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许元泽教授:在化学的土壤上生长物理学 - 追忆导师钱人元先生

编者按

对于我国高分子科学,中科院化学所堪称黄埔军校,上世纪50年代以来,一代代高分子人在这里聚集创业,走向前沿,走向世界。他们的不凡经历,学术传承和思想情怀是怎样的?现推选一篇五年前在我国高分子物理学创始人钱人元院士诞辰100周年之际许元泽教授的纪念文章,希望对当代高分子科学人仍有所启迪。

钱人元先生

在化学的土壤上生长物理学

导师钱人元先生诞生一百周年了,他带头创立的高物实验室也年逾甲子,我们这些他的直接学生辈已开始进入记忆淡忘的年岁。但是和先生相处的一幕幕,交织着化学所高分子物理研究室发展沧桑的图景,在我脑海里依然清晰和鲜活。

初创年代的辉煌 

我是1959年上的中国科大,当时中科院全院办学,所系结合,高分子系和高分子物理专业的设立,本身就是首创。高物专业从基础课到专业课程都是钱先生一手设计创建的,为打好数理基础我们同物理系一起上课,同时保证化学系的要求。这样培养的学生敢于面对交叉学科,这正是钱先生年轻时在浙大理化双修的宝贵经验。后来根据加强高分子材料工程的需要,又增加了连续介质力学和数理方程,针对学生动手能力差的弱点,增开了化学实验技术实践课,回想起来是很超前英明的决策。钱先生还亲自开物理化学基础课和高分子物理课,介绍高物各分科前沿的基础知识,包括高分子的分子量和分子量分布与溶液性质,高分子链结构分析,力学性质,电学性质,纤维结晶取向和热学性质等,都是他领导的化学所高物室(七室)各课题组正在加紧研究的。我们第二届学生就由各课题组负责老师来分科授课了,他们带来了宝贵的第一线信息和思考。这些专业课程激起了我对于高分子物理的极大兴趣,报考钱先生的研究生成为我的梦想。1963年秋,我进入化学所七室力学组跟吴人洁老师做毕业论文环氧树脂的应力松弛和化学松弛。有一天钱先生来看我做实验,跟我说,你考的不错呀!我喜出望外,显然他接收我当研究生了。这样,我在毕业分配前几个月就实现了成为化学所七室成员的梦想。五六十年代化学所七室,就像水浒里的聚义厅,钱先生大旗一举,全国各地来的英杰,个个身怀绝技,纷纷前来聚义。这个大义,就是齐心协力建设高水平的物理实验室,对高分子的结构和性能进行全面表征研究,为我国年轻的高分子工业服务。为此首先要建立各种性能的仪器测量方法,钱先生一马当先,他年轻时就酷爱无线电,后来在物理系又下厂,仪器技术功底好。各课题组如吴人洁老师等在创造仪器方面也很灵巧,有了任务没有条件,就创造条件上,这成为高物室的传统。对于高分子物理学,钱先生把它定位在探求高分子的结构与性能及其相互的关系,这是对当时学科发展水平的科学定位,也符合实验室人员的实际能力。相信结构与性能有因果关系,敢于把它们联系起来,也是一个很有勇气的奋斗目标。而以物理手段,为仿制创新服务,走任务带学科的道路,也符合我国新建高分子工业的国情。有了正确的路线,短短十年间,建成高水平的高分子全面表征的实验室,又开门面向国民经济,接受了许多任务,受到了高分子工业界和尖端科技部门的欢迎,这样的模式也为许多科研机构和高等院校学习参考,对高分子物理在全国的发展和培养出能设计制造和广泛应用高分子材料的工业科技人才起到了引领作用。五六十年代,钱先生正在不惑之年,雄姿英发,羽扇纶巾,已是公认的我国高分子物理学的领军者。 

钱先生给我的论文题目方向是高分子夹层玻璃的防弹机理,应用背景是战斗机前视窗研制,从黏弹松弛谱与高分子结构的关系的基础研究入手。这项研究因为四清运动下乡和文化大革命而中断,但在高分子松弛谱方面的探究和从技术问题抽象出关键基础问题来研究的路数,延续在我一辈子的研究生涯中。  

