老一輩在年輕時怎麼出國留學的？

1 引言

清華大學物理系由中國著名物理學家、教育家葉企孫(1898—1977) 於1925 年創立。創系之後，葉企孫深知要建設一個高水平的物理系，必須有一批高水平的教授，於是在1928—1937 年間，他先後聘用吳有訓、薩本棟、周培源、趙忠堯、任之恭、霍秉權、孟昭英等國內知名物理學家擔任物理系教授。

第二次世界大戰以前，世界科學的中心在歐洲，身為清華大學理學院院長的葉企孫想輸送留學生去德國柏林、英國劍橋、法國巴黎等歐洲科學重鎮。當時留學的最佳渠道是根據「庚子賠款」出國，葉企孫和清華大學校長梅貽琦(1889—1962)長期主持招收留美公費生工作，物理學公費留學由葉企孫負責。1942 年葉企孫又被國民政府教育部聘為「留英公費生考選委員」。由於葉企孫運籌帷幄和高瞻遠矚的安排，使眾多學生能用「庚子賠款」的經費赴歐美留學。

在選擇這些考取庚款的留學生時，葉企孫也有自己的考慮：根據中國的長遠發展和近期的急需來確定留學生的專業和名額數，出國留學的導師則選擇國際科學前沿的頂尖學者，這樣能使我國留學生的發展方向正確並且較快地達到世界領先水平。

當然，這樣的遠見在執行過程中會遇到諸多困難，其中為留學生選擇國際頂尖學者作為導師的想法實施起來最為困難。周培源和吳有訓這樣有留學背景的物理系教授就成為連接留學生和國際頂尖科學家之間的橋樑，他們通過自己在外國學習和科研過程中建立的廣泛人際關係，為派遣留學生計劃打開了一扇大門，先後成功派遣了王竹溪、張宗燧、胡寧、彭桓武等一批後來成為著名物理學家的年輕學者前往歐洲跟隨國際物理學頂尖學者學習。

本文就從我國熱力學統計物理研究的開拓者——王竹溪留學英國的始末，來看葉企孫、周培源等人對出國留學的中國物理學家的高瞻遠矚及細緻安排。

文 | 尹曉冬 段菲菲

2 清華大學周培源和王竹溪

周培源(1902—1993)， 中國著名物理學家、教育家和社會活動家。1919 年考入清華學校(清華大學前身)，1924 年赴美留學，先後於1926 年和1928 年取得美國芝加哥大學學士、碩士學位和加利福尼亞理工學院博士學位。1928 年，周培源又前往美國哈佛大學、普林斯頓大學和康奈爾大學做短期訪問學習。1929 年清華大學的第一任校長羅家倫聘請其擔任清華大學物理系教授。

王竹溪(1911—1983)， 中國著名理論物理學家。1929 年考入清華大學物理系，1933 年取得學士學位後考入清華大學研究院，於1935 年取得碩士學位，同年考取「庚子賠款」留學英國劍橋大學，師從福勒(R. H. Fowler， 1889-1944) 教授，1938 年獲得博士學位後學成歸國，受聘擔任西南聯大清華大學物理系教授。

2.1 周培源眼中的王竹溪

王竹溪進入清華大學學習時，周培源已經是清華大學物理系教授，在本科階段王竹溪的主要理論課都是跟周培源教授學習的。周培源很快發現王竹溪讀書勤奮，善於思考，學習態度嚴肅認真，能深入理解物理概念並具有數學計算的特殊才能。在周培源講授的理論力學課上，對難度比較大的一些習題，王竹溪總是很快就能抓注習題的主旨，解算出它們的答案。王竹溪的能力，引起了周培源的極大注意，所以在教學過程中遇到一些問題，他們就常常一起商討。周培源還發現，王竹溪不僅對理論物理具有極大的興趣，對物理實驗也同樣重視。為了做好證明地球自轉運動的傅科(Foucault)擺實驗，他耐心地重複了許多次，直到取得滿意的結果才罷手。

所以在周培源眼中王竹溪是個非常優秀的學生，他在數學和物理方面過人的天賦、紮實的理論功底和認真嚴謹的治學態度，都讓周培源和物理系其他教師看在眼裡。1933 年王竹溪本科畢業考入清華研究院後，開始跟隨比他年長9 歲的周培源研究湍流，成為了周培源最早和最得意的學生之一。

