芶清泉與物理力學(xué)在中國的發(fā)展 白欣？1），白秀英？ ？（首都師范大學(xué) 物理系科技史研究室，100048 北京 ） ？ (渭南師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，714000 陜西 )
引言 物理力學(xué)作為近代力學(xué)的一個(gè)分支，是研究宏觀力學(xué)現(xiàn)象的微觀理論學(xué)科，是20世紀(jì)50年代由中國學(xué)者錢學(xué)森首先在中國提出并發(fā)展的1。1956年，錢學(xué)森主持中國導(dǎo)彈研制工作，迫于任務(wù)研究的需求，在中國科學(xué)院力學(xué)研究所新建了物理力學(xué)、爆炸力學(xué)等新學(xué)科，呼吁物理界開展高溫氣體、高壓氣體和高壓固體中的原子與分子物理問題的研究。芶清泉曾和錢學(xué)森一起從事“兩彈一星”的研究工作。他師從吳大猷教授最早開始原子與分子物理研究，在國際上最先研究并取得“電子碰撞產(chǎn)生雙K電子離化”之研究成果，在吉林大學(xué)組建了我國第一個(gè)原子與分子物理研究所，與錢學(xué)森一起發(fā)展并推廣了物理力學(xué)的研究內(nèi)容和研究思路，為物理力學(xué)的發(fā)展指明了方向并做出了重大貢獻(xiàn)。本文以芶清泉先生的物理力學(xué)學(xué)術(shù)生涯和貢獻(xiàn)為線索，闡述物理力學(xué)學(xué)科在中國的創(chuàng)立及發(fā)展歷程，以此紀(jì)念芶清泉先生在中國創(chuàng)建和推動(dòng)物理力學(xué)發(fā)展過程中做出的巨大貢獻(xiàn)。 1 錢學(xué)森與物理力學(xué)在中國的創(chuàng)建 20世紀(jì)40年代，由于核工程等尖端技術(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，在工程技術(shù)中面臨了大量極端條件下的問題。如在空間飛行器的研究中，首先遇到的問題之一就是在飛行器進(jìn)入大氣層時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的激波，把空氣加熱到一萬度左右，使飛行器頭部加熱而燒毀。為了計(jì)算這種加熱效應(yīng),就要知道高溫空氣的狀態(tài)方程、比熱、熱傳導(dǎo)系數(shù)、輻射系數(shù)以及各種化學(xué)反應(yīng)過程的性質(zhì)。在這種超高速飛行技術(shù)中遇到的溫度可高達(dá)上千至上萬度，高能爆炸工程中遇到的壓力可高到幾十萬至幾百萬乃至幾千萬大氣壓的特殊條件下，如只從宏觀角度去分析問題、解決問題，會(huì)遇到很大困難。錢學(xué)森提出尋找一種從微觀理論出發(fā)合成具有特殊性能材料，應(yīng)用原子與分子的性質(zhì)和相互作用的規(guī)律來分析研究物體的宏觀性質(zhì)。1946年，錢學(xué)森在研究火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒過程時(shí)，將稀薄氣體的物理力學(xué)特性和化學(xué)動(dòng)力學(xué)結(jié)合起來，準(zhǔn)確地判斷并預(yù)見了新型材料力學(xué)性能的計(jì)算方法，為從微觀狀態(tài)推算出宏觀特性提供了基礎(chǔ)和可能，從而開辟了一條通過微觀分析介質(zhì)和材料的性質(zhì)解決工程技術(shù)問題的途徑2。 隨著核爆炸、宇航技術(shù)等導(dǎo)致了20世紀(jì)中期高新技術(shù)的涌現(xiàn)和發(fā)展，高溫、高壓、超高溫、超高壓和強(qiáng)放射下材料的性能急待解決，一方面，如果完全依靠實(shí)驗(yàn)方法需要大的設(shè)備和長久的時(shí)間來做實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)費(fèi)力甚至無法解決。另一方面，由于近代物理學(xué)、物理化學(xué)和量子化學(xué)等的發(fā)展, 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)除了個(gè)別以外已經(jīng)基本掌握。錢學(xué)森高瞻遠(yuǎn)矚地用微觀與宏觀統(tǒng)一的哲學(xué)思維方式，主張從物質(zhì)的微觀規(guī)律確定其宏觀力學(xué)特性，改變過去只靠實(shí)驗(yàn)測定力學(xué)性質(zhì)的方法，開拓高溫高壓研究的新領(lǐng)域，發(fā)表了相關(guān)論文數(shù)篇3-4。 1953年，錢學(xué)森在“Physical Mechanics，A New Field in Engineering Science” 一文中正式提出“物理力學(xué)”概念1。