追憶劉遼先生

劉遼先生在經歷了幾年帕金森氏症與老年痴呆症的折磨之後，於2016 年4 月27 日離我們而去，享年88歲。

劉先生一生坎坷，但在逆境中奮鬥不止，為中國廣義相對論的研究和普及做出了重要的貢獻，他的靈魂在愛因斯坦的彎曲時空中安息了。

劉遼先生一生正直、愛國，少年時代立志抗日救國，青年時代參加共產黨組織下的革命活動。在重慶散發過《挺進報》，在北京參加過「反內戰」、「反飢餓」，反對國民黨反動統治的活動，並參加了共產黨的外圍組織「民主青年聯盟」。

青年劉遼1948 年考入北京大學數學系，後轉入物理系，1952 年從北大畢業，1956 年來到北京師範大學工作。第二年恰逢「整風」運動，劉遼原本對運動並不關心，他覺得解放後革命已經完成，希望自己走科學救國的道路，於是他躲在辦公室里一心苦鑽理論物理。後在黨組織的動員下，他走出辦公室看了一遍大字報，對黨的工作提了一些批評意見。沒有想到，風向突然逆轉，劉遼遭到嚴厲批判，並被錯劃為「右派分子」。他從此失去了教學的權利，被安排到資料室做資料員。讓人尤為想不到的是，這頂「右派」帽子一戴就是17 年。除了通常的批判、勞改和人們的白眼，「文革」期間他還遭到野蠻的批鬥和毆打，腰部留下終生未愈的內傷。這17 年承受各種苦難之外，劉遼先生看到妻兒無辜受牽連遭受各方歧視，而且這樣的苦難不知何時才是盡頭，先生的痛苦心情可想而知！

青年時代的劉遼先生

難能可貴的是，劉遼先生沒有被災難壓垮。當時全家擠在一間房內，晚上支起床板睡覺，夫人則睡在水房。家中沒有合適的桌子，他就用大板凳代替，經常趴在那裡鑽研、計算到深夜。他利用一切可能的時間，鑽研廣義相對論和粒子物理，讓自己的思想在愛因斯坦的彎曲時空中自由翱翔。那些艱難神奇的理論，讓他暫時忘記自己的處境和痛苦。

在無人請教也無人討論的情況下，他完全通過自學，居然學通了廣義相對論，我對此欽佩不已。廣義相對論使用當時一般物理工作者不熟悉的黎曼幾何和張量分析，數學、物理兩方面難度都很大。對於自學廣義相對論的困難，我深有體會。在大三結束那一年(1965 年)的夏天，我曾自學過一個暑假的廣義相對論。當時我在中國科技大學物理系學習，主要採用坦蓋里尼的《廣義相對論導論》、愛因斯坦的《相對論的意義》和柏格曼的《相對論引論》做讀本，三本書交替學習，苦讀了一個夏天，結果只是了解了大概，不懂的問題一大堆，並沒有讀通。所以，我從內心十分欽佩劉先生的毅力和才華。我最終掌握廣義相對論的內容還是1978 年師從劉先生讀研之後，在他的諄諄教導下逐漸撥開迷霧，看清廣義相對論那雄偉壯麗的殿堂。

劉遼先生將愛因斯坦的《相對論的意義》、穆勒的《相對論理論》(C. Mфller，「The theory of relativity」,1955)及朗道的《場論》等書反覆研讀，不僅自己讀通了廣義相對論的全部數學、物理內容，並在「文革」期間的牛棚里收了兩個最初的弟子(因貼林彪大字報而被打成「反革命」的楊以鴻和劉忠柱)。這兩位年青人在勞改中認識到劉先生不是壞人，而是德才兼備的好人。於是他倆經常在勞動後的晚上，悄悄到劉先生的家中去學習廣義相對論。

當「改革開放」的春風吹來的時候，劉遼先生已經具備了正式宣講廣義相對論的實力，他開始在北京師範大學正式講授廣義相對論。在天文系領導的支持下，一部分天文系和物理系的老師參加了劉先生的講習班。此後，他又正式招收研究生、進修生，一批中、青年業務骨幹聚集在了劉先生的周圍，形成了廣義相對論研究組。劉遼先生的名字很快在全國傳開，於是他受到廣泛邀請，開始在全國各地講學，撒播廣義相對論的種子。

