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[科教] 经福谦院士:经纬纵横 矢志求索

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发表于 11-28-2016 09:01 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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经福谦(1929—2012)

经福谦,中国实验内爆动力学和动高压物理研究领域的开拓者之一。1929年6月生于江苏淮阴,1952年毕业于南京大学物理系,1960年8月从长春地质学院调入中国工程物理研究院工作。

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在内爆动力学实验设计技术研究中,提出了“严重稀疏范围”概念,为加快第一颗原子弹研制进程作出了重要贡献;在内爆动力学实验测量技术中,提出了“绝对保护”技术方案;在超高压物态方程实验研究中,成功解决了外干扰电磁场屏蔽设计等关键性技术难题。在高压物理学科领域,倡导成立了高压物理专业委员会,创办了《高压物理学报》《爆炸与冲击》等核心期刊,率先成立了国防领域第一个重点实验室,撰写了《实验物态方程导引》《动高压原理与技术》等学术著作,为推动我国高压物理学科发展作出了卓越贡献。获得国家自然科学奖一等奖、全国科学大会奖及科技进步奖多项。1991年当选为中国科学院学部委员(院士),2001年获得何梁何利科学与技术进步奖。


现今国际公认的高压物理研究领域的学术领袖毛河光院士曾亲笔写下:“经福谦先生是国际顶尖级的科学家。在动高压领域,久享盛誉。他研究的深度、动静结合的思想,对青年后进的鼓舞、和同行的合作,都是我们的楷模。对中国高压事业,幸而有经先生的开启。”那么,经福谦先生究竟经历了怎样的人生?

从“一穷二白”中起步

经福谦1929年出生于江苏省淮阴县,1952年毕业于南京大学物理系,分配到长春地质学院。那时,经福谦怀揣强国梦想:“百业待兴,创业召唤,要我们去遍尝闯荡事业的苦与乐!”正当他决心为我国甩掉贫油帽子大干一场时,突然接到调令,转到二机部九所改行从事核武器研制的工作。经福谦二话不说,几天后就卷起铺盖到北京报到。

在新的工作岗位上,经福谦与之打交道的对象从地震波转到了冲击波。当时国外只有少数几个研究机构从事此类研究,但由于保密原因,他们从未发表过有关的科研成果,在国内则属于尚待开辟的一块处女地。没有知识积累、没有技术储备,甚至连参考资料都少得可怜,科研工作堪称从“一穷二白”中起步。

在当时提出的“边干边学,干成学会”口号的鼓舞下,经福谦开始了艰难的探索过程。这时正值三年困难时期,清粥和小窝窝头在肠胃里打个转,就没了踪影。有些同事晚上早早地躺到床上,名曰“降低能耗”,但经福谦没有这样做。夜深人静,在昏暗的灯光下,他伴着肚子咕噜咕噜的叫声,全神贯注地看书、做笔记。参考资料只有一本苏联的《爆炸物理学》,被他视若珍宝。捧着这本书仔细读,把里面的概念和公式掰开了揉碎了分析,那本书没多久就被他翻得快散页了。同时,他利用有限的资源开展了大量的文献调研工作,根据蛛丝马迹查找资料,一点一滴地补充所缺乏的专业知识。通过自学掌握了相关知识后,他就在单位内组织讲座,指导各个课题组探索和建立不同的实验方法。他曾和同事们说过:“为什么总是说,苦学、苦思、苦练。因为学习、想问题、练功夫都是苦的。对一个问题三番五次搞不通,那个乏味,那个苦呀!但是你再坚持一下,弄通了问题,心里那个甜就不用提了,那是任何美味都比不上的,真所谓苦尽甘来呀!”