他在文中指出：“物理力學(xué)用于指定的一個(gè)新領(lǐng)域的工程科學(xué)，其目的是預(yù)測材料的宏觀性質(zhì)，從而已知物質(zhì)成分的微觀性質(zhì)。這樣一個(gè)科學(xué)分支的出現(xiàn)，最初源于在噴氣推進(jìn)、航空、原子能等尖端的工程技術(shù)問題，這一新學(xué)科將不可避免的在所有工程領(lǐng)域中產(chǎn)生影響。”1955年9月17日 ，錢學(xué)森沖破重重阻力回到了祖國后，1956年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所成立了第一個(gè)物理力學(xué)研究小組，錢學(xué)森親任組長。1957年2月，錢學(xué)森在中國物理學(xué)會(huì)北京分會(huì)年會(huì)報(bào)告上作了“物理力學(xué)介紹”的報(bào)告，就物理力學(xué)研究的內(nèi)容，物理力學(xué)的根源和研究方法等向中國學(xué)者進(jìn)行了深入了介紹4。同年6月，錢學(xué)森在《科學(xué)通報(bào)》上發(fā)表 “論技術(shù)科學(xué)”一文，指出在一些力學(xué)問題中，出現(xiàn)了特征尺度與微觀結(jié)構(gòu)的特征尺度可比擬的情況，因而必須從微觀結(jié)構(gòu)分析入手處理宏觀問題，強(qiáng)調(diào)中國應(yīng)該大力發(fā)展物理力學(xué)5。隨后，錢學(xué)森整理了在加州理工學(xué)院給Daniel and Florence Guggenheim噴氣推進(jìn)中心的研究生們講授《Physical Mechanics》課程時(shí)編寫的講義，并于1962年正式出版《物理力學(xué)講義》6。該書系統(tǒng)介紹了物理力學(xué)的基本概念，研究內(nèi)容和研究方法，也介紹了錢學(xué)森所做的有代表性的工作。他認(rèn)為物理力學(xué)雖然引用了近代物理和近代化學(xué)的許多結(jié)果，但它并不完全是統(tǒng)計(jì)物理或者物理化學(xué)的一個(gè)分支，而是力學(xué)的一個(gè)新分支。因?yàn)?，無論是近代物理還是近代化學(xué)，都不能完全解決工程技術(shù)里所提出的各種具體問題。物理力學(xué)所面臨的問題往往要比基礎(chǔ)學(xué)科里所提出的問題復(fù)雜得多，它不能單靠簡單的推演方法或者只借助于某一單一學(xué)科的成就，而必須盡可能結(jié)合實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用多學(xué)科的成果。他將物理力學(xué)的研究內(nèi)容歸納為平衡現(xiàn)象的研究和非平衡現(xiàn)象的研究，將物理力學(xué)的研究工作集中在以下三個(gè)方面：（1）高溫氣體的性質(zhì)：研究氣體在高溫下的熱力學(xué)平衡性質(zhì)（包括狀態(tài)方程）、輸運(yùn)性質(zhì)、輻射性質(zhì)以及與各種動(dòng)力學(xué)過程有關(guān)的弛豫現(xiàn)象（見高溫氣體物理力學(xué)）。（2）稠密流體的性質(zhì)：主要研究高壓氣體和各種液體的熱力學(xué)平衡性質(zhì)（包括狀態(tài)方程）、輸運(yùn)性質(zhì)以及相變行為等。（3）固體材料性質(zhì)：利用微觀理論研究材料的彈性、塑性、強(qiáng)度以及本構(gòu)關(guān)系等6。 物理力學(xué)雖然當(dāng)時(shí)處在萌芽階段，而且繼承諸多相關(guān)學(xué)科的地方較多。但作為力學(xué)的一個(gè)新分支，它卻具有其自身的特征：首先，物理力學(xué)注重機(jī)理分析。物理力學(xué)著重于分析問題的機(jī)理并借助建立理論模型來解決具體問題。只有在進(jìn)行機(jī)理分析而感到資料不夠時(shí)，才求助于新的實(shí)驗(yàn)。其次，物理力學(xué)注重運(yùn)算手段。物理力學(xué)的研究力求采用高效率的運(yùn)算方法和現(xiàn)代化的電子運(yùn)算工具，要求作徹底的數(shù)值計(jì)算。最后，物理力學(xué)注重從微觀到宏觀的研究。以往的技術(shù)科學(xué)和絕大多數(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)，都是或從宏觀到宏觀，或從宏觀到微觀，或從微觀到微觀，而物理力學(xué)則建立在近代物理和近代化學(xué)成就之上，運(yùn)用這些成就，建立起物質(zhì)宏觀性質(zhì)的微觀理論，這也是物理力學(xué)建立的主導(dǎo)思想和根本目的。 