费更是少得可怜。但有一样,各个研究所的所长都很有学术造诣,在国际上也蛮有影响。东黄城根42号,是一处红漆大门的老四合院,院子很大,除了保持旧式格局,新建了一栋三层高的现代楼房,作为北平研究院物理研究所和化学研究所合用科研楼,遂称为理化大楼。楼内设有研究室、实验室、金工场,水、电、气一应俱全,算得上是北平不多的现代建筑。至于研究工作,和各处的科学机构一样都是处于盲目和无计划状态下,境况惨淡,但难能可贵的是,一些科学机构的学术领导人,凭着使命感和预见性,在困难环境中充分发挥个人的能力,专心于做研究。
钱三强在物理所开始做的研究课题是关于带状光谱的分析与测量,这是严济慈计划开展的一个新课题。到年底,实验已经全部做完,严济慈看了整理的数据,认为应该写成文章发表,他还特别提醒,文章写好后要送给清华老师叶企孙、吴有训他们看看。1937年3月8日钱三强写成band spectra and energy of dissociation of the rubidium molecule 《铷分子离解的带状光谱和能量》的英文稿,和严济慈联名寄给美国《物理评论》,同年7月15日发表于该刊第52卷。
钱三强的第一篇研究文章,发表在自己的本命年(牛年),正好巧合了“从牛到爱”的科学生涯。
4、含愤离家园
1937年,经北平研究院物理研究所严济慈教授鼓励,钱三强参加了中法教育基金会组织的留法学生考试并考取了镭学名额,而且是到世界上原子核科学研究最先进的机构之一——巴黎大学居里研究室。指导他从事研究工作的导师,正是发现人工放射性的约里奥-居里夫妇。
可以想象,这一切对于一个刚迈出学校大门、充满幻想的科学青年,该是何等幸运!
1941年,钱三强在巴黎
然而,正当钱三强赴法行期在即,7月7日,北平城西南郊宛平卢沟桥,震惊中外的“七七事变”爆发。面对危在旦夕的恶劣局势,钱三强不得不重新考虑还要不要出国求学。他想到自己的家,担忧父亲的安危。父亲年届半百,早就患有严重的高血压、血管硬化、神经衰弱等多种疾病。卢沟桥事变对钱玄同的刺激,如同针扎在心,他因此血压骤然升高,几乎不能坐立。
后来钱三强描述当时的心迹说:“侵略者的铁蹄踏到了中国人的脊梁上......民众的心在剧痛、在流血!加之,家父由于忧愤国势,高血压骤然加重,凶吉难卜。我开始踌躇了,国难家患临头,我能忍心离去吗?”于是他准备给已在巴黎的严济慈发电报,告诉他暂不去法国求学了。
知子莫如父。钱玄同察觉了钱三强的心思,强忍着痛苦和离愁劝导:“这次出国,是极难得的机会。你学的东西,将来对国家是有用的。报效祖国,造福社会,路程远得很哩!男儿之志,不能只顾近忧啊!”他又对钱三强动之以情:“我的体质虽不如你们的伯父和祖父,他们都活到七十四五岁,但我想我活到六十多岁是可能的。”
钱三强在巴黎莫纳哥宿舍,身后照片为父亲钱玄同像
1937年7月17日,钱三强忍着愤怒和痛苦,在很矛盾的心情中离开了北平,踏上了远去巴黎的行程。
钱三强到达巴黎时,严济慈教授正在这里参加国际文化合作会议。他在会上向各国代表揭露日本侵略者占领和轰炸北平的事实,提请世界舆论共同谴责日本侵略者的罪恶企图。严济慈对钱三强讲到,许多法国朋友劝他留在巴黎,要他设法把在北平的家眷接来,他谢绝了这番好意,说是一定要回国去的。第一次见识平时少言温和的严济慈,在国难临头时竟这样态度刚烈,无所顾忌,实在让钱三强感佩不已。
1937年9月的一天,钱三强在严济慈带领下,来到巴黎市第五街区皮埃尔·居里街11号,这就是闻名全世界的居里实验室。他们见到了伊莱娜·居里教授,她欣然接纳钱三强作为自己的博士研究生,安排他在居里实验室工作。
5、进入科学皇宫——居里实验室
