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一生三次“我愿意”：中国第一颗原子弹爆炸成功背后的女功臣

返尹晓冬约 13 分钟

王承书（1912年-1994年），湖北武昌人。中国科学院院士，我国杰出的女性统计物理和核物理学家，气体动力学和铀同位素分离专家，我国铀同位素分离理论研究的奠基人，为我国第一颗原子弹的成功爆炸做出重要贡献。

撰文 | 尹晓冬

聪颖倔强 二小姐执炬探物理

1912年6月26日，王承书出生于上海的一个殷实的诗书之家。外曾祖父何芷舠在光绪年间担任朝廷重臣，在扬州建造了号称 “晚清第一园” 的寄啸山庄，俗称 “何园”。父亲用“诗书礼易”给家里的四个女孩子起名，排行老二的王承书由此得名。王承书出生后不久全家迁居北京。王承书从小聪明伶俐，四岁半入学，很早就展现了数学方面的天赋，王家流传着一句口头禅：“二小姐，算账。”此时，中国正处于社会变革阶段，辛亥革命爆发，西方科学传入，王承书从小就受到要摆脱封建束缚、探索科学真理的思想意识熏陶。她自幼体弱多病，小学六年级和初中三年级时曾两次因病休学一年，但个性倔强、顽强刻苦的她学习一直名列前茅。1924年王承书以优异的成绩考入北京贝满女子中学。
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王承书 (中) 和四妹王承易 (左一) 以及表姐妹们在扬州何园留影
贝满女中是北京最早的西式中学之一，培养出了众多科学英才，在这里王承书接受了良好的教育。在她入学的第三年，北京爆发了“三一八惨案”，王承书加入示威游行队伍，少年的她深刻地感受到国弱受欺之痛，爱国主义深植在她的心中。在高中课堂上，王承书了解到居里夫人发现“镭”的事迹，此后她以居里夫人为榜样更加发奋读书，1930年，王承书考入燕京大学物理系。之所以选择物理，王承书认为，20世纪初期，量子力学和相对论诞生，物理学突飞猛进，物理学已经成为判定国家科学是否发达的标志。“我们中国的物理学非常落后，因此，我才要学物理”。
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青年王承书
燕园淬火 七载星火照知行
1930年，王承书考入燕京大学物理系，成为该届13名新生中唯一的女性。在燕京大学实行严格淘汰制的培养体系下，至1934年本科毕业时，仅4人完成学业，王承书以总分第一获“斐托斐”（Phi Tau Phi）金钥匙奖，后留校攻读硕士，1936年取得学位并任助教。直至1937年抗日战争爆发。在燕京大学的7年里，王承书不仅奠定了扎实的物理学基础，而且塑造了她求真的科学素养和服务大众的社会责任感，日后转换科研方向均可在这七年的求学生涯中追溯到思想来源，而这与燕京大学独特而深厚的历史背景及培养宗旨息息相关。
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司徒雷登（左二）在刚成立不久的燕京大学校匾前
燕京大学物理系自1925年正式建系后快速发展：1927年设立研究部，成为中国最早培养物理学研究生的机构。1927至1952年间，燕京大学物理系在郭查理 (C.H.Corbett)、安德森 (Paul Anderson)、谢玉铭（1893—1986）和班威廉（William Band，1906-1993）四任系主任引领下，构建了教学与科研并重的发展体系。通过开设高级课程、完善实验设施，该系培养出孟昭英、张文裕、王明贞、袁家骝、王承书、卢鹤绂、葛庭燧、黄昆和谢家麟等杰出物理学家，并成为我国物理学研究重镇。其中谢玉铭（1928-1931在任）和班威廉（1932-1941在任）贡献尤为显著：两人任内研究生培养规模扩大，1931-1941年间师生发表论文60余篇。王承书恰于此阶段完成学业，而且本科论文和硕士论文也是在两位主任的指导下完成。
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谢玉铭（1893-1986）1948年在厦门大学（左图）；班威廉（1906-1993）1929年左右在燕京大学 图片来自Danian HU,“The Emergence of Modern Physics Research in China: The Yenching Department of Physics and the Rockefeller Foundation”（右图）