2 芶清泉與物理力學(xué)在中國的發(fā)展 芶清泉，1917年4月14日生于四川省邛崍縣，1938年考入國立中央大學(xué)物理學(xué)科，1942年畢業(yè)后留校任教，1944年任西南聯(lián)大物理系助教，師從吳大猷先生開始原子與分子物理研究。1979年，受教育部委托在吉林大學(xué)創(chuàng)建了我國第一個(gè)原子與分子物理研究所，并擔(dān)任所長；1982年調(diào)入四川大學(xué)(成都科技大學(xué))，先后創(chuàng)建了應(yīng)用物理系、原子與分子物理研究所、高溫高壓物理研究所(與中國工程物理研究院一所聯(lián)合)，均為首任系主任或所長。芶清泉長期從事原子與分子物理、高壓物理和物理力學(xué)的研究，致力于使物理力學(xué)的研究建立在原子物理和高壓物理的基礎(chǔ)之上，并促進(jìn)這三門學(xué)科的合作與交流，為促使物理力學(xué)形成自己的研究特色作出了貢獻(xiàn)。在中國，物理力學(xué)有組織的發(fā)展是在芶清泉的努力和領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行的，大致可以分為三個(gè)時(shí)期。 第一個(gè)時(shí)期是1956年到1966年的奠基期。 1956年，錢學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)并制定了《我國科學(xué)發(fā)展的十二年遠(yuǎn)景規(guī)劃》，物理力學(xué)列為邊緣學(xué)科之一。1956年和1962年兩次自然科學(xué)規(guī)劃中，物理力學(xué)均列為重點(diǎn)學(xué)科7。1958年，在錢學(xué)森和郭永懷的主張下，中國科技大學(xué)設(shè)置了物理力學(xué)專業(yè)，教材是錢學(xué)森編寫的《物理力學(xué)講義》，先后培養(yǎng)了三屆畢業(yè)生，1962年還招收了一屆研究生。錢學(xué)森親自講授了專業(yè)課的理論部分，他鼓勵(lì)學(xué)生們認(rèn)真學(xué)習(xí)并抽空為學(xué)生答疑解惑，稱他們是中國物理力學(xué)的第一代，許多畢業(yè)生后來成為中國科學(xué)院力學(xué)研究所的生力軍。在錢學(xué)森的倡導(dǎo)和影響下，中國科學(xué)院力學(xué)所成立了全國第一個(gè)物理力學(xué)研究小組，每周一次定期召開學(xué)術(shù)討論會(huì)和學(xué)術(shù)報(bào)告，當(dāng)時(shí)的許多研究課題即來源于這樣的討論會(huì)。錢學(xué)森對(duì)物理力學(xué)的發(fā)展充滿了信心，他積極規(guī)劃并構(gòu)思了推進(jìn)物理力學(xué)研究的三大步，即建立隊(duì)伍，培養(yǎng)隊(duì)伍，接受黨和國家任務(wù)，為物理力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1963年的全國物理學(xué)年會(huì)上，錢學(xué)森詢問誰在做原子分子物理研究，有人推薦了芶清泉。在當(dāng)時(shí)中國科學(xué)院副院長吳有訓(xùn)的極力主張下，錢學(xué)森在會(huì)議期間與芶清泉單獨(dú)詳談了半天。當(dāng)時(shí)，芶清泉參與研究“兩彈一星”工程等有關(guān)的高溫氣體、高壓氣體和高壓固體技術(shù)，他向錢學(xué)森建議把物理力學(xué)擴(kuò)展到原子與分子物理工程技術(shù)，并安排力量對(duì)新出現(xiàn)的物理力學(xué)進(jìn)行研究。芶清泉組織吉林大學(xué)和中國科學(xué)院東北物理研究所二十余人組成了研究團(tuán)隊(duì)，與錢學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院力學(xué)研究所物理力學(xué)研究室保持協(xié)作，進(jìn)行了高溫氣體、高壓固體中的原子間相互作用力等研究，使物理力學(xué)的研究在中國開始形成8。 在全國范圍內(nèi)，由于錢學(xué)森的影響以及芶清泉等的積極支持或參與，吉林大學(xué)、中科院物理研究所、合肥固體所、東北金屬物理研究所、哈爾濱軍事工程學(xué)院及有關(guān)國防科研單位都紛紛搞起了物理力學(xué)研究。1966年2月3日，由中國物理學(xué)會(huì)與中國力學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開“原子分子物理與物理力學(xué)學(xué)術(shù)座談會(huì)”，該會(huì)加強(qiáng)了原子分子物理與物理力學(xué)之間相互促進(jìn)及與國防科研的聯(lián)系，史稱“6623”會(huì)議，這在中國物理力學(xué)發(fā)展史上有著濃重的一筆。