经过持之以恒的奋斗,经福谦与同事们协力开创了我国高压物态方程实验研究这一新的研究领域,建立了一套比较完整的实验设计和测量方法,而且培养了一批测试人员队伍,对核武器事业的起步发挥了重要作用。

原子弹攻关期间,针对爆轰实验中存在的实验数据和理论计算数据不相符的问题,经福谦指导课题小组成员不同时刻在模型的不同位置,采取多种测试方法来对比测试的结果,并进行了充分的讨论。在大量实验的基础上,经福谦发现根据当前所用声扰动传播范围确定边侧稀疏区是对边侧稀疏边界的一种高估。据此,他提出了“严重稀疏范围”概念,并在定量上得到了与实验基本符合的结果。


通过努力,经福谦不仅解决了测试技术上的难题,而且他提出的“严重稀疏范围”这一概念,改变了实验设计,减少了两轮大型实验,从时间上加快了我国第一颗原子弹研制的进程;而且在突破氢弹实验中,根据“严重稀疏范围”的概念,将几次实验结果进行比较,他给出了修正的不受干扰的一维结果,使氢弹研制也省掉了部分实验阶段,从而缩短了研制周期。

1964年10月16日,我国第一颗原子弹爆炸成功,经福谦热泪盈眶、激动万分。1982年“聚合爆轰人工热核反应研究”获得国家自然科学奖一等奖,手捧着金质奖章,经福谦百感交集。他说:“在这获奖名单的后面,还有百名以上直接参与但没有列上名单的青年科技工作者,他们是我们事业的无名英雄,我们应当永远记住他们,荣誉是永远属于这个集体的。”

“小分队”的崛起

在核武器研制任务中解决了一系列关键技术和获得了大量物理数据之后,经福谦的头脑里装进了一大批科学技术的新事物。对重要物理数据进行深入分析之后,他认为针对以高温、高压为主要特征的极端环境条件下,各种物质的物理、化学和力学性态开展研究,具有重要的研究意义和实用价值,于是他决心在我国开拓这一方面的研究,推动高压物理学科的发展。但是,当时国内投资很少,高压设备十分缺乏,高压研究队伍的规模很小。面对发展困境,经福谦利用各种机会积极号召:我们高压物理学科在国内是“少数民族”,我们要团结,我们要自强!

1978年,经福谦与著名物理学家何寿安积极联系国内多家单位,组织召开了首届全国高压学术讨论会,决定把全国的高压物理同行凝聚起来,共同推动我国高压物理学科的发展。经过一段时间的酝酿,在广大科学工作者的支持下,以何寿安和经福谦为首,于1983年组建了中国高压物理专业委员会,引导中国高压科学快速发展。

有了专业委员会这个“主心骨”后,经福谦又主张打造高压物理学科自己的“阵地”——出版学术刊物。他认为,学术刊物是传播从固有的学识里激发出的新思维,这种新思维越活跃、传播越广,以至达到标新立异的程度,才能独树一帜成为一门学科。他建议期刊的名称为《高压物理学报》。著名的原子分子物理学家芶清泉曾评价道:“有人提出要重视高压物理,研究高压物理,发展高压物理,这是学科发展认识上的一个突破。国际上有名的刊物叫《高压研究》(High Pressure Research),也未明言高压物理。因此创办《高压物理学报》是一个创举,促成这个创举,经福谦起到了重要作用。”当时国家经济很困难,科研经费极少,办学报的费用成了头号难题。经福谦毫不犹豫地决定,由他所在单位承包每年办刊费用。他着手组建了编辑室,设置了印刷车间。在他的鼓舞和带动下,期刊顺利出版,达到了较高的质量水准。发展至今的实践证明,《高压物理学报》为高压物理学工作者提供了一个学术交流园地,成了联结广大学者的纽带,也为年轻创新型科研人员的培养提供了一片沃土。


