理论物理学家戴元本院士:润物细无声

2016-12-13 16:17 来源:中国科学报  我有话说
2016-12-13 16:17:43来源:中国科学报作者:责任编辑:肖春芳

    戴元本(1928.7.31—)

  戴元本,理论物理学家、中国科学院院士。1928年7月生于江苏省南京市,1947年起就读于中央大学物理系,1952年毕业。1952年8月至1958年4月在南京工学院担任助教、讲师。1958年考入中国科学院数学研究所,师从张宗燧先生。1961年研究生毕业,成为中国科学院数学研究所助理研究员。1965年至1966年参与“层子模型”研究,获1982年国家自然科学奖二等奖。1980 年当选中科院学部委员(院士),1988年至2003年当选第七届、第八届、第九届中国人民政治协商会议全国委员会委员。长期从事粒子物理理论和量子场论的研究,已在国际和国内主要期刊上发表论文120余篇,著有《相互作用的规范理论》一书。

  羸弱多病,坎坷求学

  常德戴氏曾居于常德柳叶湖畔,东临洞庭湖,西依武陵山,风景秀美,碧波浩淼。戴氏自明朝起乃官宦之家,数百年间始终是当地的名门望族。戴元本祖父戴德诚曾参与湖南维新运动,管理南学会,担任《湘报》撰述。叔祖父戴展诚是清末进士,参与“公车上书”,留学日本,后担任湖南全省师范学堂(今湖南第一师范学院)的监督。父亲戴修骏留学法国,在法国巴黎大学学习经济、政治、法律,获博士学位,曾在巴黎和会期间阻止北洋政府签字,回国之后任国立中央大学法学院院长、国民政府首届立法委员。

  戴元本1928年7月生于江苏南京,家中兄弟五人,排行老二。戴元本的幼年时光始终处于战火纷飞、硝烟弥漫之中,因而跟随家人辗转迁移、四处逃难,直到抗日战争结束后的第二年他们一家才重返南京。在此期间,除了有段时间在昆明生活,其他时间他们都住在小城镇里,甚至是落难乡间。因躲避战火,无法连续在校学习,再加上他从小身体羸弱、多次生病,导致他中小学的学习支离破碎、七零八落。在上大学之前,戴元本休学四年,跳了三个年级,所以上大学仍然比正常年龄晚了一年,但是在当时的社会背景下这已实为难能可贵。

  戴元本从小喜爱阅读、兴趣广泛,尤其喜爱诗文和历史。虽然幼年颠沛流离,但是他始终与书为伴。1938年,他在贵阳时经常到住宿旅馆旁边的一个图书馆看书,诸如《三国演义》《封神榜》《西游记》等。1939年,他在路南县(今昆明市石林县)时也基本没有上学,但开始一知半解地阅读《论语》,从头到尾看得十分仔细,“吾日三省吾身”“己所不欲,勿施于人。”“夫子之道,忠恕而已。”等句子始终铭记于心。1942年,他刚到重庆便因病休学,后来在青木关“战区来渝学生进修班”学习了一个学期后再次生病休学,陪伴他度过这段日子的是父亲给他借来的书籍。当时抗战期间科普方面的书是很少的,父亲借来的书都是古典诗文,如周密的《齐东野语》、陶宗仪的《南村辍耕录》和杜甫的《杜诗镜铨》。戴元本非常喜欢诗词,将《杜诗镜铨》翻阅了多遍,后来又对宋词产生了浓厚的兴趣。

  1946年,戴元本随家人回到南京,先后就读于南京临时二中、中央大学附属中学。一个偶然的机会,他读到我国著名学者、科学家、教育家任鸿隽写的科普读物。书中涉及到广义相对论的内容让戴元本感到兴趣盎然,他为此求教于高中物理老师,然而当时国内科学发展状况,高中教师是难以回答关于广义相对论问题的,这更加激起了年轻的戴元本心中的劲头,决心从此以后要专攻物理学,潜心做一个物理学研究者。1947年7月,戴元本被中央大学附属中学保送至中央大学,并选择了物理系。