會(huì)議開幕式由芶清泉主持，錢學(xué)森做了“從原子分子物理出發(fā)，經(jīng)由物理力學(xué)的思路和方法搞發(fā)明創(chuàng)造”的報(bào)告，提出了許多新思想、新觀點(diǎn)，為學(xué)科發(fā)展指明了方向9。老一代力學(xué)家和物理學(xué)家周培源、施汝為等參加了這次開幕式，西北核技術(shù)研究所的程開甲也參加了這次會(huì)議。會(huì)議報(bào)告了40多篇論文進(jìn)行交流,討論物理力學(xué)的發(fā)展方向和課題。會(huì)議研究成果包括高溫氣體、高溫輻射、高壓氣體及高壓固體方面的內(nèi)容，研究的成果也促使大家明確了以原子與分子物理為基礎(chǔ)來研究高溫高壓物理和物理力學(xué)及固體物理和新材料合成的研究方向，走出我國有自己特色的科研道路的第一步。參加會(huì)議的青年學(xué)者（如趙伊君、崔季平、龍期威、喬登江、鄒廣田等人）后來都成長為這一學(xué)科的學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人，對(duì)推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展和人才培養(yǎng)起了很大的作用。 第二個(gè)時(shí)期是1967年到1977年的艱難發(fā)展期。 不幸的是從1966年開始，中國經(jīng)歷了長達(dá)10年的“文化大革命”。這場政治運(yùn)動(dòng)對(duì)中國的科學(xué)技術(shù)事業(yè)無疑是一場巨大的災(zāi)難。其間，科技管理陷入癱瘓，研究機(jī)構(gòu)被肢解，廣大科學(xué)技術(shù)工作者被迫停止科研工作，下放到農(nóng)村或廠礦勞動(dòng)，中國的科學(xué)技術(shù)幾乎停滯不前。物理力學(xué)在“6623”會(huì)議成果基礎(chǔ)上艱難發(fā)展。剛剛形成的隊(duì)伍被拆散轉(zhuǎn)行, 原子與分子物理學(xué)、高溫高壓物理理論研究工作和學(xué)術(shù)活動(dòng)沒有繼續(xù)開展，使這門學(xué)科的發(fā)展遭受到了極大的損失。在艱難的困難處境中,僅有少數(shù)幾個(gè)單位仍堅(jiān)持物理力學(xué)方面的研究工作，取得了一些成果。當(dāng)時(shí)，吉林大學(xué)在芶清泉的帶領(lǐng)下開始了對(duì)高壓固體狀態(tài)方程和激光破壞機(jī)理的實(shí)驗(yàn)和理論研究,提供了石墨、巖石等若干種固體材料高壓狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；東北物理所對(duì)高溫空氣的輻射吸收系數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論計(jì)算；北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所在爆轟波與激波物理研究方面取得了系列成果；西北核技術(shù)所亦展開了高溫高壓下氣體和固體狀態(tài)方程的研究10。 第三個(gè)時(shí)期是1978年至1993年的有組織發(fā)展期。 十年文化大革命后的1978年全國力學(xué)會(huì)議上，錢學(xué)森親臨講話,強(qiáng)調(diào)力學(xué)的技術(shù)科學(xué)性質(zhì)和力學(xué)的微觀化道路，建議采用芶清泉提出的“細(xì)觀”概念。在最后制訂的規(guī)劃中,物理力學(xué)被列為重點(diǎn)發(fā)展的邊緣科學(xué)之一，這是對(duì)物理力學(xué)規(guī)范的第二次調(diào)整7。從此，細(xì)觀力學(xué)的概念得到公認(rèn),并明確納入物理力學(xué)的范疇,成為物理力學(xué)在固體問題上的側(cè)重方向。在會(huì)議的鼓勵(lì)下，中科院力學(xué)所、物理所、吉林大學(xué)、國防科技大學(xué)、中國工程物理研究院、北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所、航空航天部207所、科學(xué)院金屬研究所等單位都相繼開展了物理力學(xué)的研究工作。在這些舉措的促進(jìn)下,物理力學(xué)研究工作很快恢復(fù)和發(fā)展。1979年，芶清泉在吉林大學(xué)建立了“原子與分子物理研究所”，側(cè)重研究高溫高壓下的原子分子狀態(tài)與相互作用以及輻射與吸收過程，大力培養(yǎng)研究生。1984年，芶清泉在成都科技大學(xué)主持創(chuàng)建了“高溫高壓物理研究所”（后改為高溫高壓與原子分子科學(xué)研究所）,從原子分子物理出發(fā)開展了高溫高壓物理力學(xué)和新材料的設(shè)計(jì)與合成的研究工作。