2.2 湍流理論與赴英計劃

1938 年周培源的研究方向從相對論和量子力學正式轉向湍流，所以在他指導王竹溪做湍流方向的研究時，自己也還處於一種探索的狀態，他們基本上是同一時期進入這個領域的。

在此後的時間裡，他們一起研究和討論，使王竹溪得到了更多的研究經驗。同時王竹溪沒有讓周培源失望，在研究生階段表現很出色，短短几個月內，他就完成了一項流體力學的湍流理論研究工作，並且把研究成果寫成論文《旋轉體後之湍流尾流》，於次年發表在《清華大學理科學報》上，他在論文的結尾說：「我的老師周培源教授建議我做這個問題，並在研究期間給予指導，對此我表示由衷的感謝。」可見在跟隨周培源的這段時間裡，王竹溪的確受益良多，使自己的能力得到了顯著提升。這篇論文不僅充分體現了王竹溪的科研水平，還成為王竹溪留學劍橋的敲門磚。

1934 年夏天，王竹溪考取了第二屆「中美庚款」，準備在研究生畢業後赴美國留學。此時劍橋大學的一位流體力學家對王竹溪發表的《旋轉體後之湍流尾流》這篇論文進行了審查，給予「有水平」的評價。於是，王竹溪的留學機會就從留美轉為留英，具體落實到了劍橋大學，在劍橋大學期間，他開始了統計物理學的學習和研究。

3 狄拉克訪華成為契機

3.1 狄拉克和福勒

周培源在國外留學時就與國際著名物理學家狄拉克(P. Dirac，1902—1984)相識。1928 年秋，他赴德國萊比錫， 在海森伯(Werner Heisenberg， 1901—1976) 教授領導下從事量子力學的研究。1929 年4月，周培源由海森伯推薦，參加了由尼耳斯·玻爾(Bohr Niels Henrik David，1885—1962)召集的哥本哈根年會。這是中國人首次訪問玻爾研究所，會議第一天上午，尼耳斯·玻爾致歡迎詞，包括周培源在內的6 名首次訪問哥本哈根理論物理研究所的國外學者，同其他24 名學者一起，就自己最感興趣的有關課題，進行了簡短的報告，此次參會的就有狄拉克。

當時年僅27 歲的狄拉克由於在量子理論方面出色的工作聲名鵲起， 在劍橋奠定了專家的地位。1930 年2 月，他當選英國皇家學會會員(FRS)。1933 年，他因創立有效的、新形式的原子理論而獲得當年的諾貝爾物理學獎，他發展了量子力學，提出了著名的狄拉克方程，並且從理論上預言了正電子的存在。

狄拉克的博士導師福勒(Ralph Howard Fowler， 1889-1944) 是劍橋數學物理的領航人，理論物理與實驗物理的中間人, 量子理論的傳播者，作為盧瑟福的女婿，他還是卡文迪許實驗室的理論家和實驗家聯繫的唯一紐帶。是福勒帶領狄拉克走入量子力學領域。

1925 年7月28 日，海森伯到劍橋卡皮查俱樂部作題為《光譜項動物學和塞曼植物學》的報告，內容就是那時玻爾和索末菲「舊」量子理論框架中的光譜學理論。當時狄拉克不在劍橋，因此錯過聆聽海森伯的報告。不過，不久之後福勒收到了海森伯新論文的校樣，文中海森伯用全新的方法推導出光譜規則，福勒看過後寄給狄拉克，並要求他仔細研讀這篇論文。當時狄拉克致力於對玻爾—索末菲的理論研究，計劃將原子理論建立在經典力學中一直使用的哈密頓方法之上。狄拉克看到這篇論文後，意識到海森伯開創了一個革命性的方法，也把他帶到新量子理論的廣闊領域中。

3.2 周培源等促成狄拉克訪華

1935 年5 月7 日，周培源和吳有訓(1897—1977)得知狄拉克將要訪問日本，於是兩人以清華大學名義向狄拉克發出邀請，希望他能在結束對日本的訪問之後到訪北平。周培源和吳有訓通過西部聯盟公司給狄拉克發了電報，內容如下：

