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何祚庥:原子弹理论工作中,最重要贡献是周光召的工作

时间:2013-05-17 01:34:55  来源:  作者:

        现在我尝试回答一个问题,国家后来设立的国家科学进步奖的特等奖,彭先生是第一得奖人,当然还有其他一些优秀的理论物理学家也成为获奖人。很多人问彭先生在核武器理论开拓当中做了什么工作?彭先生很谦虚,从来没有说过。我也看到一些材料,讲到彭先生做过一些概念性的工作等等,给人印象彭先生只是一般原则性的领导没有实质性的贡献。其实不然,我讲两件事。在我们这代人中,很多同志公认在原子弹理论工作中,起最重要贡献的是周光召的工作。我认为,周光召同志在原子弹的理论方面在三方面很重要的工作,其中有两件,都和彭先生有关。这里我做一些简单的介绍。

  我们在做原子弹的理论工作时,曾花了很大的气力来探索原子弹的爆炸原理。那时有一个可供参考的A039文件。这一A039文件是当年有一位苏联专家大致地讲了一个原子弹的教学模型。这个教学模型是在核工业部给部长们讲课时讲的,部长们有钱三强在内。当时苏联的专家讲得很快,讲了个大概的观念,非常要紧是给了个图,在图上有一些标记。其中标记之一,就是当冲击波到了某个位置,其相应的压力是多大。这个图是当时在场的人,特别是钱三强教授记录下来的,事后由朱光亚根据记录整理出来的这样一个材料。当然这是绝密文件。图上曾指出在某个位置上的冲击波,其压力差不多约有400万个大气压力。因为这是个教学模型,所以首先要对这一图形所显示的原子弹的原理进行透彻的研究,亦即设法从理论上计算出这个教学模型所给出的这些结果。很遗憾,当人们做了大量的计算后,在图上所定的位置上,这一400万大气压力就是达不到!这就提出一个尖锐的问题:虽然当时人们作了大量的理论工作,但人们所作的计算,究竟对不对?是不是里面有原则上疏漏?我们有许多人反复核查其中的计算,看不出有什么不对,觉得都对。那么为什么不能重复苏联的结果呢?是不是有某些因素没有考虑到,或者考虑得不周全?曾做过种种的尝试,都解释不了。这时光召同志提出一个想法,很有可能是苏联专家随意点错了位置。因为这些数据,当时是凭记忆记下来的,在某个位置写上400万的大气压力,未必是对的。因此他就从这个思路去做。这个思路怎么做呢?他想了个办法,叫做“最大功”的方法。光召同志构造了个理想模型,如果某一理想的“原子弹”在受冲击波压缩的过程中,没有任何耗散,而按照热力学第二定律,它们最大可能所做的功是多少?因为任何热转化为功,总不能超越热力学第二定律。光召同志按照这种思维模式,就可以构造一个简化模型,这个简化模型不是实际的,但可以估算它最大可能做的最大功。光召同志提出这个设想后,未想到却遭遇到了很多人的反对。反对的人认为这是个毫无意义的工作,是不可能的,做出来一定是苏联人对,一定大于苏联人的结果,没有意义。光召同志的想法其实是非常重要的想法,但是反对的声浪很高,包括一些前辈。前辈们的反对,使光召同志也不能不考虑这些反对意见。因为这牵扯到计算机时间使用的分配。能不能做这件事情还需要一些批准手续。这时周光召同志就找到了彭先生,彭先生全力支持。他说如果你不能做,我来倡议做这件事情。因此由彭先生出面倡议做这件事情,实际上是周光召去做。正是在彭先生的支持下,周光召做了非常重要的工作——最大功。因为这个工作是个理想模型,当然做得比较严格,也没有什么可批评的地方。但是这个最大功做出来后,也达不到在某个位置上的400万大气压力!所以光召同志就用了这种严格的科学方法,确实证明了苏联专家给的这个教学模型,其随手画的图,还是可能有一定的问题。这件事情澄清了很多混乱的思想,也使得我们的工作有了进一步的开展。光召同志的工作贡献是很重要的,但首先得益于彭先生高瞻远瞩的大力支持。
 

 

       光召同志还做过另外一件重要工作,这个工作是问冲击波在向心聚拢过程中,能不能把能量集中到一个较小的范围。这件工作是光召同志从理论上先弄清楚的,最后的计算是黄祖洽计算出来的。但是这个工作的开头,是彭先生先做的。彭先生先取了个大胆的近似,这个近似也许应叫……和彭近似,而在上述近似的观念下,得到了一个简化的方程式,可以解析的求解。解析求解后,就得到一个观念,亦即在上述可信近似的条件下,冲击波可以自动聚拢!如果这个观念能成立,能量集中问题就非常简单了。但是周光召同志却做了证明,认为这个观念不对。为什么不对呢?因为有一些流体力学的不稳定性,没有考虑进去。我已经多年不做这方面工作了,可能记忆有误。我的印象是泰勒不稳定性。就是说在冲击波聚扰的过程当中,可能还要遭到泰勒不稳定性的破坏。所以彭先生的结论是不对的,而周光召的结论是对的。但是,正是彭先生的不甚精确的近似的工作,或不很严格的工作,促进了周光召更全面的,更精确的解决这个问题。不要认为彭先生的工作毫无意义,彭先生的工作的意义,是在这一可信近似条件下面,介质中的冲击波有自动聚扰的功能;而另一方面,由于在聚扰过程当中,还可能出现泰勒不稳定性,这一不稳定性可能会破坏自动聚扰。所以实际的冲击波聚扰的过程,是两种力量的争夺,亦即自动聚扰和破坏聚扰的争夺。因此更全面的理论就变成两种力量的斗争。因此一个科学的结论,就是要求在设计上限制泰勒不稳定及发展,以至于在足够短的时间内将能量聚扰中到狭小的区域内。我的印象是周光召从理论上比较透彻的探讨了这个问题,但是开创这个工作的是彭先生。我只在九院停留了一个短暂时间,所知有限,但仅从所知道的这两件事情,说明彭先生当初做为理论方面的领导人,在一些重大的问题上都是看得很清楚的,而且是做了实质性的推进的工作的。光召同志做的第三个重要工作跟我有关,跟彭先生没有直接的关系。当时我们所做的状态方程,用的是托马斯——费米方法。但这一方法是不是足够严格?自然会有一些争议。周光召用了格林函数的理论,发展了一整套费曼规则,结果证明托马斯——费米是初级近似,还有许多高级近似。他还证明了高级近似是较小的修正,是可以收敛的。所以,托马斯——费米是较好的近似,否则我们的状态方程的工作不可能做得很可靠。以上就是我所了解的彭先生在核武器理论当中的某些贡献,当然还有其它方面的贡献,有一些在其它文章当中都讲到了,我就不再重复了。

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