20世纪中国物理学家的主要成就

一）20世纪上半叶中国物理学家的重要成就

　　本世纪初，一批中国学者到西方国家学习现代物理学知识，开展物理学的研究工作。他们中间一些人学有所成后，回国兴办教育，出版刊物，组织学会和创办研究机构。由于他们的辛勤劳动、不懈努力，在国内培养了一批优秀的青年物理学人才。这些人再次被派遣出国留学深造，并在物理学研究方面做出了许多出色的工作。20世纪上半叶，中国物理学工作者在国内外进行了大量的研究工作，在物理学的各个领域都做出了一些一流水平的成果，对现代物理学的发展做出了重要贡献。

1．力学

　　力学是研究物质在力的作用下运动和变形规律的一门科学。它以研究天然的或人工的宏观对象为主，也涉及宇观或细观甚至微观各层次的对象及有关规律。按照上半世纪我国的科学划分，力学也属于物理学范畴内，在力学领域取得重大成就的学者也都是物理学家，故将其归之于物理学领域加以记述。我国学者在力学领域所取得的重大成就，主要在流体力学和应用力学方面。

　　流体力学：周培源(1902～1993)1938年在西南联合大学时即开始进行不可压缩粘性流体理论研究，在国际上首先提出了脉动方程（或称涨落方程），建立了普通湍流理论。根据这一理论对一些流动问题做了具体计算，计算结果与当时的实验符合得很好(1940)。他的研究成果曾获当时国家教育部自然科学类一等奖。张国藩(1905～1975)从30年代开始从事湍流理论研究，他认为流体力学传统的Navier-Stakes方程不能用于湍流，而必须先把湍流的物理机制搞清楚，按新的物理模型建立基本方程。为此他完成了以下工作：(1)类比分子运动论的方法，建立了湍流“温度”、“压强”和“熵”等物理量，并将它们编入流体力学方程，相当详细地讨论了湍流通过圆管和两个平行面之间的情况，并扼要地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。后来他又发展了上述思想，用量子统计方法求湍流能谱分布式。(2)论证了湍流运动是一种非牛顿流体运动，其内部阻力应改用幂数式表示，并依此建立了他自己的湍流运动方程。1950年，卢鹤绂(1914～1997)提出流体的容变粘滞性理论，从而推出霍尔假定的容变弛豫方程，并在声传播和吸收现象上取得初步成效。1951年，他又在全部频率范围内将容变粘滞弹性理论应用到超声（及声源前川流）的传播和吸收现象上，得出能够描述实践经验的有概括性的公式。庄逢甘1950年也研究了湍流的统计理论。1944年，林家翘(1916～)在美国加州理工学院对二维平行流稳定性的研究取得了突破性进展。他首次运用渐近分析方法求出了完整的中性曲线，从而得出临界雷诺数。他的理论结果被后来的实验和数值计算所证实，并第一个获得美国物理学会颁发的流体力学奖金(1979)。李政道(1926～)于1950～1951年，讨论了湍流。他通过将Heisenberg湍流横型与实验结果相结合，而计算了各向同性湍流的涡流粘滞系数，证明在二维空间中不存在湍流。40年代，钱学森(1911～)与Von Karman共同提出跨声速流动相似律和高超声速流动概念，为空气动力学的发展奠定了重要理论基础。1946年，钱学森与郭永怀(1909～1968)共同提出，在跨声速流场中有实际意义的临界马赫数，不是原先被重视的下临界马赫数，而是来流的上临界马赫数。这对航空技术中突破声障碍有重要意义。以后，郭永怀又把该工作推广到包括有曲率流动和绕儒可夫斯基薄翼流动的情况，研究了绕物体跨声流动的稳定性问题。他对于高超声速可压缩粘性流体绕尖劈运动及其离散效应等，也进行了成功的研究。　　
     在应用力学方面，20年代中期，魏嗣銮(1895～1992)在德国研究应用力学课题，以变分法探讨了均匀负荷四边固定的矩形板的挠度和弯矩。30年代，丁西林(1893～1974)创造了一种可逆摆，用以精确地测定g值，从而避免了过去以摆测定g值的许多实验误差。30年代中期，江仁寿以一种带有惯性棒的双线悬挂装置测定了液态碱金属的粘滞性，他所改进的方法后来被广泛用于其他液态金属粘滞性实验之中。1940年，钱伟长(1912～)首先以三维弹性理论为基础，用张量分析微分几何为工具，建立了薄壳和薄板的统一内禀理论，其结果证明可以用板壳的中面拉伸应变和曲率变化六个分量表示全部求解方程；并指出在Kirchhoff-Love的通常假定下，可以根据板壳厚度、曲率张量、拉伸应变和曲率变化等四种物理量相对量级，把薄壳问题分为各种类型，它们的一级近似求解方程都各不相同。国际上有关薄壳SS12中的张量方程组，以及从该方程组导出的圆柱浅壳和圆球浅壳方程被称为“钱伟长方程”。