伊莱娜·居里衣着朴素,少言寡语,但对人十分和善,只要有问题找她,她总是认真地听取别人讲话,然后腾出时间跟你详谈。钱三强感到,小居里夫人表面上冷冰冰,内心却是热乎乎的。她做事极其细致,实验室的工作台总是干干净净、 规规矩矩,除玻璃器皿由专门的实验员洗涤以外,都是由她亲自动手,很少依赖别人。
钱三强与导师伊莱娜·居里教授
令钱三强难忘的一件事是,在一次与来自荷兰的同事合作的实验中,他们用一台真空泵。这是一台老式的机械真空泵,这样的设备即使在落后的中国,也不算是先进的设备。真空泵用过后,因为时间已晚,没有及时推回原处,也没有加盖仪器布罩,就匆匆离开了实验室。第二天一早,当钱三强来到实验室准备还原仪器时,出乎意料地发现真空泵已经归复原位。打开布罩一看,真空泵的表面擦得锃亮。原来小居里夫人是昨天最后离开实验室的一个,她发现真空泵用毕没有归还原位,就亲自和管理员葛黛勒夫人把它拉走,还原后才离开。
后来钱三强了解到,这种做法在居里实验室是大家的自觉行动,互相帮助、共同维护。钱三强从这件事情中认识到,一个著名的实验室,并不一定仪器设备特别先进,关键是严谨的科学作风,其次才是技术和设备,培养一个人也是这样,关键在于素质。严谨踏实,团结协作,从此成了他的座右铭。
初到巴黎的一两年里,钱三强一边在居里实验室如饥似渴地学习核化学知识和技术,一边到法兰西学院制作云雾室。约里奥要对现有的威尔逊云雾室进行改进:一是改进充气压力并使其达到可以人为调节,测量粒子的能量范围能够自由控制;另一项改进,设想将膨胀速度放慢,让有效灵敏时间延长一些,使每次实验得到尽可能多的粒子径迹数据。
钱三强用仿制的可变压力云雾室做实验
云雾室(亦称云室),是用以观察和拍摄带电粒子径迹的仪器,由苏格兰物理学家威尔逊1912年发明。威尔逊云雾室成为一种研究原子核粒子径迹的基本设备,但是钱三强来居里实验室之前,没有见过云雾室,更不了解它的构造和应用。接受协助约里奥改进云雾室的任务后,钱三强首先想要知道云雾室为何物,懂得如何使用,并利用现有的云雾室做实验练习,以便建立感性认识。他就这样一步一步往前走,一点一点积累知识。
几个月过后,云雾室的主要构件都有了眉目。有的是钱三强动手制作的,一些因条件所限自己不能制作的构件,像金属底盘、金属网、金属丝等这些东西,是他画好图纸亲自拿到巴黎郊外的一家金工厂,和那里的技术工人一起边制作边修改完成的,有时要返工好多次。
1938年冬,云雾室的两项改进顺利完成。经实验检测,改进后的两种效果都不错,其中有效灵敏时间,由原来的0.1-0.2秒,提高到了0.3-0.5秒。
紧接着,约里奥让钱三强再设计制作一个自动照相系统,要求能自动卷片,使瞬间出现的粒子径迹能自动记录下来。这既提高了工作效率,又能避免或减少实验中因配合失误而漏掉观察的情况。没有多久时间,自动卷片的照相系统,也由钱三强制作完成。
改建后的“可变压力威尔逊云雾室”成为实验室的一件基本设备,在后来的一些实验中起到重要作用。1939年初,约里奥用“可变压力威尔逊云雾室”首次记录到铀受中子轰击时产生裂变碎片的径迹,这是世界上第一张用云雾室拍到的铀裂变照片,并于同年2月20日在法国科学院《周报》上公开发表。正是由于“可变压力威尔逊云雾室”发挥过的历史作用,后来它被作为重要纪念物珍藏于巴黎“居里与约里奥-居里博物馆”。它的说明文字这样写道:法兰西学院内由钱三强改建的威尔逊云雾室(1938年)。
这次初试锋芒,钱三强获得了意外的惊喜,约里奥亲口告诉他,他的博士论文将由自己和伊莱娜共同指导,并且说居里实验室和法兰西学院核化学实验室的仪器设备,他都可以使用。
由于得到伊莱娜和约里奥的共同指导,以及可以使用两个实验室的设备做实验,钱三强有更多机会接触到原子核物理学“诱人的”最新发展。
6、战火中艰难求学 偶开乳胶研究之先
二战期间,法国沦陷,钱三强历尽艰辛在异国求学。