  考入中科院,师从张宗燧

  1948年,由于当时南京局势恶化,还未完全适应大学生活的戴元本跟随父亲前往上海,学业再次中断。这段时间虽未能听课学习,但是戴元本已经开始自己研读物理学著作。一年之后,戴元本回到校园,此时的中央大学已更名为南京大学,他很快适应了大学的学习生活,由于基础牢固又刻苦勤奋,学习成绩突飞猛进。然而,在大学期间,戴元本的学习内容和学习时间都十分有限。原因在于:其一,当时虽然有魏荣爵和徐躬耦两位老师归国任教,但是授课老师仍然极为紧缺;其二,解放后政治学习、政治运动频繁,并且提倡精简学时,戴元本在大四时曾被派去参加政治运动。在这种情况下,戴元本难以系统地听课学习,但他还是尽可能地利用一切空闲时间钻到系图书馆阅读书籍,认真研究那些自己没有学过的、老师没有教过的知识。

  1952年,戴元本以优异的成绩从南京大学毕业,被分配至南京工学院。虽然对于立志潜心研究物理学的戴元本而言,当时的南京工学院并非最理想的去处,但是他不仅出色完成了忙碌繁重的教学工作,而且始终没有放弃继续从事科学研究的希望,利用工作间隙大量阅读英文及俄文的物理学著作。1956年,中央提出“向科学进军”的号召,戴元本感到备受鼓舞。他利用假期时间完成了一篇核子散射重正化效应的论文并向《物理学报》投稿,受到了审稿人、我国著名理论物理学家朱洪元先生的热情鼓励。这件事对戴元本来说具有重要意义,一方面坚定了他继续从事科学研究的信念,另一方面鼓舞了他下定决心报考研究生。

  1957年,也就是恢复研究生招考的第二年,戴元本同时被中国科学院的张宗燧先生和吉林大学的吴式枢先生录取,最终他选择到北京跟随张宗燧先生在中国科学院数学所学习深造。张宗燧先生一生中门下弟子并不多。第一位学生是后来的“两弹一星”功勋奖章获得者、2014年度国家最高科技奖获得者于敏,第二位学生就是戴元本,此后在1963年又招入侯伯宇和朱重远两位学生。张宗燧先生慧眼识英才,为中国近代物理的发展培养出四位优秀的物理学家。

  朱洪元先生于1957年在北京大学开设量子场论课程,课程结束后学生普遍反映很好,遂决定第二年在当时校址在青岛的山东大学开办“基本粒子与原子核理论暑期讲习班”。此时的戴元本虽然刚刚考上研究生,但是他对量子场论的研究已比其他研究生高出许多,因而在此次讲习班上也作为助教讲授了量子力学中的碰撞理论。此后,戴元本根据讲习班的讲稿帮助当时已远赴莫斯科的朱洪元完成了《量子场论》一书的整理与校对。在北京大学的课程与青岛的暑期讲习班,是粒子理论在全国范围中的第一次普及,造就了一代粒子物理学家,其影响十分深远。

  走到高能物理理论研究的最前沿

  当时,中国科学院原子能研究所的朱洪元、北京大学的胡宁以及中国科学院数学研究所的张宗燧在国内形成了高能物理理论的研究团队。三位先生虽学术风格各异却合作良好,戴元本在如此融洽的学术氛围中快速成长,与他人合作发表了一系列论文。但是上世纪60年代前后,我国高能物理理论研究队伍并不稳定,有些人被派去参与国防军工研究,有些人去苏联的杜布纳研究所工作,戴元本却一直在数学研究所从事高能物理理论研究。戴元本后来回忆时曾说,“那几年我在工作上比较孤单”。虽然孤单,但也使戴元本具备了更强的独立工作能力,不人云亦云,敢于攻克难关、挑战难题。