親愛的狄拉克教授：

我們從王守競博士那裡得知您將從西伯利亞返回英國。我們真誠地希望您能在完成日本的巡迴演講後，停留兩周左右時間，訪問北平。

在過去的五百年，北平一直是中國文化的中心。但是在它古老的文明背後，您將發現近些年現代物理研究的迅速發展。現階段我們特別希望有像您這樣的外國學者來訪問。因為您的到來，將在研究中給予我們信心和靈感。

如果您能抽時間到中國來，請告訴我們您到達的大概日期。在您到達東京之後我們將和您溝通進一步的細節。清華大學將提供您的住所和差旅費用， 並陪伴您瀏覽這座古都的美麗風景。

我們的暑假將於六月末開始，但我們大多數人七月都會在北平。

此致

敬禮

保持聯繫。

您真誠的

吳有訓 周培源

1935年5月7日

狄拉克接受清華大學邀請的電報

狄拉克1935 年夏天赴匈牙利、日本、中國和蘇聯訪問與旅行。他於1935 年7 月13 日—19 日訪華(關於狄拉克具體是7 月13 日還是14日到達北平，目前研究還未確定)。狄拉克7 月15 日在清華大學科學館演講，16 日參加了中國物理學會為其準備的歡迎會，17 日晚上在北平研究院物理研究所演講，18 日遊覽西山，19 日遊覽長城，19 日晚上離開北平赴哈爾濱，經哈爾濱去蘇聯。狄拉克的中國之行是純粹學術上的訪問，主要是來華傳授他的電子理論，在清華大學科學館做了兩次學術演講。

3.3 狄拉克訪華期間王竹溪的表現

狄拉克來華講學不僅促進了電子理論在中國的發展，也促成了王竹溪赴英國留學一事。在狄拉克來華之前，就已經知道王竹溪其人和他想要前往劍橋留學的事情了，但是並沒有見過王竹溪本人。直到1937 年7 月，王竹溪有了與狄拉克見面和直接交流的機會，那麼王竹溪給狄拉克留下了什麼印象呢？

在狄拉克來華之前，王竹溪已認真讀過狄拉克發表的一系列論文，在了解和熟悉他工作的基礎上，王竹溪為狄拉克的演講擔任記錄員就更加得心應手，遊刃有餘。7月15 日和7 月17 日狄拉克在清華大學科學館學術演講的題目分別為《陰電子之理論》和《陽電子之理論》，王竹溪作了詳細的記錄。不僅如此，王竹溪還於19 日陪同狄拉克遊覽了長城，給狄拉克留下了很好的印象。

機會總是留給有準備的人，正是王竹溪在與狄拉克接觸和交流時表現優異，讓狄拉克看到了他身上閃耀的才華和科研潛力，為王竹溪赴劍橋大學留學和之後與狄拉克的友好交往奠定了堅實的基礎。

在這個關鍵時刻結識狄拉克，成為改變王竹溪學習和科研方向的重要轉折點，狄拉克看到了王竹溪的數學天賦與風格，也看出王竹溪更適合做統計物理這樣有冗長、複雜的計算而需要的耐心和細緻的工作，所以王竹溪留學英國學習統計物理。

狄拉克這樣的國際物理大師來華訪問講學，不僅讓中國物理學界更加接近世界物理前沿，掀起了中國物理學家研究和討論世界物理前沿問題的高潮，更為許多年輕學者開闊了眼界，提供了學習機會，促成了中西方的科學交流。

4 周培源派王竹溪赴英的三封信

葉企孫、吳有訓、周培源等老一代物理學家為國家整體科學發展做長遠計劃，指引並鼓勵報考庚款學生選擇那些空白或薄弱學科赴國外深造，在氣象學、彈道學、光學機械、無線電等領域都安排有物理系的學生，這些學生回國後各自成為其學科的拓荒者和奠基人。

周培源、吳有訓等人不僅在專業選擇和導師選擇等問題上用心良苦，精心安排，而且在國際範圍內竭力讓中國物理學生與國際著名物理學家建立聯繫。其中他們早期的留學背景發揮了重要作用。王竹溪赴英國劍橋大學留學就典型地體現了周培源等人個人廣泛的人際交往所起的重要作用。從筆者新發現的1935 年周培源和狄拉克的通信，以及王守競與狄拉克的通信可以釐清周培源安排王竹溪赴英國留學這一歷史事件的始末。

