【我们兰大人】三代兰大人,扎根物理情——他们有个共同的身份叫“段学派”

日期: 2022-09-13 阅读: 来源: 关键词:

在兰州大学,曾经有一位著名的理论物理学家和物理教育家,叫段一士。他是兰大理论物理专业的奠基人,在他身体力行的影响之下,形成了“三代兰大人,扎根物理情”的佳话。

三代理论物理人的传承

“山沟沟里竟然还可以做规范场理论!”“妙!妙!妙极了!”

这句话出自诺贝尔奖获得者、著名理论物理学家杨振宁。1977年夏天,杨先生专程来兰州大学访问了解段一士的科研工作。听完段一士的汇报后,杨先生对其给予极大肯定:“你们不容易,有些工作水平较高,世界水平,在国外也拿得出来。”

图/段一士手稿展示

在杨先生等同行的肯定和鼓励之下,段一士终生都在他钟爱的理论物理世界遨游,并将这种精神一点点传承给自己的弟子。

研究生期间获第三届中国青少年科技创新奖的刘玉孝就是其中一位。

“做研究一定要以兴趣为导向,做有特色的创新研究。”“不要怕做冷门的研究,不要放弃原来的研究方向,但要开启新的方向。”这是段一士对刘玉孝的教导。刘玉孝从2003年起跟随段一士学习,现任兰州大学物理学院二级教授、博士生导师,2008年入选教育部新世纪优秀人才支持计划,2015年获国家优秀青年基金资助,2020年入选国家级人才。

“有一天,段先生找我讨论问题,在黑板上写下了一个公式。”这个公式开启了刘玉孝后来的研究方向——额外维。当时刘玉孝并不清楚如何运用这个公式。“就像婴儿一样,什么都不懂,只能慢慢摸索”。额外维方向对刘玉孝来说是全新的,对段先生也是。师徒二人像一对开荒者,从零开始,不断拓宽额外维的知识图谱。“段老师把当时最前沿最重要的文献收集起来,边整理边给我们讲课,最终形成了《额外维》讲义。”段先生就这样用数十年的时间在给学生授课的基础上整理了二十几门课程的讲义。

图/刘玉孝所在团队合影

刘玉孝受教于段一士,又将段一士的精神传承给了自己的弟子。获得“宝钢教育奖学金”“兰州大学中国科学院奖学金”“首届甘肃省优秀博士学位论文”的魏少文就是其中一位。魏少文毕业后也同样留在了兰州大学,目前任物理学院三级教授、博士生导师,2021年入选国家级青年人才。

“最开始跟着刘玉孝老师做W弦理论方向,后来对黑洞方面比较感兴趣,尽管刘老师当时不做这个领域,却十分鼓励我在这个新方向上尝试。”在刘玉孝的鼓励下,魏少文不断查阅文献,从最简单问题入手,逐渐在这方面获得了一些研究成果。

图/魏少文关于黑洞理论演讲

让魏少文想不到的是,黑洞理论研究会用到十几年前在段先生那里学到的φ-映射拓扑流理论。“硕士研究期间要选定一个研究领域,我选择了φ-映射拓扑流理论。当时只是简单的应用,没想到十多年后,这个理论帮我解决了黑洞研究中的一些问题。”

从段一士到刘玉孝,再到魏少文,正是老一代的鼓励和帮助,成就了新一代的创新与发展。

做国家需要的研究

理论物理虽然属于基础学科,但只要国家有需要,一定要积极去做。这是段一士始终坚持的理念,也是三代兰大理论物理人学术历程中一个不变的主题。

上世纪六七十年代,我国国防军事处于建设初期。1969年,苏联边防军侵入珍宝岛,我军在自卫反击战中,出现了火箭弹击打失败的情况。原因在于我国的火箭弹都是接触引信,然而苏联坦克的装甲是一个斜面,我军的火箭弹一接触就会发生跳弹,无法爆炸。

面对此情此景,段一士首先想着能为国家做些什么。他凭借自己在理论物理方面的基础,开始设计非接触式引信,并进行了大量理论计算。然后,他买来晶体管、锡箔纸、小灯泡等材料,在家中做实验。实验可行后便申请并正式开展国家的军工项目研究。

图/段一士留影

后来,段一士在兰州大学物理系成立了技术革新组,研究并领导完成了反坦克火箭非接触引信军工项目。这一项目最后达到了百分之百的命中率,解决了当时国家的迫切需求。1979年,“反坦克火箭电子引信”获国防科研重大成果奖。