劫后重振

1966年秋,在河南四清运动一年半以后我回到北京,文化革命已如火如荼,化学所也执行极左路线,矛头对准老知识分子和科技人员,钱先生他们也遭不少罪。本来在那时一个化学的环境中,物理研究易受到“脱离实际,没有成果”的责备,在文革极左思潮和派性的影响下,这种情况变本加厉,高物工作陷于停顿,七室没有了,合并到分析化学室。我们研究生因为1968年去部队农场再教育一年半,1970年回所,当时有重要紧迫的防化学任务,我全力参加了,还搞出现场色谱仪和超纯氢气发生器。记得文革结束后,政治气候转暖,有一天钱先生在路上和我同行,他说,看来你倒是干一行爱一行,还想不想搞高分子了?我说,你知道我是在这里韬光养晦,只要有机会,我马上申请归队。不久,我就回到七室新建的纺丝物理组,负责丙纶纺丝和流变学的任务,并担任组长。钱先生文革期间一直蹲在我们组,虽然尚未复出,他也一直十分积极筹划高分子物理的进一步发展。他看到只分析原料结构和测定产品材料性能不够,必须深入中间的制作过程,积极倡导加工过程的物理研究和流变学。其中一个成功的例子,就是丙纶纺丝国产化。虽然钱先生当时的主要精力要转向新建的有机固体方向,他还是就丙纶纺丝项目给以许多具体指导,徐端夫老师也点子多多,指导年轻人攻技术难关,对圆满完成任务起了重要作用。在钱先生的指导下,我们围绕丙纶纺丝挤出过程,进口了毛细管流变仪,自制落球粘度计,开始了熔体流变学研究。 

1979年初钱先生推荐我赴德国亚琛技术大学休默教授处专攻流变学。81年底我拿到博士学位回所,钱先生已是所长。他要我不用管聚丙烯方面了,专心发展高分子流变学。我在德国的结构流变学研究发现,高分子的一个重要标度率—特性粘数测分子量的Mark-Houwink经验方程,可以从单个大分子的松弛时间谱导出。钱先生回信认为是重要的进展。他支持我回来申请了国家第一个高分子流变学方向的重点基金,继续流变性和结构关系的研究,这方面内容我总结在“高分子结构流变学”专著中。此外,我也参加关于聚合物驱油,顺丁橡胶和大型电脑磁盘制作的国家攻关项目,电流变流体重大基金项目,以科研任务经费买了国内第一台大型旋转流变仪。我们与北京大学力学系陈文芳教授全面密切合作,取长补短,建设起国内先进的流变实验室,可以说在流变学的数理基础和实验能力上,达到了国际水平。我们举行全国性的流变学讲习班,培训流变学人才。并联合有关院校发起成立在中国化学会和中国力学学会下面的流变学专业委员会,等等。这些不少是参照钱先生当年发展高分子物理学的路数。幸运的是,我们有钱先生作为当时中国化学会的理事长,一直给以关心和有力支持。化学所作为流变学专业委员会的挂靠单位多年。九十年代,中国化学会和力学学会推荐我担任流变学委员会主任委员。钱先生为此还来嘱咐过我,要注意团结各单位不同意见的同行,不能像以前那样“年少气盛,血气方刚”。由于种种原因,我在流变学会方面没做好,学会发展不够理想,至今回想起来有愧于先生和支持珍惜我的人。 

新时代的进军 

1976年文革结束,中国走上改革开放的正确道路,科学和工业的发展也要放在全球的开放的大格局来看待,高物的发展是沿着任务产品的应用路线发展,还是加强基础研究,更向国际看齐,摆在高物室的面前。钱先生复出后,首访日本,得到日本高分子界欢迎和高度评价。然而也有不同的声音,1977年美国科学家代表团访华,其中有高分子物理学诺贝尔奖得主弗洛里教授,访华以后他认为,中国缺乏高分子物理学的研究。当时国人震惊之余,多归之为洋大专家的傲慢与偏见。钱先生则冷静得多,弗洛里是坦诚直言之人,有他的道理,他讲的物理学,更注重于高分子的共性的规律。对待国外的评价,钱先生认为,我们除了加强开放交流出版,理论上也必须提高。靠着对各具体对象的实验表征,也是无法解决高分子结构与性能关系的复杂的一般规律的。钱先生认识到,在高分子物理的基础研究方面我们确实对世界的贡献太少,为此必须加强人员的培养,推荐业务骨干出国进修是条捷径。1979年推荐吴大誠到美国,直接在弗洛里手下进修,推荐我到德国去学习流变学,也都是钱先生在此背景下的决策。他说:出去就是要学这里学不到的东西。 

