核物理学巨人于敏：一个理论家对实验数据的独特见解

高中毕业前夕，父亲失业，于敏继续上学成了问题，幸得同学父亲惜才之心眷顾，帮助其获得启新公司资助。于敏1944年进入北京大学工学院电机系学习。后因酷爱更富创造性的物理学理论研究，辞去启新公司资助，转入北大理学院物理学习，凭着每月一袋白面的微薄奖学金，每天就着窝头咸菜，艰难地攻读自己钟爱的理论物理专业。

大学时期的于敏仍然延续了师友心目中的“学霸”形象，有一次全年级考近世代数，数学系成绩最好的同学也只得了60分，唯独于敏得了100分，老师和同学无不刮目相看。在学习讨论中，他常常见地独到，语惊四座。北大的教师说，多少年没有见到这样的学生了。在物理学中，他尤爱量子场论，并以此作为他攻读研究生的专业方向。

于敏大学毕业于1949年，成为新中国第一批北大毕业生。他继续留校攻读研究生兼任助教，先后师从张宗燧、胡宁两位先生。

胡宁则在美国师从理论物理学大师泡利（W.Pauli），强调物理图像和物理概念，同时还有极强的物理直觉。这让于敏在以后的研究中兼备数学之严谨与物理之灵感。不久他在胡宁的指导下完成了第一篇论文《核子非正常磁矩》。

1951年，于敏调入中国科学院近代物理研究所（后更名为原子能研究所）任助理研究员，在著名物理学家彭桓武麾下从事原子核理论研究。此时的于敏兴趣虽在量子场论，但当时的原子核物理研究是国家科学规划的重点，他听从领导的“希望”转换了理论研究的方向。

数年后，于敏在原子核相干结构、平均场独立粒子运动方面作出了为人瞩目的成果，他和合作者当时提出的原子核结构可以用玻色子近似的观念来逼近的思想，与核理论学界享有盛名的日本学者有马郎人的思想十分相似。彭桓武后来中谈到这段工作时说：“于敏的工作，完全是靠自己，没有老师。因为国内当时没有人会原子核理论。他是开创性的。”钱三强称赞于敏的工作“填补了我国原子核理论的空白”。

1958年，32岁的于敏和北京大学杨立铭教授在成都开办了原子核理论暑期讲习班，全国各地的许多大学和研究所的学员参加，他们的讲稿——署名“夏蓉”的《原子核理论讲义》就是于敏所作。1961年，这本书作为高校交流讲义出版，是国内第一部，也是20多年里唯一出版的一步原子核理论教材，是好几代学子学习原子核理论的必读书籍。

1960年7月，苏联突然照会中国政府，撤走在中国的全部1390名苏联专家。8月23日，在二机部系统工作的233名苏联专家，全部撤走回国，其中有的人还带走了重要的图纸资料，随后又停止供应一切技术设备和资料。

失去苏联的援助的中国，从此开始走上自主研发核武器的道路。时任二机部部长的刘杰、副部长钱三强考虑到氢弹比原子弹在科学技术上更复杂，做出预先研究氢弹的意见。但是，当时研制核武器的大本营二机部研究院，正是全力以赴地突破原子弹的关键时刻。为了不分散研究院的精力，氢弹的预先研究被安排在原子能研究所，增设“轻核反应装置理论探索组”（简称轻核理论组）。

1961年，35岁的于敏迎来了人生的又一次选择。自觉性格比较适合集体性不那么强、比较自由的基础研究工作的于敏经过思想斗争，答应了钱三强的请求，作为副组长领导和参加氢弹理论的预先研究工作。从此，于敏开始了自己的“隐形”生活，这一隐就是将近30年。

于敏在后来的回忆录中说：“这次变化，改变、决定了我的一生。三十年中，我一直深入实际，昼夜思虑，全力以赴。”在核武器理论研究领域，于敏保持一生的辛勤耕耘姿态，最终与一代优秀核物理学家一同成就了共和国初创时期实现“两弹一星”研制的一番伟业。

1963年，九院理论部已经完成了第一颗原子弹的理论设计，随即转入氢弹的研制。当时的人们对于氢弹没有任何可以参考的信息，只是从美国到通俗小册子上知道，氢弹必须有一个原子弹引爆，为氢弹内的燃料创造自持聚变的条件，这个原子弹被称为氢弹的“扳机”。聚变反应的自持条件相当于燃料在很高的密度下，维持一亿度量级的高温足够长的时间。但是在这样的高温条件下，所有的材料都会很快飞散，同时维持高温和高密度成了让众人一筹莫展的“拦路老虎”。