當時北師大和全國所有的師範院校一樣，長期強調教學，一般教師都不搞科研。劉遼先生領導的小組率先闖入了科研的大門。在相當長的一段時間內，北師大物理系只有兩個研究方向在全國獨具特色，一個是非平衡統計，另一個就是廣義相對論。然而，需要強調的是，劉先生在很長一段時間內，基本上沒有得到學校的支持，也很少得到物理系的支持。相對論組很晚才取得個別的公派出國名額。劉先生主要依靠自己的頑強努力，帶領相對論團隊先後進入了黑洞物理、引力波、宇宙學等研究領域，不斷發表論文。北師大的一些物理教師也受到了劉先生科研工作的鼓舞，各自推開了自己的研究大門。

在這段歲月中，隨著全國政治環境的逐步寬鬆，安定團結的政治局面逐漸形成，劉遼先生也從「右派分子」、「摘帽右派」過渡到了「改正右派」、「錯劃右派」，最終組織上公開為他平反，壓在劉遼先生和家人頭上的「 大山」終於被搬開了。劉遼先生的科研、教學成績和為人得到了廣大教師和學生的認可，也得到了全國絕大多數同行的認可。

20 世紀70 年代，劉遼先生在困境中開始了自己的科研工作。他的第一件工作，是找到了一個強子質量的半經驗公式。這個公式是當時普適性最好的一個半經驗公式，它把費曼與蓋爾曼發現的一個公式作為特例包含於其中。

1978 年，劉遼先生同時開始了對黑洞物理和引力波的研究。當時，泰勒等人對脈衝雙星PSR1913+16的運轉周期作了精確觀測，並用引力輻射的能量損失定量地解釋了這對雙星周期的減小。這項工作被視為引力波存在的一個間接證明，意義十分重大。劉遼先生指導他的兩位學生，深入鑽研引力場能量的各種表述，用廣義相對論計算了這對雙星的引力輻射功率，驗證了泰勒等人的工作。

劉遼先生在做學術報告

劉遼先生把主要精力用在了黑洞霍金輻射的研究上，成功地證明了最一般的穩態黑洞——克爾—紐曼黑洞，不僅熱輻射玻色子，而且熱輻射自旋為半整數的狄拉克粒子(如電子、質子、中子等)。當時人們都猜測到這一結果，但由於彎曲時空中的旋量方程耦合強烈，過於複雜，因而一直未能驗證。劉遼領導的研究小組，最先給出了這一證明。

此後， 劉遼小組又對黑洞溫度、黑洞熵，以及黑洞附近的其他量子效應做了大量研究。他們探討了霍金輻射的反作用問題，建立了黑洞的膜模型，該模型把黑洞的事件視界看作存在表面張力的膜，很好地解釋了黑洞熱力學。他們還提出了計算穩態黑洞熱輻射和熵的普適方法。

劉遼等人還在黑洞量子化方面做了具有啟發性的工作。他們把索末菲量子化條件移植到廣義相對論中來處理周期引力系統的量子化問題，提出黑洞量子化的設想。他們的文章指出，量子史瓦西黑洞存在一個基態質量，達到這個質量後，霍金輻射會戛然而止，殘餘的信息將鎖死在基態黑洞之內。這項工作提供了解決黑洞信息疑難的一個可能方案。此外他們還認為，大量殘存的基態黑洞很可能是暗物質的重要來源，這也為暗物質的解釋提供了一種可能的方案。

劉遼先生還帶領學生展開了對暴脹宇宙學、量子宇宙學、蟲洞和時間機器的研究，在國內外重要刊物上發表了數十篇論文，包括「Higgs 場的宇宙學起源」、「利用蟲洞消除QED 中的單圈發散」、「真空漲落可以產生蟲洞」等。探討了研究Higgs 場和de Sitter 時空量子化的新思路。還對霍金提出的避免時間機器的「時序保護猜想」進行了研究，提出了避開這一猜想來製造時間機器的可能性。

2008 年，他不顧80 歲的高齡，重新回到了引力波的研究上，對deSitter 時空中的宇宙引力波發表了新見解。他強忍帕金森綜合症的折磨，每天顫顫巍巍地步行到資料室閱讀、研究，直至爬不上樓梯為止。