刘玉孝及其弟子始终牢记段一士这一代人“为国做科研”的精神。

2016年2月,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布,在2015年9月14日人类首次直接探测到了引力波,这无疑是物理学史上一个重要的里程碑。除了在地面开展引力波探测外,还有空间引力波探测计划,包括欧美的LISA计划和中国的太极计划与天琴计划。我国的空间引力波探测计划将在2030年至2034年间发射由三颗卫星编队构成的太阳轨道引力波探测星座,用深空激光干涉方法和无拖曳控制等技术手段进行中低频波段引力波的直接探测。从我国长远发展而言,引力波是探索宇宙的全新窗口,更是我国发展基础科学的重要机遇。

图/刘玉孝工作照片

面对新时代的国家战略需求,2017年,刘玉孝牵头成立了兰州大学引力研究中心,并与中国科学院理论物理研究所、兰州空间技术物理研究所和国科大杭州高等研究院等单位开展合作,积极投身于我国的空间引力波探测计划。目前,刘玉孝带领团队承担国家重点研发计划“引力波探测”重点专项课题“银河系内致密双星系统的引力波模板和信号识别研究”,参与“引力理论检验和引力本质研究”等课题,以实际行动继续传承兰大物理人“做国家需要的研究”的优良传统。

言传身教,代代相传

在很多人眼里,理论物理是抽象的、艰涩的。如何培养学生兴趣,鼓励学生创新,是每一位理论物理老师面临的共同问题。

段一士十分注重对研究生的培养。“学生们非常喜欢听段老师的课,段老师总是化难为易、言简意赅、一语道破。”刘玉孝这样说道。段一士从教期间,几乎每学期都会亲自讲授一门理论物理有关的前沿课程。《额外维理论》《超弦和超对称》《复流形理论》《拓扑场论》《广义相对论与引力规范理论》等课程屡屡成为物理学院“最受欢迎的课程”。学好这些前沿课程后,学生们很容易开展前沿科研工作。段一士白天忙完教学和行政方面的工作后,晚上继续与学生讨论科研中的问题,每人一到两个小时,经常讨论到深夜一两点。去世前,他在一张纸条上写道:“我这一生问心无愧,因为我这一辈子都奉献给了祖国的科学和教育事业,奉献给了我的研究生们!”

图/段一士授课留影

教学科研十分严谨,但日常生活必须有趣,这是段一士学生们的一个深刻印象。段一士经常组织学生们聚餐,“三八妇女节,四一愚人节,五一劳动节,六一儿童节等等,每个月他都会找到理由让我们聚一聚,品尝各种美食。”刘玉孝回忆道,“大家在一起会聊各种问题,从学术研究到生活中的方方面面。”因为段老师的亲自张罗,大家不知不觉就成为一个联系紧密的团队。有时,段一士还会带领大家练习八段锦,鼓励大家劳逸结合。

图/刘玉孝研究生期间团队合影(左一刘玉孝,右三段一士)

受段一士的影响,刘玉孝几乎白天晚上都在办公室,随时与学生讨论科研工作。为了加强学生的基本功,他花四个学期的时间给研究生详细地讲授一遍量子场论,并与学生一起学习和讨论广义相对论等课程。在科研工作之余,刘玉孝也经常组织自己的学生进行团建活动。他带学生去茶卡盐湖、青海湖、沙坡头、九寨沟、黄果树等景点感受祖国美好的自然风光,并和学生一起爬五泉山,到野外烧烤、打牌和聊天,开展各种户外活动,丰富学生的业余生活。在他的影响下,团队成员和谐相处,互帮互助,有着极强的团队认同感。

图/刘玉孝及其研究生团队合影

在外人看来,魏少文每天都在办公室工作,眼里只有黑洞。但了解他的人都知道,魏少文既关心国家大事,又关心同事和家人,虽然工作起来严肃认真,生活中却温厚和蔼,至情至性。

2019级理论物理博士生王慧敏是魏少文的学生,她在研二准备申请硕博连读时,魏少文正在加拿大滑铁卢大学访问,两地有着12小时的时差。在将近一年的时间里,魏少文通过网络悉心指导她的科研工作。魏少文不仅关注学生的学习和科研,也十分重视学生的生活、心理等方面。王慧敏记得,有一次她因个人原因心情不好,发了一条比较“丧”的朋友圈。魏少文看到之后赶忙给她打电话询问情况,耐心开导。帮助她度过一段时间的沮丧期。

正是这样的悉心指导、言传身教,让每一位兰大理论物理人都处在一个非常自由且融洽的环境中。大家积极讨论、互相帮助,以更加轻松的状态全身心投入科研,成为一个又一个兰大“段学派”的传承人。

(作者曹洁、马殿越为兰州大学新闻与传播学院2021级研究生;指导教师刘晓程为兰州大学新闻与传播学院教师)

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文:曹洁,马殿越
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编辑:刘烜均
责任编辑:彭倩

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