燕京大学物理系践行“因真理得自由以服务”的校训，注重培养学生严谨务实的学术作风，强调物理学原理与现实生活结合。1929-1950年间35篇研究生论文中，33篇为实验研究，多聚焦北平本地实际问题。教师常将自身研究课题作为学生选题，如班威廉（1930-1941年指导48篇学位论文，仅7篇为理论方向）指导王承书完成本科论文《燕京大气势梯度的连续记录》（1934），谢玉铭指导其硕士论文《通过连续记录装置对北平灰尘的研究》（1936），后者研究成果入选1936年中国物理学会年会论文集。这种强调实验与实践的培养模式，使王承书系统掌握了实验研究能力。
在这35名物理学研究生中，除了王承书外，还有另外一名女生王明贞 (1906-2010)，她是燕京大学第一个女物理学毕业生，1930年获得理学学士学位（王明贞大学1-2年级在金陵女子大学，3年级转到燕京大学）。王明贞和王承书两人分别在 1932年和 1936年获得燕京大学理学硕士学位（表1），后又都留学美国并在同一位导师下获得博士学位。在20世纪上半叶，女物理学博士本已凤毛麟角，本硕同是校友又博士同门，在中国物理学史上绝无仅有。
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表1：燕京大学物理系王明贞、王承书研究生毕业论文题目
破格启航 双星耀动统计场
1937年抗日战争爆发，王承书离开北京辗转南京、武昌、桂林、贵阳等地，1938-1939年在湘雅医学院任教。1939年9月，在著名物理学家吴有训的主持下，王承书与燕大学长张文裕结为连理。张文裕1927年考入燕京大学物理系，毕业后留校任助教并获得硕士学位，1934年考取“英庚款”公费留学，赴剑桥大学卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）留学，在卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937）指导下从事核物理研究，1938年获博士学位后回国，是中国宇宙线研究和高能实验物理的开创人之一。
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王承书与张文裕伉俪
1941年，王承书在谢玉铭教授的建议下申请美国密歇根大学的巴伯奖学金，出国留学深造，开始了理论物理的研究。1917年，美国密歇根大学设立巴伯东方女子奖学金（The Barbour Scholarships for Oriental Women），专为亚洲女性提供留学机会，旨在培养女性领袖并促进东西方交流。至1955年，全球284名获奖者中，中国女性占130人，居各国之首。130人中有8人为物理学博士：顾静徽、冯丽荣、何怡贞、盛希音、吴芝兰、王明贞、高兆兰和王承书。她们8人归国后，对我国的科研事业和教育事业做出了重要的贡献。据统计，1912—1949年共14位中国女性出国留学并获得物理类博士学位（另6位是：周如松、吴健雄、何泽慧、李林、谢希德、林兰英），巴伯奖学金资助的女物理博士人数占半数以上，是民国时期女性出国学习物理提供了重要途径。
每位巴伯奖学金者都有一个终身编号，这不仅是为了便于统计获奖人数，更是一种荣誉的象征与精神的传承，王明贞和王承书的编号分别为183和197，顾静徽（77）、冯丽荣（79）、吴芝兰（83）、何怡贞（142）、盛希音 (157）、高兆兰 (193）。
Image表2 八位女博士的终身编号及信息