  “文化大革命”前戴元本的重要研究成果主要体现在三个方面:第一是关于轻子的反常磁矩研究,1961年戴元本在《物理学报》发表《弱作用对轻子电磁性质的影响》,研究了中间玻色子模型中弱作用对轻子反常磁矩的辐射修正。当时这项工作虽然是国际上最前沿的研究内容,但并未引起足够的重视,然而如今这项研究已经成为精细探测弱作用理论的方法之一。

  第二是关于色散关系应用方面的雷杰(Regge)极点研究。这是当时国际上高能物理理论研究的热点问题。在1963年至1965年间,戴元本对雷杰极点问题发表了七八篇论文,得出了在高奇异位势下由于雷杰极点的分布不同而导致散射振幅高能渐近行为不同的结论。在1964年北京科学讨论会上,戴元本作为我国高能物理理论学家就此问题作了报告,得到了国际与会专家的一致好评。

  第三是关于层子模型的研究。1965年9月,在钱三强的组织下,原子能研究所基本粒子理论组、北京大学理论物理研究室基本粒子理论组、数学研究所理论物理研究室与中国科技大学近代物理系四家单位组成“北京基本粒子理论组”,定期开展对强子结构的讨论交流。此时的戴元本刚刚结束为期一年的“四清”运动,是最早参与讨论的人员之一。在层子模型的研究过程中,他独立地运用塔姆-唐可夫(Tamm-Dancoff)方法进行计算,得到了一些显示强子结构的计算结果。但是为了想让层子模型在理论上更加完善,基本粒子理论组并不主张把前期研究成果发表出来。此后,戴元本还敏锐地注意到了曼德尔斯塔姆处理相对论协变的束缚态计算方法,并将此法予以推广,解决了当时困扰着大家的难题。在此基础上,戴元本带领数学研究所的同事们与北京大学深入合作,改进了层子模型的理论基础,为建立从场论出发的协变的系统的计算方法作出了重要贡献。戴元本提出的这个计算方法也成为了北京大学和数学研究所密切合作发表在北京大学学报(1966年第二期)上的十多篇论文的计算基础。1982年,由于在“层子模型”研究中的重要贡献,戴元本获得了国家自然科学奖二等奖,另外三位获奖人分别是朱洪元、胡宁和何祚庥。

  推动我国规范理论研究

  “文化大革命”期间,理论研究工作几乎完全中断。稍显幸运的是,1970年夏,戴元本受邀加入中国科学院革命委员会领导的相对论批判组。这个批判组很快改组为中国科学院物理研究所第十三室,戴元本在其中逐步恢复对理论物理学的研究。戴元本很早就意识到规范场论的重要性,而当时国内高能理论物理界许多人并没有认识到这一点。因此,戴元本一方面在十三室组织大家学习规范场论,一方面深入钻研、独自摸索,一点一滴将规范场论学深学透。他还曾在物理研究所组织了国内第一次弱电统一规范理论的系统讲座, 亲自讲规范场的量子化及重整化理论。后来,他的学术专著《相互作用的规范理论》于1987年出版,对于推动国内的规范理论研究起到了重要推动作用。

  在1974年至1975年间,戴元本开始对非阿贝尔群规范场论中费米子的电磁形状因子高能渐近行为开展研究。他之所以研究这一问题,是因为他意识到研究强子的电磁形状因子对于了解强子中粒子间的强相互作用具有重要意义。为了解决这一难题,他与其他研究者一起攻坚克难,提供独立思路,采取多种办法,完成复杂计算。他就此问题发表多篇论文,是这方面最早的开创性工作者之一。当时有国外研究者得出了与他相异的计算结果,但经过比较验证后,戴元本的计算被证明是正确的,因而得到了国际上的广泛承认。