1940年,钱三强以《α粒子同质子的碰撞》为题通过了博士论文答辩。正当他准备返回祖国时,国际形势风云变幻,法西斯德国发动的战争席卷欧洲,第二次世界大战全面展开,英、法军队抵挡不住法西斯的铁蹄,巴黎很快就暴露在德国人面前,对此钱三强毫无思想准备。
有一天,钱三强正打算去实验室里做最后的清理工作,突然遇到了他的同事,意大利人庞德科沃。庞德科沃说,德国人就要进巴黎了,你还不快走,现在只有一条路可以到达沿海城市。于是钱三强就和他一起,骑上自行车,沿公路向西南方向逃去。一路上,挤满了逃难的人群。这样走了两天,被法西斯的坦克追上了,他们没有去路,只好折回巴黎。
1947年,钱三强在里昂大学做重水实验
钱三强回到巴黎后,心情十分沉重,祖国处于水深火热之中,法国又落入法西斯之手,现在回国无门,举目无亲。一点点中法教育基金委员会资助的经费也早已用完。就这样,钱三强被迫逗留在被法西斯占领的巴黎街头,沦陷异乡,生活无着。
钱三强很怀念居里实验室和法兰西学院化学研究所。有一天他来到法兰西学院的大门前,偶然间,他看见约里奥先生从大门里走出来,一见之下,两人都感到意外,因为钱三强知道,约里奥-居里夫妇早就和研究所的其他人员撤走了。惊奇之余,还是约里奥教授先开的口。“你不是回中国去了吗? 怎么还在这里? ”钱三强把自己的遭遇诉说了一遍。约里奥教授说:“你先回来,我想办法安排吧!”
于是,钱三强又回到实验室工作。
钱三强在沦陷后的巴黎,日夜思念着祖国。1941年底,钱三强听说法国沿海城市里昂有轮船去中国,于是再次离开巴黎,来到里昂。可是当钱三强到里昂一打听,轮船倒是有,却是不定期的,要等机会。钱三强就住在中法大学的学生宿舍里,等待轮船的消息。后来又说根本没有轮船去中国。原因是太平洋战争爆发,开往远东的轮船都停开了。钱三强又一次陷入了困境。他住在中法大学,进退两难,只好试试临时工之类的工作。
有一天,钱三强偶然地与中法大学的一位教师结识,他推荐钱三强到里昂大学找物理系物理研究所的莫朗教授。莫朗教授是比利时人,他需要有人帮他带一个毕业生做毕业论文。当他得知钱三强来自居里实验室,是物理学博士,立即表示欢迎。他问钱三强,有什么题目适于毕业生做论文。钱三强想了想,回答道:“我随身带了微量的放射源,也许可以用上。”莫朗听了很高兴,又问道:“放射性实验还有什么值得研究? 这些学生刚做过一些放射性实验,最好不要重复。”钱三强说:“我想不要专门做放射性本身的研究,可以做放射性引起的效应研究。例如,用放射性研究乳胶的特性。”钱三强在国内由于曾在北平研究院用照相术研究分子光谱,对照相底片(也就是乳胶)比较熟悉,就想到这个题目。
莫朗教授觉得很好,就决定让学生研究α粒子对照相底片的作用。正好里昂有一家专门生产照相底片的工厂,可以提供各种不同品种的照相底片。钱三强一面带领这个学生做实验,一面自己也进一步做点研究。于是他在工作中比较透彻地研究了乳胶的特性,没有想到,这项临时性的工作,却为他后来的研究工作准备了重要条件。
钱三强随身带的放射源是一点点钋α放射源,寿命虽然不长,还可以用一两年。他带领学生做了一个扁的真空盒,让α粒子以很小的角度掠射到底片上。实验结果发现,钋的α粒子能够在照相底片上留下一些黑点,就好像云室中带电粒子留下的径迹。于是,他们就用不同品种的乳胶来试验,发现含银量不一样,黑点的大小和数目也不一样。而且改变底片的处理方法和条件,也可以改变黑点的大小和分布。钱三强在里昂物理学会报告了这一结果,竟有底片工厂的工人来参加听讲。
对于钱三强来说,里昂不可久留。伊莱娜·居里知道钱三强滞留在里昂,就建议他再回到巴黎,约里奥帮他弄到了回巴黎的签证,钱三强第三次来到了居里实验室。
1944年8月,巴黎解放,钱三强恢复了正常生活和工作。这几年来他颠簸流浪,历尽艰辛,但总算没有虚度光阴,他利用这段不安定的时间做了不少工作,从一个研究生成长为居里实验室的独立研究人员。