王承书1941年以已婚身份破格获得巴伯奖学金（原仅限未婚女性），赴密歇根大学攻读博士，其英文名按西方习惯记为为“张王承书”（Cheng-Shu Wang Chang）。她与1938年入学的王明贞共同师从理论物理学家乌伦贝克（George Uhlenbeck，1900-1988），专攻非平衡态统计物理学。乌伦贝克师从玻尔兹曼的学生埃伦费斯特（Paul Ehrenfest），他和古德斯米特（Samuel Goudsmit）一起，在泡利不相容原理的启发下，发现了自旋这一电子的基本性质，成功地解释了塞曼效应和原子光谱的精细结构。
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表3 博士论文题目统计
统计物理学是理论物理学的核心分支，通过研究微观粒子（分子、原子等）的运动规律揭示宏观物质的热力学性质。该学科起源于1738年伯努利的分子运动论，经克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯等学者奠基，至20世纪初形成完整体系。20世纪初，以吉布斯引入的系综描述被物理学界广泛接受为标志，统计物理学分成平衡态统计物理和非平衡态统计物理学两大方向。20世纪，非平衡态统计物理在物理动理学方程、布朗运动理论、非平衡统计模型等问题取得了巨大进展。
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乌伦贝克（1900–1988）
在密歇根大学学习期间，王明贞独立地从Fokker—Planck方程和Kramers方程出发，推导出了自由粒子和简单谐振子的布朗运动。后与导师乌伦贝克合作，撰写了综述布朗运动理论的长篇论文（On the Theory of Brownian Motion II. Review of Modern Physics，1945)，享誉国际，至今该文的引用数已达2000次以上。
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1938-1939年度巴伯学者合影，第三排右四王明贞
王承书与乌伦贝克合作从事气体动理论与稀薄气体输运性质的研究，作了大量开创性工作，完成了十多篇气体动理论的重要前沿性论文。王承书的博士论文《双原子气体第二维里系数的量子理论》研究了双原子分子间作用力与分子间的方位及距离有关时的第二维里系数。除此之外，王承书还与乌伦贝克合作修正玻尔兹曼方程，推导出适用于具有内部自由度的多原子气体的修正玻尔兹曼方程。他们研究了多原子分子气体的输运性质，发现了多原子分子气体导热系数与单原子气体的显著差别。他们提出了处理多原子分子气体输运系数的动理学方程，后被命名为王承书-乌伦贝克（WCU）方程，广泛应用于高温气体、化学流体和原子分子物理的研究，已成为国内外有关输运理论专著和教材的经典篇章。
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王承书等用修正Boltzmann方程讨论多原子分子气体输运性质文章中的两页
王承书还对麦克斯韦气体的线性化玻尔兹曼碰撞算子的本征函数和本征值进行了透彻研究，发现了求解玻尔兹曼方程的本征值理论。二人就分子运动论写了11篇论文。其中的10篇被密歇根大学以研究报告的形式出版，并未公开发表；未出版的1篇在多年后在德布尔（J.de Boer）的一篇文章中有所提及。王承书归国后，乌伦贝克将全部论文整理发表于其主编的《Studies in Statistical Physics》丛书（卷2、卷5），并通过学术推介引发国际关注。1980年，乌伦贝克在《流体力学年鉴》（Annual review of fluid mechanics）回顾了他与王承书的合作研究，称其为 “一个不可多得的人才”。
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王承书上世纪40年代在普林斯顿高等研究院（左图）；王明贞上世纪50年代在密歇根大学（右图）