4.1 王守競的推薦

1934 年王竹溪考取了第二屆「中美庚款」後，為他選擇今後的研究方向和導師成為當務之急，那麼他是如何確定前往英國劍橋大學留學，並跟從福勒教授的呢？這裡首先要提到一個在其中起重要作用的人，就是遠在美國的物理學家王守競。

王守競(1904—1984)， 量子物理學家。1924 年清華大學畢業後赴美留學，獲康奈爾大學物理系碩士學位。同年秋，轉入哈佛大學研究歐洲文學，隨後獲哈佛大學文學碩士。1926 年夏，轉入哥倫比亞大學繼續攻讀物理，1928 年獲哥倫比亞大學哲學博士學位。攻讀博士學位期間，王守競刻苦鑽研，在量子力學方面取得很大成就，他的多原子分子非對稱轉動譜能級公式被後人稱為「王氏公式」，是中國最早也是世界公認的卓越的量子力學家。

王守競在美國留學時積极參加科學交流活動，包括1927 年11 月25—26 日在美國伊利諾斯州的芝加哥瑞爾森大學實驗室舉行的美國物理學會第147 次會議。他在從事量子力學的研究中認識了眾多歐洲的物理學家，包括結識狄拉克教授，他倆在1929 年以前就已經相識。1929 年3 月，王守競在芝加哥大學給在哥倫比亞大學的同學拉比(I. I. Rabi)寫信：「我收到我的朋友周培源的信，他告訴我他在萊比錫與你相遇。你覺得他怎麼樣？你什麼時候回來？幾個星期後狄拉克要來，海森伯將參加芝加哥會議。我期待這個夏天在他的指導下學習。」

1935 年3 月24 日，王守競致信狄拉克，內容如下：

親愛的狄拉克教授：

自從我在威斯康辛州見到您已經過去五年了，我希望您仍然能夠記得我。去年我因為一項工程任務已經離開了中國，我現在在新澤西的一個小城鎮。

我預計在這兒就待幾周，然後我將去柏林。在這幾周我可能計划去訪問普林斯頓，如果不行的話，我希望能在英國或者歐洲見到您。

我想告訴您關於我的好朋友的一點兒事，周培源是我的同班同學，他師從貝特曼，在加利福尼亞理工學院獲得博士學位，又跟隨泡利教授在蘇黎世大概學習了一年，現在是北平清華大學的理論物理教授，清華大學基本上是我們國家最好的大學。他的一個學生王竹溪(C.C.Wang)，用了一年半的時間就獲得了學士學位，並且已經和周培源做了一些理論物理方面的研究，現在獲得了去英國留學的獎學金。他在清華學報上發表了一篇關於普朗特的邊界層理論的文章。王竹溪非常想去劍橋大學，如果可能的話他想在您手下做研究生(我認為他想取得博士學位)。我能夠向您保證的是，他這些年在清華大學研究院學習到的才能足以達到美國大學的平均水平，比如說耶魯大學或者是約翰霍普金斯大學在理論物理方面的水平。我非常希望您能夠考慮一下這件事，並且在王先生到達劍橋大學後給他一個試用

的機會。

我想告訴您稍微多一些關於我一直在做的事情，但是情況非常複雜，以致於只有我在閑暇之時見到您才能解釋。我期望今年剩餘的時間都能待在柏林，這樣又能做些與物理學有關的事了。我將作為技術支持與中國駐德國公使館商務專員辦公室保持聯絡。送上我包括五年來記憶的熱忱的問候。

您真誠的

王守競

1935年3月24日

這封信的目的有兩個：一是王守競想在普林斯頓或是歐洲與狄拉克見面；二是將周培源和王竹溪介紹給狄拉克，並且希望狄拉克能給王竹溪一個機會去劍橋跟隨他學習。

王守競和周培源是清華同班同學，之後又同年一起赴美留學，所以關係很好，可見應該是周培源讓王守競將自己和王竹溪介紹給狄拉克的。

從這封信件中也可以看出，周培源之所以要通過王守競這層關係認識狄拉克，是因為王竹溪想要去劍橋留學跟隨狄拉克做研究；而且王竹溪首先想跟隨的導師是狄拉克，並非他最後選擇的福勒教授。