劉遼先生從不脫離教學，他長期為研究生講授廣義相對論、量子場論、暴脹宇宙學和量子宇宙學等課程，退休前每個學期都有課。他講課清晰、嚴謹，強調物理思想，富於啟發性。他思想活躍、平易近人，從不在學生面前擺架子，允許學生當面甚至當眾反駁自己的意見，在組內創建了良好的學術氛圍。他對後輩的寬容，與他嫉惡如仇的性格，形成很大反差。

劉遼先生對學術界的前輩十分崇敬，不管他們處境如何，他都會去探望。鄭華熾先生去世後，其遺孀鄧仲先女士獨居在北師大，劉先生每年都會去看望師母幾次。後來劉先生腿腳行走不便了，還囑咐裴壽鏞代他去看望鄭師母，直到她去世。

劉遼先生晚年曾多次談到，為什麼日本會出湯川秀樹，印度會出玻色，中國卻沒有從本土產生這樣傑出的學者？他認為這是由於「述而不作」(也就是闡述別人的思想，不加入自己的創新) 的理念統治中國教育二千年，教育者和受教育者不追求創新造成的。這是導致中國科學落後的重要原因。

劉遼先生與夫人張瑞英

除了科研和教學之外，劉遼先生還編寫了幾本重要的著作，這些著作在他去世之後，仍將在相當長的一段時間內，在相對論界產生影響。

第一本書是劉遼先生所著的《廣義相對論》。該書是他多年講授廣義相對論的教材，大半生心血的結晶。這本書能使初學者較為輕鬆地跨進廣義相對論的大門，逐步掌握廣義相對論的物理思想、數學工具、基本內容和計算方法，打下紮實的理論基礎，並把他們引向黑洞、中子星、引力波及現代宇宙學的科研前沿。其特點是非常「物理」，強調物理思想，強調對物理概念的理解。這一特點，在目前相對論界過分強調數學的風氣下，顯得尤為重要。

第二本書是《彎曲時空量子場論與量子宇宙學》。由於引力場量子化至今尚未成功，目前廣義相對論界在處理量子問題時，採用半經典、半量子的「彎曲時空量子場論」。這一理論的特點是把物質場量子化，引力場仍採用經典場。這一理論在黑洞和宇宙極早期演化的研究中取得了很大成功。霍金對黑洞熱輻射的證明，就是用彎曲時空量子場論完成的。劉遼先生首先把這一理論介紹到國內，並傳播到全國各地。這本書就是依據他多年講課的草案，由黃超光教授整理、充實而出版的。

既然談到了劉遼先生的《彎曲時空量子場論與量子宇宙學》，就順便介紹一下他較早出版的《量子場論(平直時空)》一書。有關平直時空中量子場論的高質量書籍很多，但劉先生所著之書特彆強調量子場論的洛倫茲協變性。一開始就從旋量出發建立場方程，並採用了洛倫茲協變的量子條件。一般的量子場論書籍較少採用這種講授模式。

第四本書是劉遼先生和他的學生們合寫的《黑洞與時間的性質》。這本書不僅介紹了黑洞物理的基本知識和部分研究前沿，介紹了從黑洞研究得到的對熱力學與時間關係的新認識，而且從學術的角度介紹了時空隧道與時間機器，從數學、物理的角度探討了時間旅行的可能性。目前，在國內很少看到類似的科學著作。

劉遼先生還和弟子們合著了《李群與李代數簡介》、《暴脹宇宙和宇宙弦》、《狹義相對論》等書，都是學習和研究相對論很好的參考書。

2008 年，湖南科學技術出版社出版了《劉遼文集》，彙集了他的全部科研論文和科普文章，以及他創作的詩歌。對於攻讀廣義相對論的學生，以及想了解劉遼先生生平思想的人，這本文集有較大的參考價值。

《劉遼文集》封面

劉遼先生為廣義相對論的研究和在中國的傳播付出了一生的精力。他參加了中國引力與相對論天體物理學會的創建，是第1 屆理事會理事，第2、第3 屆理事會副理事長，並於特殊情況下在1989 年接任了第3 屆理事長，又連任了第4 屆理事長； 他還是中國物理學會第5屆、第6 屆理事，並曾擔任國際廣義相對論和引力委員會委員。他領導的小組曾兩次獲得國家教委科技進步二等獎。

如今，劉遼先生等先輩學者為之奮鬥的廣義相對論事業已經在中國遍地開花結果，劉遼先生和他的朋友們可以含笑九泉了。

本文選自《物理》2016年第7期