西南流體物理研究所合作組建了“應(yīng)用物理研究所”,建立了“動(dòng)高壓”、“靜高壓”、“高溫激波管”及“新材料合成”四個(gè)實(shí)驗(yàn)室,裝備了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,為物理力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究提供了較好的條件。這兩個(gè)研究所先后開展了慢電子與原子分子碰撞散射截面的系統(tǒng)研究與計(jì)算工作，提出了在高壓下固體氫轉(zhuǎn)化為金屬氫的微觀機(jī)理，并從理論上預(yù)言轉(zhuǎn)化壓力約在200萬大氣壓左右。他們還開展了錳銅壓力計(jì)的動(dòng)高壓標(biāo)定、高純金剛石的動(dòng)高壓合成、靜高壓對(duì)錳銅合金及鐵、鎳電阻率的影響,新金剛石材料的設(shè)計(jì)與合成,高溫激波管的應(yīng)用研究等實(shí)驗(yàn)方面的研究。 1986年11月，芶清泉組織召開了第二屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，地點(diǎn)是成都科技大學(xué)。作為大會(huì)報(bào)告題目之一，芶清泉首先做了“物理力學(xué)的發(fā)展與展望”的報(bào)告8。他在報(bào)告中重點(diǎn)介紹了物理力學(xué)產(chǎn)生的背景和在我國發(fā)展的經(jīng)過，論述了物理力學(xué)研究的主要內(nèi)容和發(fā)展的特點(diǎn)。會(huì)上成立了專業(yè)委員會(huì)，芶清泉當(dāng)選為委員，并決定物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議每兩年召開一次，物理力學(xué)走入了有計(jì)劃有組織的發(fā)展階段，國防科技大學(xué)成立了“原子分子物理與物理力學(xué)研究中心”，大力開展了以原子分子物理為基礎(chǔ)的物理力學(xué)研究工作，學(xué)術(shù)水平有了很大提高。這次會(huì)議標(biāo)志著物理力學(xué)學(xué)科的興旺發(fā)展，物理力學(xué)的隊(duì)伍雖然受“十年動(dòng)亂”的沖擊和各種干擾卻大大增加了，物理力學(xué)這門學(xué)科仍然在發(fā)展，并進(jìn)入了有計(jì)劃有組織的發(fā)展階段。 1989年初在長沙國防科技大學(xué)舉行了第三次全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，有百余人參加會(huì)議，發(fā)表論文70余篇。芶清泉作了“物理力學(xué)與原子分子物理”的邀請(qǐng)報(bào)告。與前兩屆相比，論文水平比上屆會(huì)議有顯著提高，并且青年研究者的報(bào)告數(shù)量增多，象征著物理力學(xué)的發(fā)展后繼有人。隨著材料本構(gòu)關(guān)系、強(qiáng)度與斷裂等固體力學(xué)發(fā)展，物理力學(xué)擴(kuò)展為包括損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)等全新的科學(xué)方向，堅(jiān)定了人們發(fā)展微觀理論、細(xì)觀力學(xué)和宏觀理論的多層次的理論。 1990年，第四屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議在合肥召開，會(huì)議不僅特邀了12篇大會(huì)報(bào)告，還出版了70余篇物理力學(xué)論文的合集，內(nèi)容涉及了以下幾個(gè)方面：（1）固體強(qiáng)度的微觀理論、固體缺陷和固溶體的電子計(jì)算機(jī)模擬。（2）高壓相變、激光與材料相互作用的破壞機(jī)理研究。（3）高溫氣體輻射和反應(yīng)流以及納米固體材料的力學(xué)性質(zhì)。（4）物理力學(xué)計(jì)算中的狀態(tài)方程、原子參數(shù)等方面的研究。這些論文在理論深度和廣度上都有較高的水平。物理力學(xué)規(guī)范的四次調(diào)整和發(fā)展，對(duì)物理力學(xué)在我國的持續(xù)進(jìn)展起到了不斷推動(dòng)的作用。 