那一时期群英荟萃、自由争鸣的学术研讨氛围是科学史上值得书写的一章。

邓稼先是当时理论部的主任，他发动大家自由讨论，并借用当时的政治术语，戏称为“大鸣大放”。彭桓武、邓稼先、黄祖洽、周光召以及后来加入的于敏一起，与年轻人一起，都到黑板前讲自己的设想。当时产生了形形色色的氢弹原理设想，经过讨论，基本上都被否定了。

在攻克“两弹”阶段，理论部经常组织讲座、研讨会。当时的条件十分简陋，一间空房，一块黑板，大家自己搬椅子去，就在膝盖上记笔记，有时候集体学习讨论到深夜，对于不同专业背景的年轻人来说，高水平的专业授课和研讨对于“两弹”攻坚起到了迅速催化的作用。中国工程院院士唐西生曾回忆，很多知识是从研讨会上汲取的，大量重要科研难题也是通过研讨会的启迪而解决的。

有一次，周光召和于敏各自领导的攻关小组进行交流研讨，整个屋子座无虚席，靠墙也站满了人，有些人不得不站在会议室外听会。会议的高潮出现在周和于轮番上台对氢弹的自持反应问题进行阐述和争论，让大家见识到了两位科学家扎实的理论功底和对真知的求索精神。科学真理越辩越明，理论部的研讨会是最终攻克氢弹原理难关的催化剂，也是年轻科学家增长知识、启发思路的最佳课堂，也提高了集体的理论水平、创造了求真务实的学术氛围。

中科院院士贺贤土回忆听于敏讲课的情形，深深感到他思维敏捷，物理概念非常清楚，在报告中把问题说得很透彻，言简意赅，使人很快明白。“老于对一个复杂问题的分析使人能够一下子抓住事物的本质。这种本领建立在他深厚的理论功底和熟练的表达技巧之上。”

中科院院士何祚庥告诉《赛先生》：“我有幸年轻时曾经与于敏一起工作，感受到他对科学工作的严谨和敏锐，他经常会有一些很妙的想法。”

1957年，以朝永振一朗（后获诺贝尔物理奖）为团长的日本原子核物理和场论方面的访华代表团来华访问，年轻的于敏参加了接待。于敏的才华给对方留下了深刻印象，被称为中国的“国产土专家一号”。

当然，于敏让人印象深刻的不是才华与才干。在工作中，他勤奋、刻苦而富于钻研精神，这些都为攻克氢弹的关键问题打下了基础。

当时，国内仅有一台每秒万次的电子管计算机，并且95％的时间分配给有关原子弹的计算，只剩下5％的时间留给于敏负责的氢弹设计。就是这么小的计算机，在有限的时间里，于敏带领全组科研人员对有关的物理问题进行了重点计算，并对计算结果的每个数据做了由表面现象到物理实质的系统的、细致的理论研究和分析，解决了一系列基础性的问题。

当年曾经参与“氢弹原理试验模型”计算的数学工作者、现中科院数学与系统科学研究院研究员张锁春告诉《赛先生》，1965年是氢弹原理突破的关键年，其中最关键的是于敏与同事找到了一条突破氢弹原理的新途径，抓住了“牛鼻子”。

1965年9月底，于敏带领理论部的同事一起到上海华东计算机所完成加强型原子弹优化设计的任务。于敏在其自述中讲道，加强型原子弹虽然含有热核材料，但是热核燃烧不充分，只起加强原子弹威力的辅助作用，它还不是氢弹。到上海以后，于敏和理论部的年轻人很快就解决了计算方法中存在的问题，改编和研制了大型计算程序，对加强型原子弹做了大量的系统的计算。更为重要的是，在此基础上他们对计算结果进行了深入细致的系统的分析。自此，于敏和同事终于找到了热核材料充分燃烧的关键所在，解决了氢弹原理方案的重要课题，并提出了从原理到材料再到构形的基本完整的新设想。

1966年12月28日，氢弹原理试验完全成功，达到预期目的。从突破原子弹到突破氢弹，中国只用了2年2个月，美国用了7年4个月，苏联用了4年，法国用了8年6个月，中国的速度是世界上最快的。

