于渌院士:怀念物理所的两段经历

发布时间:2018.04.15

  

    1961年我从原苏联国立哈尔科夫大学物理系毕业,回国后被分配到中国科学院物理研究所工作。当时物理所理论研究室的主任李荫远先生很开明,对年青人很支持。我大学毕业论文的题目是自旋波共振,李先生原来希望我和他一起做磁学方面的研究工作,但当他发现我对超导理论等新出现的课题更感兴趣时,就要我自己组织一个新的课题组,研究超导理论。对于一个大学刚毕业,没有研究经验的年青人(我当时24岁),这是一个很大的挑战。幸好,当时研究室里还有几个年青人,有的从苏联留学回来,像莫斯科大学的陈春先和哈尔科夫大学比我高两届的郝柏林(他1961年再次去苏联当研究生,63年回国),有的从国内大学毕业,像复旦的陈式刚和北大的霍裕平,大家志同道合,组织起富有成效的互教互学活动。虽然当时还处在三年困难时期,肚子吃不太饱,但大家的劲头十足。每周要组织三、四次学术报告会,一讲就是半天。那时思想也比较解放,难的问题敢碰,看来‘荒谬’的想法也敢提出来,大家讨论、相互批评。这种自由讨论的学术氛围使大家受益匪浅,构成终生难忘的美好记忆。




    上个世纪五十年代末、六十年代初,量子场论方法广泛地运用到凝聚态理论,取得了许多重要的成果,巴丁-库柏-施里弗的超导微观理论是最杰出的例子。陈春先在玻格留博夫的研究组工作过,是我们学习、研究量子多体理论的带头人。当时讨论的问题非常广泛,从多体形式理论,包括格林函数方法、输运过程理论和趋向平衡问题等,到凝聚态物理中的具体应用,涉及超导、铁磁现象和共振弛豫过程等。我自己在这个过程中受益非常多,在边干边学中迈出了超导研究的第一步。研究杂质对超导体性质的影响是当时一个热门课题,P.W. Anderson和前苏联 的 A.A. Abrikosov, L.P. Gor’kov 等都参与了,但他们只用微扰论分析了杂质散射的影响。出于好奇,我当时做了个“大练习”,用广义正则变换(现在称为 Bogoliubov-de Gennes 方程)把含磁性杂质超导体的哈密顿量近似对角化了,发现在能隙中会产生一个束缚态。经过小组里同事们推敲,觉得没有错误就送到《物理学报》,1963年投稿,1965年发表。后来才知道,日本的 H. Shiba 和苏联的 A.I. Rusinov 分别在1968 和1969年也发表了类似的工作。由于这个束缚态离能隙边很近,实验检验比较困难,直到80年代初才在隧道谱中定性观察到,扫描隧道显微镜发明后,90年代才在实验上得到定量检验。高温超导体的能隙具有d-波对称性,有节点,对杂质散射更敏感,60年代的这个工作又引起了一定的注意。我能做这个“大练习”,与物理所当时宽松的研究氛围有非常密切的关系。当时的“五人小组”,除陈春先因特殊的历史原因外(非常令人惋惜的是他已过世,我们会永远怀念他!),其他四人都先后被选为中科院院士。




    然而,好景不常,1965年后研究工作受到很大干扰。但即使在那十年浩劫时期,也有过“反复”、“回潮”,我们利用“局部小气候”尽力做了点研究工作。1971年杨振宁先生第一次回国访问,以后几乎每年都来。1972年周总理见他时,周培源先生在座。杨先生强调基础研究的重要性,得到周总理的认可。周培源先生就在《光明日报》上发表了长篇文章,阐述基础研究的重要。我们受到启发,感觉应从“应用型”问题,如天线计算、推广计算机应用等转到“基础型”问题。通过对国际期刊的浏览,我们惊讶地发现,在我们“闹革命”的那些年,国际物理界对相变和临界现象的研究有了突飞猛进的发展。没有别的办法,只有老老实实地补课。我们组织了讨论班,分工阅读重要的文献,在组里仔细讲,讲稿叠起来超过一尺。那时我们是边学边干,一方面“啃”K.G. Wilson 在《物理评论》发表的两篇长文,一方面用自己熟悉的方法独立地推导别人的一些结果。核心问题是计算连续相变的临界指数,就是找出各种热力学量在临界点的奇异行为。Wilson 指出空间维数超过4时,平均场理论是正确的,可以利用ε=4-d(d是物理体系的空间维数)作小参量,计算临界指数。他和 M.E. Fisher用重正化群的方法计算,而 T. Tsuneto 和E. Abrahams 用“拼花图”(parquet diagram)的办法,都算到了ε的二阶。Tsuneto 和 Abrahams 还宣称,他们的方法可以推广到高阶。郝柏林和我分别用“规矩的微扰论”和“拼花图”的方法对序参量有n个分量的一般情形推导Tsuneto 和 Abrahams的结果,发现他们讨论的是n=2 的特殊情形(用的是复数玻色场),不能简单推广到高阶。我们抓紧计算高阶效应,经过近半年的奋斗,终于将临界指数的计算推到了ε的三阶。这时我们看到了E. Brezin 等人在《物理快报》A 上发表的同样结果,他们用的是量子场论中的Callan-Symanzik 重正化群方程,短文中没有推导。我们当然遗憾,但稍感欣慰的是计算正确性得到了验证。1973年底,我们把文章投到《物理学报》,1975年才刊登出来,连英文摘要都没有。



十年浩劫期间凭借物理所“局部小气候”完成的这项研究成果在促进国际交流方面发挥了很好的作用。1975年美国物理学会组织了一个高层次代表团到中国访问,成员包括巴丁、施里弗、布鲁姆贝尔格等多位诺贝尔奖得主,他们事先做了认真的准备,在日本开了预备会,要深入了解文革期间中国物理学发展的真实情况。他们在物理所召开了不同形式、不同规模的座谈会,我们介绍了这项研究成果,给他们留下很好的印象,在他们正式出版的调查报告中得到了很好的评价。1977年郝柏林到法国访问,见到Brezin,给他看了我们1975年在《物理学报》发表的文章,他对在几乎与世隔绝的中国还能取得与他们相同的研究成果很惊讶。从那时起,我们就成了很好的朋友,这个友谊一直延续到现在。1978年郝柏林、方福康(北师大)和我参加了在布鲁塞尔召开的,专门讨论相变有关问题的索尔威会议,接触到许多这方面的重要科学家。我1979-1981年到哈佛和圣巴巴拉做访问学者和1986年后到意大利国际理论物理中心任职,都和物理所那段时间完成的工作有密切的关系。

回顾这两段往事,我对所里当时良好的研究氛围充满怀念,对当时的所领导,特别是像李德仲那样的革命前辈,像施汝为先生那样的科学前辈,对孟宪振那样带领年青人冲锋陷阵的带头人,对共同经过风风雨雨的同事和战友,充满感激之情。



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