王竹溪之所以想跟隨狄拉克的原因可能是：王竹溪精通英語、德語、法語等多種語言，而且他學習量子力學的方法就是閱讀創立量子力學的原始論文，他看過狄拉克1928 年發表的建立電子相對論性波動方程的論文，並且留下了很深的印象。所以王竹溪既欣賞也熟悉狄拉克所做的研究和工作，想在出國留學期間跟隨狄拉克進行學習和研究。

4.2 更換導師——從狄拉克到福勒

通過王守競的介紹，狄拉克知道了周培源和王竹溪，所以接下來具體留學的計劃和安排都是由周培源親自與狄拉克商討的。一個月以後(1935年4 月)，周培源給狄拉克寫了一封簡短的信件，內容如下：

親愛的狄拉克教授：

王竹溪希望在即將到來的秋天進入劍橋大學，謝謝您給他提供的信息和建議。我已經寫信告訴福勒教授這件事情，並且請他擔任導師以及安排王先生留在劍橋大學。

您真誠的

周培源

1935年4月22日

這封信雖然很簡短，但是卻給我們帶來了很多的新信息。首先可以看出，在周培源的這封信和王守競寫給狄拉克的信件中，他們和狄拉克有過交流，並且在交流的過程中狄拉克給予王竹溪一些信息和建議。因為信件中已經提到了請福勒教授而並不是之前決定的狄拉克本人擔任王竹溪在劍橋大學的導師，可以推測他們的交流中主要是商議和確定王竹溪前往劍橋大學後的導師問題。

事實上，狄拉克本人生性孤獨並沉默寡言，內心非常獨立，喜歡獨自工作，很少與別人合作。他在劍橋對物理學的興趣是在基礎研究，而不是講授物理，他只把相對較少的精力放在教學上，所以他不擔任王竹溪導師是完全合乎情理的。

狄拉克很可能是在了解王竹溪的基本情況以後，認為他更適合從事熱力學統計物理的研究，所以將他推薦給自己的老師——在統計力學方面頗有建樹的福勒教授。周培源和王竹溪也同意了狄拉克的建議，隨即聯絡了福勒教授，請他擔任王竹溪的導師並且安排王竹溪留在劍橋大學。

4.3 改了名字的王竹溪將赴劍橋

隨後狄拉克1935 年7 月份訪問北平，見過周培源和王竹溪之後，周培源於8 月又給他寫了一封信，內容如下：

親愛的狄拉克教授：

我們很高興得知您沒有錯過您預訂的離開哈爾濱的火車。既然您很幸運地在北平度過的這幾天天氣都很好，那麼這份幸運也將跟隨您讓您享受到很好的火車服務。

王先生將在這個月底前往歐洲，根據教育部最近的校準，他的全名王治淇(Chu chi Wang)已經變成了王竹溪(Wang jwu shi)(筆者註：王竹溪，名治淇，號竹溪)。我希望在他到達英國後，您能給他所有的幫助，讓他進入劍橋大學。

我們非常感激您能在北平停留。希望您能收到我們遊覽長城期間我拍的照片。吳先生已經將攝影師給您拍的其他照片寄給您了。

此致

敬禮！

您真誠的

周培源

1935年8月21日

這封信主要是對狄拉克訪問北平的致謝，並將遊覽長城期間的照片寄給他。同時告知了王竹溪的出發時間和校準後的全名等基本信息，並且再次拜託狄拉克能夠幫助王竹溪順利地進入劍橋大學。

王竹溪1935 年8 月從北平出發經過蘇聯到達英國劍橋，在劍橋大學菲茨威廉姆學院(Fitzwilliam House)註冊，師從福勒教授。

至此，通過新發現的幾封王守競、周培源與狄拉克的信件往來，能清晰地看出周培源促成王竹溪前往劍橋大學學習的全過程。無論是將王竹溪介紹給狄拉克，還是為王竹溪選擇導師以及安排其進入劍橋大學學習，周培源都為王竹溪作了詳細的計劃和安排，也正是由於周培源的努力，才使得王竹溪能夠成功地前往劍橋大學學習統計物理學，並且成為了中國在這一領域中的開拓者。