随后在1967年6月17日进行的全当量的氢弹空爆试验成功就变得顺理成章。

1967年6月17日中国第一颗氢弹爆炸产生的蘑菇云

在中国工程物理研究院科技委秘书长华欣生的印象中，凡属科学实验目的的国家现场核试验，于敏不顾身体欠佳，且经常受到失眠等的困扰，总是亲临第一线，并鼓励搞理论的年轻同事，主动、定期去了解实验方案进度和协助解决存在问题。即使这戈壁滩现场零下三十度环境中也是如此。他回忆说，“老于特别重视实验数据，特别重视实验工作，特别关心近区测试的每一点进展。他力促‘一次试验，多获数据，多方收效’，多次在学术报告会上苦口婆心地讲，核武器科学是‘实验科学’。”

“他是最重视实验数据、最善于指导实验工作的理论家”。中科院院士、曾任核试验基地研究所科技委主任吕敏回忆，核试验中获得的一些重要数据都存在于敏的脑子里，讨论问题时，他不需要查档案、翻笔记，随口道来，记忆非常清楚，“比我们实验工作者、实际测量者记得更清楚，常常令我们吃惊。”他可以随时举例说明某次试验某个项目的测量结果，尤其是那些实验数据与理论计算不相符的结果。

即使在1996年禁止核试验后，于敏仍在牵挂核试验数据中的各种问题，常常讲道，核试验测试的中子、γ底片上的波形“浑身是宝”，叮嘱理论和实验同志要花力气再分析、再研究，甚至说现在已认识和利用的试验数据仅约20%，其他还有待“挖掘”，要“颗粒归仓”，有所发现，有所创新。一再强调要注意分析实测数据与理论预估差异的原因。他不断提醒理论队伍要联系实验、重视实验，形成制度。

著名实验核物理学家王淦昌后来也说：“我所接触的我国理论物理学家中最重视物理实验的人是于敏”。

在当时氢弹攻关的科研团队中，大家公认于敏真正能做到“先知先觉”，善于发扬摇“鹅毛扇”般的理论家风度，精心谋划，提高测试可信度，获得理论与实验一致，以及各项测试项目数据互相吻合的结果。

中科院院士、曾任中国工程物理研究院院长的胡仁宇说，于敏往往能把复杂的物理问题，勾画出一幅清晰的物理图像，提出不同阶段应该研究的科学问题，并分别处理，逐步解决，在旁人看来，真有点像“庖丁解牛”那样得心应手。

而据杜祥琬回忆，于敏对大科学工程研究中多学科交叉、多环节、多因素复杂对象的把握，十分强调善于分解、又善于综合的重要性。“要做到技术分解、物理分解、难点明确，采取什么技术路线去解决？进度如何？由谁负责？”

于敏深刻理解任务与基础的关系，他说过，高水平的成果是建立在基础研究之上的，没有深厚系统的基础研究，工作是走不远的。“基础又是创新概念的母体”，所以他高度重视基础研究。

在技术路线上，于敏把“物理分解”看作核武器物理基础研究的“基本环节”。还要分解每个过程的物理现象，研究其规律，进而研究其机制和起主导作用的物理因素，并通过数值模拟准确地再现这些过程。在一个个因素弄清、一个个环节解决的基础上，再分进合击，综合集成。一篇篇小文章，成就一篇大文章。

于敏对于核武器研制这一大系统工程规律的深刻理解和总体把握，使他在中国核武器长远发展规划和技术路径的确定方面发挥了重要作用。中国核武器发展过程因此目标清晰、走的弯路较少，用比美苏少得多的核试验，少得多的经费，使得设计技术和科学水平同样达到了相当高的水平。

《The Bulletin of the Atomic Scientists》的统计显示，截止到1995年底，美国的核试验次数达1030次，苏联715次，法国199次，而中国只有43次。

其实于敏善于“摇鹅毛扇”的睿智形象，早在中科院院士唐孝威1966年氢弹原理试验成功时赠于敏的诗句中就有体现：

妙算何时有？ 

机关谈笑间。 

草原会战后， 

戈壁听惊雷。

注：本文部分内容整理自《于敏院士八十华诞文集》，《于敏论文集》，图片来源：《于敏院士八十华诞文集》。