1981年钱人元先生许元泽博士在德国Freiburg合影

七八十年代凝聚态物理学的发展,标志着高分子物理的新阶段。八十年代中,钱先生及时组织了化学所和北大物理系黄畇教授等参加的重大基金项目,重新审视高分子凝聚态的一些最基本的概念,探索一些前沿领域。我参加了缠结熔体和液晶动力学。先生本人坚守实验物理家的方法和务实谨慎的风格,面对实际对象,以实验方法来理解和检验物理概念。例如他从70年代开始就倡导在我组研究挤出收敛流动,不过我们用数学模型的计算和模拟的文章,他婉拒不参与署名,而对年轻一代进行物理理论模型模拟方面的工作是积极支持的。重大基金项目参加者们还专程去成都参加吴大誠教授邀请的软物质代表人物,法国学者德热纳教授的两周讲座,使我们更具体地看到了高分子物理如何成为统一物理学不可分割的组成部分,教授说这是他在全球讲过的最长的讲座。几年后他以高分子和液晶物理学方面的内容被授予1992年诺贝尔物理学奖。当时对于化学背景的听众,凝聚态物理内容都很新鲜,要达到深刻的认识是一个长期的过程,这里除了一些概念和数学物理方法的学习,还有一个统一的物理观的建立过程,在高分子化学中我们往往注重各种化学结构的实现,而忽略了其共通的物理规律,其实许多规律与具体化学结构没有关系。弗洛里有一段话说得好,对美国化学界影响很大:“高分子领域应该把更多具有抽象思维和基础科学取向的师生吸引进来。我认为忽视了这个方面,将不仅仅危害高分子化学,而且危害整个化学。放弃具有如此普遍联系的组成部分,是整个化学领域不能承受的。”

在1997年庆贺钱先生八十大寿时,我正在美国公司从事复合材料研发工作。应邀寄去了一些与先生合作的论文供出版钱人元论文集挑选。也参加了纪念回忆笔谈的文集,简单介绍跟随钱先生学习和研究的感悟。我提到,自己历尽沧桑之后,才领悟到钱先生有很强的政治素质,他懂得沉默是金,从不奢谈政治,但信念坚定,冷静判断周围的人和事。在那样复杂的历史风浪的年代,明哲克己,坚守自己的科学事业。他不光领导专业,几十年来也是化学所的领导,为国家作出了重大贡献。我想如果自己悟得早些,可能不会有那么多曲折奔波。虽然“凡有所学,皆成性格”,年轻时可强调阅历丰富,但事业的稳定,往往决定成就的大小。在该文中我写道,作为先生的学生,我是不会离开高分子物理学的,说不定还有招之即来的一天呢。 

两年以后,我辞去在国外的工作,加盟复旦大学高分子科学系,建立了复杂流体流变学的课题组,我终于又是中国教授了,而且在家乡上海。去北京见钱先生的时候他也很高兴,可能不在一单位使我们谈话更放松,他还告诉我,现在科研和以前都不一样了,主要指的量化管理、科研压力、学术气氛和后生心态等,对高分子物理的发展前景有些堪忧。他准备引进一位从美国国家标准局的韩志超博士来主持。“没在国内干过,会不会水土不服啊?”“国内找也很难,外来的也有好处,他是实验物理学家。这也是我最后的一搏,以后高物我就完全不管了。”韩先生来后,主持了高分子凝聚态物理重大基金和有关复合材料的973项目,我也积极承担了其中的子项目。项目集中了数、理、化、材料等各种背景人才,应用各种理论的模拟和实验对照的方法,力图进行整合连贯的研究,以期达到多尺度结构与性能关系的突破。那两年我常跑北京,先生有空就约见面,他也对高物室进展感到欣慰。不料好景不长,2003年秋天,突然听说先生体检查出胰腺问题动了手术,我一到北京就去电话问候,先生约我在福利楼二楼吃饭,我有点受宠若惊。“听说先生最近动了手术,看来非常成功”“动那手术非常痛苦,那经历真的是九死一生,不过结果还不错。”看他脸上虽清瘦些,精神心情都不错,还感觉特别慈祥。因为我心中的激动和感动,当时说的许多话已经想不起来,留下的是超越语言超越一切的师徒情谊。临别,我要先生一定静心调养,身边没有年轻人,有事可找小杨(振忠),他很热情可靠的。不料,就此一别,竟成永诀。不到两个月,突然收到杨振忠电话:钱先生去世了,我给老爷子送了最后一程。 