至1993年，我國的物理力學(xué)研究隊(duì)伍已相當(dāng)壯大，研究隊(duì)伍和研究工作比較集中的有中科院力學(xué)研究所高溫氣體動(dòng)力學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室和非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院金屬研究所中科院國際材料物理中心、鋼鐵研究總院電子結(jié)構(gòu)組及清華大學(xué)電子結(jié)構(gòu)組、吉林大學(xué)原子與分子物理研究所超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,航天部二院二零七所、國防科技大學(xué)、四川大學(xué)原子與分子物理研究所及高溫高壓物理研究所、中國工程物理研究院應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)所、西南流體物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院固體物理研究所、中國科學(xué)院物理研究所、北京理工大學(xué)應(yīng)用物理系材料科學(xué)研究中心、中國空氣動(dòng)力學(xué)研究與發(fā)展中心高速所、云南大學(xué)物理系、浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)系等單位。而且各單位之間密切合作,互相交流,除國內(nèi)會(huì)議外,還經(jīng)常參加國際會(huì)議,不少專家在國外有一定的影響，得到了國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。物理力學(xué)的成果和貢獻(xiàn)最突出的是中外核爆炸、核受控、現(xiàn)代航空航天技術(shù)、微機(jī)械、納米科技等。前蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院成立了“物理力學(xué)研究所”，用物理力學(xué)的有關(guān)方法研究固體材料的強(qiáng)度、塑性、韌性和斷裂。隨著國際上力學(xué)微觀化總趨勢的發(fā)展，物理力學(xué)從微觀到宏觀的研究模式已成為材料科學(xué)和力學(xué)學(xué)科的世界潮流。2000年,俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院強(qiáng)度物理和材料科學(xué)研究所創(chuàng)辦了Physical Mesomechanics國際期刊。今天，一切使用量子力學(xué)、原子分子物理學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)來解決工程技術(shù)所提出的力學(xué)問題都屬于物理力學(xué)的成果和貢獻(xiàn)。 3 芶清泉在物理力學(xué)研究方面的貢獻(xiàn) 芶清泉是上個(gè)世紀(jì)在戰(zhàn)亂中成長的科研者代表，他從事科學(xué)研究的特點(diǎn)是從世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢和我國的需要出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題、攻克難點(diǎn)、發(fā)展學(xué)科。多年來，他取得了一系列重要學(xué)術(shù)成就，發(fā)表了大量論著，其中代表性的論文已收集在《芶清泉論文選集》與《芶清泉論文選集（續(xù)編）》11-12。1946年，抗日戰(zhàn)爭結(jié)束，芶清泉隨抗戰(zhàn)遷到昆明的北京大學(xué)復(fù)原遷回北平原北京大學(xué)舊址，芶清泉1946年發(fā)表的“以電子碰撞原子產(chǎn)生雙K電子離化的量子力學(xué)幾率”一文，是國際上最早報(bào)道電子碰撞產(chǎn)生雙K電子離化的理論研究成果，受到了國際物理學(xué)界的高度重視13。他從50年代起研究原子與分子物理的同時(shí)，還積極開展了稀固溶體理論以及固體中原子間力的理論研究，發(fā)表了《論金屬鍵的本質(zhì)》、《過渡金屬的價(jià)數(shù)與原子間力》及《論過渡族金屬固溶體的原子間結(jié)合力》等論文14-15。芶清泉對(duì)Pauling的金屬價(jià)鍵理論進(jìn)行分析，建立了從電子數(shù)及電子云分布、動(dòng)量分布和自旋分布深入研究金屬鍵的形成與性質(zhì)的計(jì)算方法。提出了一個(gè)新的價(jià)數(shù)系統(tǒng)，從原子結(jié)構(gòu)出發(fā)得到原子間結(jié)合力的原則：結(jié)合力大小不僅決定于成鍵電子數(shù)，還與電子對(duì)內(nèi)聯(lián)系、電子云的重疊程度有關(guān)。并進(jìn)一步探究了過渡族金屬固體溶液的原子鍵強(qiáng)度規(guī)律，得出少量雜質(zhì)對(duì)稀固體溶液的物理特性有強(qiáng)烈影響，為提高金屬與合金的力學(xué)強(qiáng)度指明了方向。 1963年，芶清泉在錢學(xué)森的提議下從原子分子物理出發(fā)，積極開展了對(duì)物理力學(xué)中高溫高壓物理問題的研究。