  1978年,戴元本前往日本东京参加第十九届国际高能物理大会,这是他第一次出国参加学术会议。1980年春天,经由李政道协调联络,戴元本一行五人赴美进行学术访问,参观了美国的理论物理研究所,比如位于圣芭芭拉的理论物理研究所、加州大学伯克利分校、得克萨斯大学奥斯汀分校以及普林斯顿大学高等物理研究所等。同年11月份,戴元本再次赴美,但此次他只身一人,前往得克萨斯大学奥斯汀分校做访问学者,为期半年。在那里,他一边学习研究,一边为奥斯汀分校的学生开设了一个学期的量子场论课程。

  上世纪90年代之后,戴元本在手征对称性动力学自发破缺的计算方法、含有一个重夸克的重强子束缚态波函数、量子色动力学求和规则、中微子振荡中的CP/T 破坏等方面做出了一系列具有独创性的工作。戴元本的科研成果,得到了国内外同行的广泛关注, 产生了重要的国内外影响。

  勤勉治学,教书育人

  戴元本一生努力勤奋,从未懈怠。在南京工学院近六年的时间中,虽然教学任务繁重,但他仍然充分利用业余时间追逐科学前沿;到了中国科学院后,他更加刻苦努力,每天晚上都要工作到凌晨1点,每周只有周日白天可以休息,而到了周日晚上依然照常工作。即使戴元本已到了耄耋之年,但他依然坚持科研学习、坚持研读论文,在七十岁之后还撰写发表了三十余篇学术论文,甚至在八十岁时还在世界一流的期刊发表专业论文。

  戴元本一生胸怀宽广,风度儒雅。1978年,“文化大革命”之后,中科院恢复招录研究生,戴元本的学术成就和人格魅力吸引了许多考生,当年他一共录取了7人。他始终为他的学生们着想,希望他们能够到国外学习以便更快地进入国际科研前沿,所以他抓住每一个机会推荐他的学生去国外深造。后来这些学生每次回国都要去拜访他,都要感谢戴元本的开明大度,都要感谢戴元本为他们创造了更好的学习机会。

  戴元本一生宁静谦和、公平公正。所有认识他的人都认为戴元本为人和蔼热心、生活朴素简洁、工作精益求精、为人光明磊落。即便担任领导岗位、被任命为学术委员会主任、当选学部委员之后,戴元本也仍然处事公平公正,不为关系亲疏而左右决策,不为善说情而实无能者写下只言片语的赞誉。与此同时,在中科院理论物理所里,戴元本几乎不会落下任何一次的重要学术活动,甚至一些不那么重要的讨论会他也按时参加,大多时候他都是默默地坐在那里,默默地鼓励年轻人,默默地关心和支持我国理论物理学的发展。

  戴元本的学生对他作出如此的评价:“一个人的成就,在于日积月累;一个人的成功,在于坚韧不拔。戴先生淡泊名利的胸怀,乐观旷达的性格,严谨的治学态度和对科学的执着的追求精神值得我们一辈子学习。”

  杜诗有云:“好雨知时节,当春乃发生。随风潜入夜,润物细无声。”也许,这两句诗是对戴元本一生勤勉治学、一生教书育人的最好诠释。

  (作者:徐愚,单位:求是杂志社)

  ①1965年,戴元本一家三口。

  ②1980年,在美国与杨振宁等合影(右三为戴元本)。

  ③1980年,在美国与李政道等合影(右一为戴元本)。

  ④2008年,戴元本八十大寿(由左至右分别是黄朝商、戴元本、刘纯)。

  ⑤戴元本在家中读书。

  我的求学之路(节选)

  ■戴元本

  我祖籍湖南常德,1928年7月出生于南京。我的童年生活主要是在南京度过的。抗日战争爆发以后我随家迁徙,先后到过长沙、贵阳、昆明、路南,1941年春季,我家迁到重庆郊区北碚附近,在这些地方度过了八年艰苦的战时生活。抗战胜利后我回到南京。我曾就读于合川国立二中、青木关中央大学附中等五所中学,1947年在南京中大附中毕业。1952年毕业于南京大学物理系。由于多次迁徙,且青少年时期体弱多病,我曾多次休学,时间长达五年。虽然我也曾多次跳级,毕业终究比正常年龄晚。