在多年研究积累的基础上,经福谦决定对本领域的成果进行系统性的再归纳,深入梳理透析这些成果所隐含的自然奥秘,为学科发展打造坚实的基石。经福谦开始着手撰写《实验物态方程导引》。在写作过程中,如何将概念表述得清楚明了,他反复琢磨;每一个公式,都要亲自重新推导一遍,确认无误。当时没有计算机,初稿是他亲笔写好,插图则是自己画的草图,然后再由打字员打成文字,插图由描图员做出来、贴上去。1986年科学出版社出版了该书的第一版,受到了广大科研人员的欢迎。美国圣地亚国家实验室的高级研究员Graham博士还专门申请了基金,将经福谦的专著《实验物态方程导引》全文翻译成英语。随后,为适应学科发展的需要,经福谦抓紧时间对第一版进行修改和补充,于1999年出版了该书的第二版。不少高等院校和科研机构的同行,都将此书作为必备的参考书,几年之内销售一空,经福谦所在的单位不得不用复印本发给学生。

经福谦曾在1984年写给友人的信中提到:“心齐了,再有点条件,是可以做出很漂亮的工作的。”为了创造促进高压物理学科发展的良好条件,打造强壮的科研梯队,经福谦数十年如一日地奔波忙碌。他向国防科学技术大学提出筹建轻气炮实验室的建议,还减免了本应由学校承担的轻气炮设计费用,并在安装调试阶段委派人员到校指导工作;对北京理工大学的学科建设现状、研究生培养、学科队伍成长建设等方面提供了许多很宝贵的建议,为学校的后继建设发挥了指导作用;在吉林大学超硬材料国家重点实验室筹建期间,给予了鼎力支持;应武汉理工大学聘请,在学校建立了高压物理实验室……

正是他的这种非常人般的执着、毅力与勤奋,使我国高压物理这支“小分队”茁壮地成长起来,学科发展呈现欣欣向荣的态势。

“更应具备领跑世界的勇气和决心”

经福谦常说:科学研究只有金牌没有银牌,必须注重创新性科学研究。实现这一目标的前提条件,就是要建立新的科研机制,加强开放共享、协同创新。

1986年,国家为了强化基础研究和预先研究,决定在全国成立若干专业重点实验室。这一信息给经福谦很大的启示和鼓舞。他认为这是我国科研体制改革和机制改革的创新,国防科研单位也应组建重点实验室,加强基础研究和预先研究,才能为主战场提供更好的科研资源和有力的支撑。他立即向国防科工委呈送立项建议书。

尽管这是国家意志的机制创新,但是当时许多人对它的意义、作用和运行细则等存在疑惑和争议,因此建立过程中难免阻碍重重。经福谦对于看准了的事情就执着推进,连续多次提交了建议报告,倡导建立新的科研体制,探索国防科技工业可持续发展道路。同时,经福谦亲自带队,多次走访了中国科技大学、中国科学院物理所等单位,对实验室的构成、课题来源、经费来源、运行机制、硬件和软件建设要求等等作了详细了解。经过广泛讨论和缜密思考,他编写了建设重点实验室的立项报告初稿。


1987年,经福谦赴北京向国防科工委汇报了调研结果,强调了成立重点实验室的意义,得到了大力支持。经过各方的努力,我国第一个国家级国防领域的重点实验室于1991年成立。实验室以“加强国防科技基础性研究,培养高水平科技队伍”为宗旨,实施“开放、流动、联合”的运行机制,大力加强相关基础研究和与之配套的科研试验条件建设,聚焦优秀人才、改革科研体制,加强应用基础研究和部分探索性比较强的应用研究。

在经福谦的大力推动下,重点实验室逐步建成了性能比较配套的高压加载设备,配有较为齐全的测量仪器和诊断设备,围绕高压物态方程及高温高压物性研究、高压本构关系与动态破坏研究等方面开展了系列研究。为了进一步调动学术带头人和科研骨干在科研活动中的主动性与积极性,经福谦提出了学术领导人负责制的设想,即赋予学术领导人一定的职责和权利,促使其主动地、有计划地实现他对完成总体目标任务的安排和设想,有利于加强团队凝聚力。经过十多年的不懈努力,重点实验室在基础研究、核心关键技术攻关和完成国防重大科研任务三个方面,都取得了显著成绩。