他組織吉林大學(xué)和中國科學(xué)院東北物理研究所二十余人組成了研究團(tuán)隊(duì)，與錢學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院力學(xué)研究所物理力學(xué)研究室保持協(xié)作，進(jìn)行了高溫氣體、高壓固體中的原子間相互作用力與慢電子碰撞方面的研究，高溫氣體、高壓固體的狀態(tài)方程與高壓固體能譜的研究，并取得較快的進(jìn)展。最突出的就是針對(duì)慢電子、氧原子、氮原子的彈性散射截面，提出了自己的理想模型，得到了可靠的結(jié)果。芶清泉指導(dǎo)學(xué)生陳其峰、楊向東對(duì)低能正電子與氦原子彈性散射截面的理論計(jì)算進(jìn)行的研究，所用的物理模型清晰,計(jì)算方法簡單,計(jì)算結(jié)果可靠,之后被進(jìn)一步推廣到了低能正電子與其他原子碰撞截面的計(jì)算中。 芶清泉從1971年起對(duì)人造金剛石合成機(jī)理進(jìn)行研究。他帶領(lǐng)師生曾琴、鄒廣田、徐洪山、熊大和、金曾孫、千正男、吳代鳴、吳紹曾、蘇文輝、郝兆印、崔慧聰、崔碩景等深入工廠調(diào)查研究，完成了《高溫高壓下石墨變金剛石的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)理》一文16。后繼續(xù)理論研究，陸續(xù)發(fā)表論文《含硼黑金剛石的結(jié)構(gòu)與合成機(jī)理極其特殊性能的探討》、《人造金剛石聚晶的粘結(jié)機(jī)理》等論文11-12。這些從原子分子物理出發(fā)進(jìn)行的人造金剛石合成機(jī)理的研究在70年代領(lǐng)先于國際上發(fā)達(dá)國家，具有劃時(shí)代的意義。1978年3月18日至31日在北京召開的黨中央全國科學(xué)大會(huì)上，芶清泉被評(píng)為全國先進(jìn)科技工作者；金剛石科研工作獲得了全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)；中國科協(xié)把芶清泉等人的《人造金剛石合成機(jī)理研究》評(píng)為重大科研成果，并指定長春電影制片廠把他們的研究過程拍攝成彩色電影，作為獻(xiàn)禮在全國科學(xué)大會(huì)期間面向全國公演。同年，芶清泉制定了物理力學(xué)的發(fā)展規(guī)劃，并與唐敖慶、王湘浩、余瑞璜、蔡鎦生、吳式樞、江澤堅(jiān)、王柔懷、謝邦杰、關(guān)實(shí)之、陶慰孫、高鼎三、金景芳、余省吾、關(guān)夢(mèng)杰一起擔(dān)負(fù)了“文革”后的首批研究生指導(dǎo)教師的工作。為助被文革耽誤的教育科研事業(yè)重新起步，芶清泉受教育部委托，于1978-1979年間組建了吉林大學(xué)原子與分子物理研究所，并任首任所長，3年時(shí)間培養(yǎng)了17名研究生。 芶清泉還對(duì)高溫氣體和高壓固體狀態(tài)方程的理論進(jìn)行研究。在他的指導(dǎo)下計(jì)算出了高壓下銅的3d電子能譜、固體和氣體閉合殼層排斥勢極其狀態(tài)方程、提出了一種解決高壓（百萬~千萬大氣壓）范圍內(nèi)固體狀態(tài)方程的新方法。芶清泉曾使用 原子的比較準(zhǔn)確的解析波函數(shù)，采用海特納一倫敦方法嚴(yán)格計(jì)算高溫范圍內(nèi)氦原子間的排斥勢,導(dǎo)出了排斥勢公式，并利用這個(gè)公式計(jì)算氦氣在1千度到十萬度的的二級(jí)維利系數(shù)17。之后，芶清泉從氫原子與氫分子的相互作用出發(fā)，研究了金屬氫高壓合成的可能性，發(fā)表了題為《金屬氫的高壓合成機(jī)理》的論文18，闡明了高壓下固體氫中的氫分子相互作用可以轉(zhuǎn)變成氫原子相互結(jié)合成體心立方的金屬氫結(jié)構(gòu)。他對(duì) 的體心立方結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算與研究，結(jié)果表明，在常壓下 的體心立方結(jié)構(gòu)具有亞穩(wěn)態(tài)。這說明在高壓下合成的金屬氫結(jié)構(gòu)，在常壓下仍可能保持金屬氫的結(jié)構(gòu)。因此，在高壓下以固體氫來合成金屬氫是可能的。這是合成金屬氫特殊新材料的原子分子設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。 與此同時(shí)，芶清泉還對(duì) 及 的高壓狀態(tài)方程與相變進(jìn)行了理論計(jì)算。 及 也是很重要的高密度能源材料和核聚變材料，常常要在高壓下使用，因此了解它的高壓狀態(tài)方程和相變是十分重要的問題。但是單靠實(shí)驗(yàn)方法解決這個(gè)問題是十分困難的，須要借助于物理力學(xué)的方法進(jìn)行理論計(jì)算。