  我从小喜爱读书。从小学二年级开始我经常看报。有时父亲坐在床边看报,我就站在他前面看报纸的另一面。休学五年也给了我更多自己看书的时间。1938年春夏,我在贵阳没有上学。我家住的旅馆旁有一家开放的图书馆,我每天去那里看书,读了一些古典小说,还有唐诗选。那是我读书生活的开始。在中小学时期我看的书范围较广,但最喜爱的是古典诗文和历史。在读高中二年级时我偶然从同学处借到一本科普读物,是我国科学界老前辈著名学者任鸿隽先生写的,其中有一段讲广义相对论。这段内容使我非常感兴趣。因此我去找高三物理老师,请他解答我的问题。这位老师告诉我,相对论很深奥,大学里都很难找到教授开这门课,劝我不要花时间钻研这些问题。他的话引起了我更大的好奇心,从此想要学物理学。中学毕业时有些亲友劝我投考电机系,不要考物理系,因为电机系毕业后更容易找到待遇好的工作。但是我没有听从他们的劝告。毕业后我被中大附中保送到中央大学学习,我就选择了物理系。

  读完大学一年级,解放前夕我曾休学一年。1949年秋天,我重回已经改称南京大学的学校继续学习。大学的第一年我还不适应新的教学方式,学习成绩不大好。在高中时我很少上晚自修课,也能有好的成绩。可是,在大学不花时间去钻研与学校教学有关的内容是不行了。后来大学毕业参加了工作,可以自由支配的时间减少。因此从大学二年级开始我读书的内容已变为以物理学为主。南京大学师资水平高,还有从国外回来的魏荣爵、徐躬耦等教授讲授一些新的物理课。我从中受益不少。但是解放初期政治学习和运动较多,当时提出“精简学时”,因此上课的时间就比较少了。有空时我就在系图书馆看书,学习一些课外的物理知识。

  1952年,大学毕业后我被分配到南京工学院教普通物理。那正是解放后学习苏联,进行院系调整和教学改革的一年,大学的学生一下增加了许多倍。因此教学任务很重,每周在课堂上的时间往往达到二十多小时。科研当时还不能提到学校工作的日程上,只能认真完成教学工作,但是我还是非常想从事研究工作。1956年党中央提出“向科学进军”,对我也是很大的鼓舞。当时正是高能物理学大发展的时期,在教学工作之余,我抓紧时间努力钻研了许多物理书,也被吸引到高能物理的方向。开始时我没有这门学科必需的基础知识。在大学时我没有学过相对论和电磁辐射理论。因为四年级时受派遣参加“五反运动”工作组,我只听过一个多月的量子力学和统计力学课。我把补基础和对学科前沿的学习交叉起来做。我做得比较好的方面是,没有因为基础不好使得自己对科学前沿成果一知半解,而是做到扎实和深入。当时能看到的英文新书和期刊比较少。苏联出版了一些翻译成俄文的论文集,包含了高能物理理论的新的最重要的成果。这些文集对我很有帮助。

  1956年,我写了一篇关于B-S方程研究π-π散射的文章向《物理学报》投稿,审稿人热心地给了我鼓励。后来我知道审稿人是朱洪元先生。他因此对我有好的印象。我到科学院工作后得到过他许多教益。1956年,我国第一次有在全国范围内自由报考的研究生。这项落实“向科学进军”的措施给了我实现自己愿望的机会。我1957年参加考试,被中国科学院数学研究所录取为张宗燧先生的研究生。1958年4月,我到数学研究所理论物理研究室学习和工作,开始了一个新的阶段。那年我三十岁。

[责任编辑:肖春芳]

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