进入21世纪,随着高压物理研究的逐步深入,科研工作者们逐步意识到,压力正开启一个全新的科学前沿——压缩科学,根据加载方式的不同,压缩科学可分为动态压缩科学与静态压缩科学。2009年,美国科学家们在“21世纪压缩科学的需求与挑战”研讨会总结报告(“玛丽计划”)中明确指出:动态压缩科学与静态压缩科学的有机结合是压缩科学发展面临的重大挑战,对国防安全、能源安全和科学前沿探索领域具有重要的意义。

其实,在美国人提出这一计划之前,经福谦就已经进行了深入的思索。凭借深厚的知识底蕴,经福谦敏锐地意识到,长期以来我国存在静态压缩科学和动态压缩科学“二元”独立发展格局,相互之间缺乏结合和交叉融合,这种格局不利于压缩科学体系化发展,不足以应对快速发展的物质前沿领域和不断拓展的国家安全领域涉及的多学科问题。

为了准确把握压缩科学体系化发展的难得机遇,早在2006年,经福谦在以动态压缩科学为主要研究方向的重点实验室率先提出了“三个转变”发展战略:从以动态压缩科学研究为主向动态、静态压缩科学相结合转变;从以宏观单一尺度研究为主向宏观—介观—微观多尺度研究转变;从以实验研究为主向实验、理论、数值模拟相结合转变。这一发展战略与美国于2009年提出的压缩科学发展规划高度契合。

根据“三大转变”发展战略,重点实验室积极探索创新运行管理思路,秉持“开放共享、协同创新”的理念,对人才队伍、能力平台、重大科研项目等方面进行了系统规划。通过数年的探索和实践,形成了“创新性基础研究—核心关键技术—重大国防科研”三者结合为重点的发展模式,取得了良好成效,并带动实验室学科布局、队伍建设、能力提升、开放融合、体制创新的全面推进,为压缩科学体系化建设奠定了坚实的基础。


2011年秋,中国工程物理研究院召开院士会议,探讨压缩科学的发展趋势和前景。经福谦把握各种机会,和与会的院士们进行了深入探讨,强调引进国际顶尖科技精英,大力发展静态压缩科学,将与中国工程物理研究院动态压缩科学形成优势互补,构筑完整的压缩科学体系,有望在中国形成世界压缩科学的研究中心,引领21世纪世界压缩科学的发展。他的提议得到了与会院士们的高度认可。

随后,中国工程物理研究院制定了一系列政策措施,2014年正式明确压缩科学方向为院战略科技方向,并成立了压缩科学研究中心,借助技术、学科、人才和资源等综合优势积极联合国内相关单位,逐步推进静态压缩科学、动态压缩科学和压缩科学理论紧密结合的压缩科学体系发展。

经福谦曾语重心长地说:“中国的压缩科学发展到今天,我们不仅要有赶超国际一流的信心,更应具备领跑世界的勇气和决心。”为了实现这一目标,他的学生与同事从他的手中接过了接力棒,为推动中国压缩科学的蓬勃发展而不懈努力。

品格的力量

经福谦认为,科学家应该具有高贵的科学品质。他最喜欢的是英国人塞缪尔·斯迈尔斯的著作《品格的力量》,这本书自问世以来畅销全球百余年而不衰,被誉为“人格修炼的圣经”。

在所有品格中,他最重视的是爱国主义精神。少年时代,抗日战争炮火中的颠沛流离,在他的心里逐渐埋下了救国的种子——革命能够令一个民族站起来,然而真正的强大还是要靠科学和发展!