芶清泉從原子在高壓下的狀態(tài)和相互作用的變化出發(fā)，提出了一個(gè)新的物理模型和計(jì)算方法，只用一個(gè)簡單球形對(duì)稱的 電子波函且參數(shù)隨壓力大小而變的參數(shù)可調(diào)的Slater型波函數(shù)來表達(dá) 及 的狀態(tài)，并用來計(jì)算 晶體的結(jié)合能。對(duì)一定的體積算出的結(jié)合能是參數(shù)的函數(shù),然后按變分原理確定最佳的參數(shù)值和結(jié)合能值。直接算出一個(gè)適用于200萬大氣壓下的高壓狀態(tài)方程，并且預(yù)言在80萬大氣壓附近將出現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)相變12。這就是芶清泉?jiǎng)?chuàng)建的計(jì)算離子晶體狀態(tài)方程的變分法，過去未曾從實(shí)驗(yàn)或理論計(jì)算得到的新結(jié)果，方法簡單準(zhǔn)確，易于推廣到更復(fù)雜的晶體,取得了很大的成功。這是從原子結(jié)構(gòu)與相互作用出發(fā)，成功地應(yīng)用物理力學(xué)的方法，研究高壓固體狀態(tài)方程的一個(gè)典型例子。 之后芶清泉的研究重心由高溫高壓下介質(zhì)材料的物理性質(zhì)研究漸漸轉(zhuǎn)到了與激光相關(guān)的一些作用機(jī)理的研究和新材料的原子分子設(shè)計(jì)方向，同時(shí)也沒有放棄高溫高壓下物理性質(zhì)的研究。簡單的激光照射的能量沉積過程就存在許多瞬態(tài)過程，還涉及高溫高壓狀態(tài)以及同強(qiáng)輻射相互作用的問題，芶清泉基于微觀理論去認(rèn)識(shí)這些過程，進(jìn)行研究，過渡到以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法處理問題；芶清泉還在材料本構(gòu)關(guān)系、強(qiáng)度與斷裂方面，建立了一套包括損傷力學(xué)。斷裂力學(xué)等全新的科學(xué)方向，推動(dòng)固體力學(xué)的發(fā)展。他研究的這些問題涉及激波波陣面結(jié)構(gòu)、爆轟波結(jié)構(gòu)、燃燒鋒面結(jié)構(gòu)、界面或細(xì)小亞結(jié)構(gòu)附近流動(dòng)、變形與破壞等方面，取得了很大進(jìn)展，為以后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，指明方向。 4 結(jié)語 在“6623會(huì)議”精神的鼓舞下，芶清泉有計(jì)劃地開展了原子碰撞、慢電子散射、輻射吸收等方面的理論計(jì)算工作，為物理力學(xué)的研究發(fā)展提供了必要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)。他1977年主持制定了我國第一個(gè)原子與分子物理學(xué)科發(fā)展規(guī)劃，并于1978年主持制定了我國第一個(gè)物理力學(xué)學(xué)科發(fā)展規(guī)劃。這兩個(gè)規(guī)劃都貫徹了“6623會(huì)議”的學(xué)術(shù)指導(dǎo)思想，這兩門學(xué)科分別于1980年和1986年成立了各自的專業(yè)委員會(huì)，均由芶清泉擔(dān)任首任主任。從此，這兩門學(xué)科緊密結(jié)合，有組織有計(jì)劃地向前發(fā)展，四十多年來，為國家培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的物理力學(xué)和高壓物理的專門人才，眾多弟子成為國內(nèi)外知名學(xué)者、國家棟梁之材，他親自指導(dǎo)的學(xué)生中已有5人當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。2007年，芶清泉曾借90歲誕辰之機(jī)建議召開了原子分子物理與物理力學(xué)學(xué)術(shù)座談會(huì)，慶?！?623”會(huì)議召開41周年。會(huì)上芶清泉匯報(bào)了“6623”會(huì)議之后科研工作中攻克的世界性科學(xué)難題所取得的重要進(jìn)展和突破性成果。在中國，由芶清泉領(lǐng)導(dǎo)并創(chuàng)建的干研究所、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)學(xué)科，解決了諸多重大尖端科技難題，大大發(fā)展了物理力學(xué)，形成了具有中國特色、自主創(chuàng)新能力強(qiáng)的學(xué)派。
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