结语:做物理化学人 

先生走了,他奋斗一生,其实从未退休,像战士一样突然倒下了。他带领和影响了几代高分子人。在我心目中,他更是亦师亦父,影响一生。其实今天在百年之后,我们怎样纪念回忆评论钱先生,与他没有关系了,他也没有办法表态和辩驳。纪念他,是因为我们忘不了这位活在我们大家心里的导师,也是因为在科学的接力赛中,他交棒给我们的许多任务和理想,还没有完成,我们希望他在天之灵继续给我们智慧和力量。如果今天化学所后辈采访他,对青年人有什么期望,我相信,其中的一句话是,希望每个人都成为物理化学人。 

时代的发展,把化学和物理融合在一起,成为统一的物质科学。化学家和物理学家也都在改变和融合。想当年,一代代充满匠心的制造者,勇敢地面对神秘的物质变化,向复杂和危险挑战,让世界为我所用,这是传统化学家的情怀。另一些人,则万事要问个为什么,相信世界不是杂乱无章的,是有规律的,它是简单的,和谐的,数学的,统一的,那才是理性人应该享受的世界之美,这是离上帝最近的殿堂,这是一代代物理学家的追求。后来地上埋头苦干的达人看天了,那么美!天上达人看地了,其实纷乱的尘世万物千变万化,也有其道,太酷啦!于是在上个世纪初,在化学走近物理,物理走向化学的相互结合过程中,爆发了科学革命和技术革命,带来了材料革命,包括高分子时代的到来。这个过程使整个世界改变了面貌,也产生了许多伟大的人物。在我国,钱人元先生也是先驱之一。钱先生能在多个领域里站到前沿,凡他兴趣所及,都留下了历史的痕迹。这同他深厚的数理化基础和实验与理论修养是分不开的。一个人不可能什么都做,更不可能什么都精,但要有宽阔的胸怀和理解包容能力。好的科学家不会因为害怕数理只搞化学,只做实验;也不会因为不会动手不敢面对现实而钻在理论里。 

当一个化学和物理结合的物理化学人!这个在以前确实是很有难度的,但现在的技术进步,使人的学习能力大大地增强,科学之间的沟通,也非前所能料。不怕学不到,只怕想不到、不去学。如果一代新人成长起来,既有化学家的心灵手巧的匠心,入世创新的精神,造福社会的责任感;又有物理学家的统一理性的世界观,数理逻辑分析能力,追根寻源的探索精神,我们将迎来一个什么样的高分子科学实验室!一个什么样的世界!

撰稿人|许元泽简介

CV

许元泽 教授

许元泽(1941.10一), 复旦大学教授(退休),研究领域包括流变学和高分子科学,曾兼任中国化学会常务理事,流变学专业委员主任委员,现为荣誉委员,上海交大流变学研究所副所长

科研经历: 

1964年中国科技大学高分子科学系高分子物理专业本科毕业;  

1964-1967年在中科院化学所研究生,师从钱人元教授,高分子物理学硕士;  

1979-1981年德国洪堡奖学金在德国亚琛技术大学(RWTH)力学工程系,师从Prof. P. Schuemmer, 科学博士(流变学);  

1988 中科院化学所研究员(高分子物理),博导(1994);  

1990 德国马普学会高分子所客座研究员 ;  

1991-1993 加拿大舍布鲁克大学化工系与美国凯斯大学高分子系客座研究员; 

1994-1995 中科院化学所工程塑料国家实验室副主任; 

1996-2001 美Ciba公司,R&D 资深科学家,先进复合材料; 

2001-2009 复旦大学高分子科学系教授(博导)主持复杂流体组,直至退休; 

2009-2016 厦门大学化学化工学院,全聘教授,建设高分子学科。 

主要研究对象  

1、复杂流体流变学。从理论与实践的结合来研究流体流变性质与流体多尺度结构的关系。对象包括高分子溶液与熔体,复合共混体系、液晶、交联体系、悬浮体乳液与颗粒体、电磁流变体和单分子膜等。  

2、高分子与重大新材料的过程工程科学与物理化学问题。  

3、航天航空与微电子用新型高性能复合材料与涂料的研发与结构性能关系。 

4、软物质和复杂流体科学中共性的问题。  在高分子物理和流变学等领域完成国家级科研项目十余项,多次得奖。发表署名论文150篇以上, 出版“高分子结构流变学”等6本专著,发明3项专利与十数项产品研发技术,在国内外有一定影响。

征稿启事

中国科学院化学研究所校友群公众号《科化人之声》的征稿范畴:

1.宣传杰出校友的事迹和贡献️

2.宣传校友有影响的重大科技成果

3.校友们追忆当年化学所时光、反映师生情同学情的文字️

4.转发与校友相关的化学所信息️

5.校友会建设与活动消息

6.值得分享的其他信息

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