为了这个目标,经福谦奋斗不息、勤耕不止。纵然在“文革”中饱受摧残,从牛棚里出来之后他就立刻投入了工作。妻子为了他的身体着想,背着他办理了调动到天津大学的事宜。得悉之后,经福谦的回答是:“我放不下这份事业,我要继续从事科研。”明白了他的心意后,妻子绝口不提调动之事。在随后的工作中,无论遭遇怎样的挫折与困难,都无法阻挡他前进的脚步。

经福谦在数十年的科研生涯中累积而成深邃的知识底蕴和在研究中“穷追猛打”的精神,令很多同行为之折服。在某次学术会议上,突然停电,在一片漆黑的会场中,经福谦依然侃侃而谈,展现出几近炉火纯青的掌控能力。曾有人随意和他说起有关冲击绝热线绝对测量的一个新的想法,没想到不久后收到他的一封长信,光是公式推导,就写了好几页,经福谦对这一想法作了深入详细的分析,一针见血地指出了存在的问题,并提出了很有价值的建议,令人赞叹不已。


作为学术上的“大家”,经福谦留给同事和学生们最深刻的印象就是谦和。在学术交流中,每次阐述完自己的观点,经福谦总会问一句:“我讲清楚了吗?”对于尚存疑虑者,他会不厌其烦地仔细讲解。在很多公开场合,对于某些跨学科的知识,他会坦然承认:“我不懂”,然后虚心请教,毫无架子。对待学生们,他总是耐心从容,纵然学生向他请教很浅显的问题,也没有丝毫不耐烦之意。

虽年至耄耋,经福谦仍为推动学科发展尽心竭力。在写给友人的信中,他坦露了心迹:“我已老了,但无论如何,从内心讲,还是在做‘鞠躬尽瘁,死而后已’的事。”

2012年4月,在上海参加研讨会时,经福谦倒在了他最热爱的高压物理工作的岗位上,赤诚践行了这一生的诺言。

(作者单位:中国工程物理研究院流体物理研究所)

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经福谦(左一)在实验室指导工作。

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经福谦(右一)在试验场的宿舍里认真学习。


经福谦采访摘录

记者:

在工作过程中,您是如何用创新的理念来指导实践的?对于科技的自主创新和发展,您有怎样的见解?

经福谦:

对于创新的理解,我认为首先要具备质疑精神。质疑是对过去的科学发现和技术成果的质疑,其目的是取得新的科学发现和技术突破。但质疑又必须是理性的,不能采取否定一切的态度,一般情况下要处理好继承和发展的关系。质疑之后还要经过小心求证和精心研究,方能达到“掌握前人积累的科技成果,扬弃旧义,创立新知”的目的。当然,这种质疑也包括对自己过去的质疑,即否定自己的不足和错误,这自然需要勇气。对于这一点,李开复说得,国外学者非常勇于承认错误,如果认为别人正确会接受。目前工作在我国专业特色强且具有国家垄断性科研院所中的科技人员和技术领导,更应对此有清醒的自觉性。这么做,也会给自己造成“痛苦”和“难堪”;但是如果不这么做,他就会变成阻碍自己进步的拦路虎。我们必须面对当今世界科技的高峰,尽量做好自己的工作。

为了做好质疑、求证和研究工作,对于科技人员的素质讲,应该具有扎实的基础知识和应用知识解决问题的能力,具有建立在大量文献调研和广泛学术交流基础上的广阔的学术视野,具有在勤奋基础上深刻领悟和冷静思考的能力,以及具有从交叉学科中引进新的思想、方法和技术的慧识,能为本学科发展注入新的活力的能力。

从另一方面看,创新工作往往需要积累,没有长期的连续性工作是很难突破的。之所以需要长期的连续性工作,是因为获取真知过程中会遇到许多困难和曲折。因为失败的机遇远比成功的机遇多,许多次失败才能换取一次成功,故必须持续地全身心地投入,甚至贡献自己的一生,才能到达成功的彼岸。因此,对于立志从事创新研究的人,还必须具有“甘于寂寞、热爱科学”的人文素质,才能实现自我价值的追求。这方面的另一类素质要求,是要有“团队精神”,即要尊重合作者的劳动,在利益面前有谦让精神,须知在当今的科学研究中往往需要以“大兵团”作战的方式进行。

(2007年,经福谦接受《科学中国人》杂志社访问,苏丹撰写。)

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