5 周培源對其他留學生的安排

在派遣清華大學物理系的學生出國留學的過程中，物理系教授吳有訓、周培源對留學生作了詳細的規劃和妥善的安排，王竹溪成功赴劍橋大學學習，並最終獲得博士學位只是其中一個成功的典型。除此之外周培源還成功促成了胡寧和彭桓武出國留學的計劃。

胡寧，著名理論物理學家，清華大學物理系畢業後擔任物理系助教。1941 考取清華大學第五屆赴美留學公費生，前往美國加州理工學院物理系學習， 先後在馮·卡門(Von Karman， 1881—1963) 和埃普斯坦(P. S. Epstein) 指導下從事研究，1943 年底獲得了博士學位。

在胡寧留學的過程中，周培源也起到了重要的作用，而且是周培源有意把胡寧安排到他的母校加州理工學院深造的。周培源在1924 年赴美留學時，先在芝加哥大學完成本科和碩士學業，然後於1928 年在加州理工學院獲得博士學位。密立根時代的加州理工學院物理系，理論物理不是強項。直到20 世紀50 年代，先後聘請到費曼(R. Feynman，1918—1988)和蓋爾曼(M. Gell-mann)這兩位「超級明星」，加州理工學院方才在理論物理的領域上大放異彩。周培源正是看中這個時期的加州理工學院在理論物理方面的優勢，才安排胡寧在加州理工學院就讀。當時馮·卡門手下還有另外幾名來自中國的學生，其中的郭永懷、林家翹和胡寧一樣在西南聯大時是周培源的助教。

彭桓武，著名理論物理學家，1935 年畢業於清華大學物理系，之後在清華大學研究院讀研究生時，周培源給他的研究方向是關於宇宙紅移和距離的關係。周培源安排好彭桓武的研究課題後，就去美國參加愛因斯坦主持的討論班。

不久，周培源從美國回到昆明，師生相見時彭桓武很內疚地對導師說：「先生，我沒有做完您布置的論文。」導師很理解學生的艱辛，沒有責怪他。當時彭桓武正在積累資料，加之日軍炮火的干擾，他完成論文十分困難，他準備到最後再寫論文。與此同時，周培源在昆明指導彭桓武考取了「英庚款」理論物理專業留學生，他當時考取的是劍橋大學物理系。1938 年臨走時周培源建議他：「你去愛丁堡大學吧，那裡有馬克斯·玻恩。」彭桓武聽從了周培源的建議和安排，投到物理大師玻恩(M. Born，1882—1970)門下，成為玻恩的第一位中國弟子。

6 結束語

豐富的留學經驗在清華大學派遣留學生出國留學的過程中起到了重要的作用，王竹溪就是其中的受益者之一。王竹溪、胡寧、彭桓武等都是在葉企孫、吳有訓、周培源等人的統籌計劃和精心安排下出國留學，而且他們在選擇導師和研究方向上都聽從了老一輩物理學家的安排和建議，並且日後都在自己的領域裡做出了輝煌的成就，可見周培源等人在選取和安排出國留學的年輕學者上高瞻遠矚，結合他們個人的科研特點，為他們選擇了正確的科研道路和方向。

周培源自始至終都和他的學生保持聯繫，王竹溪在英國時也和周培源保持書信交流。1938 年，王竹溪從英國回來，和他的老師周培源成為同事，無論是物理上或數學上的問題，彼此之間在學術上的討論從未間斷。除此之外，經周培源安排出國的留學生也促進了中外科學的交流和中國科學的發展，王竹溪赴劍橋大學以後與師兄狄拉克成為了很好的朋友；彭桓武在愛丁堡大學也很受玻恩的重視，玻恩在與愛因斯坦的通信中多次談到自己的這位中國弟子，最後還推薦其前往薛定諤的理論物理所工作。

正是葉企孫、周培源和吳有訓等老一輩的物理學家出於對中國物理學發展的責任感，立足科學，全盤布局，對派出的中國物理學家進行統籌規劃，精心安排，培養了傑出的一代物理學家，為中國物理學的發展做出了巨大貢獻。

本文轉自中國物理學會期刊網（ID：cpsjournals），原題《大師是如何煉成的——王竹溪留學英國始末》，選自《物理》2015年第12期。

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