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1942-1943年度巴伯学者合影，后排左一王承书，三排左三高兆兰
王明贞和王承书分别于1942、1944年获得美国密歇根大学物理系博士学位。1942年太平洋战争爆发后，王明贞加入麻省理工学院辐射实验室（MIT Radiation Laboratory，即著名的“雷达实验室”），从事噪声理论的研究工作并作出了突出贡献。王承书毕业后在密歇根大学工作至1956年。期间1945年9月—1946年6月，1948年9月—1949年6月，两次在普林斯顿高等研究院（Institute for Advanced Study）工作。
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王承书（左）与王明贞（右坐者）和高兆兰在密大物理系实验室做实验。

越洋破障  五年衔枚渡重洋
1949年新中国成立之际，王承书与丈夫张文裕毅然决定归国报效，却遭遇美国当局的层层封锁。历经五年波折，直至1954年日内瓦会议后中美达成侨民归国协议，他们立即递交申请，并将300余包学术资料分批寄回祖国。1956年，这对科学家夫妇终于冲破重重阻碍踏上故土。
为什么要放弃美国优渥的生活，一定回国？王承书说：“当初，不是我不爱美国的优厚生活，而是我更爱自己的祖国。”回国后，王承书在笔记中写下：“1956年10月6日是我难忘的一天，这是我真正有意义的生活开始的日子，在离别了15年的祖国国境上，第一次看到五星红旗在空中飘扬，心里说不出的兴奋，我要为国家做贡献，国家需要什么，我就干什么。” 她辞别导师乌伦贝克教授时说：“虽然我的祖国很穷，进行科研的条件差，但我不能等别人把条件创造好了，我一定要参加到创造条件的行列中，我的事业在中国。”从此，开启报效祖国的后半生。
赤忱三转 核光深处写春秋
回国之初，王承书担任中科院物理研究所理论研究室研究员，当时我国开始大力发展原子能事业。1958年，我国筹建热核聚变研究室。但当时这一技术在国内一片空白，王承书此前也从未接触这个领域。对46岁的她来说，是一个充满风险的巨大考验。但面对国家的需要，她愿意转行，从零开始。1959年，王承书被派往苏联原子能研究院实习3个月。在回国7天7夜的火车上，她翻译了《雪伍德方案——美国在控制聚变方面的工作规划》，这份译著长期作为我国核聚变领域的关键文献。她以惊人学习能力迅速成长为该领域开拓者，并培养出首批专业团队。
1961年，时任二机部副部长钱三强找到王承书，希望她能到近代物理研究所开展同位素分离技术的理论研究。当时王承书已经49岁了，“年近半百，开始搞一项自己完全不懂的工作，不是件容易的事，但再一想，当时谁干都不容易，何况我在回国之前就已暗下决心，一定要服从祖国的需要，不惜从零开始。”王承书没有片刻犹豫，斩钉截铁地回答道：“为了国家转专业，我愿意！” 隐姓埋名进入原子能研究所后，她带领团队攻克级联计算等核心难题，为浓缩铀技术突破奠定理论基础。
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王承书与同事讨论
20世纪60年代，苏联专家撤离使中国首个分离铀同位素用的气体扩散工厂陷入困境。王承书以国家利益为重，毅然接受自己从未搞过的铀同位素分离工作。44岁归国的王承书第三次说出"我愿意"，与吴征铠、钱皋韵组成核心团队隐入尘烟，开始了她后半生的默默工作。
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铀矿石中铀—235的含量只有0.7%，必须通过几千台机器的不断浓缩，才能达到原子弹的需要。这些理论对王承书来说极为苦难，她只能带领团队以三本苏联专家笔记为起点，在仅有手摇计算机和计算尺的条件下，夜以继日推演级联浓缩理论。1964年1月14日，根据王承书与团队的计算结果和启动方案，铀浓缩工厂成功为第一颗原子弹生产出合格高浓铀装料，比苏联专家留下的原设计方案整整提前了113天。为同年10月16日罗布泊的惊天巨响奠定燃料基石。
1966年国庆节，王承书作为有重要贡献的科技工作者，被请上了天安门城楼观礼，聂荣臻向毛泽东介绍王承书时说，她为我国第一颗原子弹的装料做出了巨大贡献，毛泽东听到后，高兴地说：“这是中国第一颗原子弹爆炸的女功臣。
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1966年国庆，王承书作为对社会主义建设有突出贡献的科技工作者在天安门城楼观礼，左为葛昌纯

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干惊天动地事，做隐姓埋名人，王承书在理论物理取得杰出成就后，冲破封锁毅然回国，服从祖国需要，为国防甘为人梯，勇攀科学高峰，隐姓埋名三十年，无怨无悔，无私无畏。她的精神继续滋养和鼓励一代又一代人矢志不渝、为国奉献。

参考文献

[1] 王承书著；应纯同，张存镇译. 气体运动论 王承书论文选集 英文[M]. 北京：原子能出版社, 1994.

[2] 王承书. 一生回顾 几点希望[J]. 物理教学, 2008(2).7-8.

[3] 戴念祖主编. 20世纪上半叶中国物理学论文集粹[M]. 长沙：湖南教育出版社, 1993.

[4] 钱伟长,陈佳洱主编. 20 世纪中国知名科学家学术成就概览·物理学[M]. 北京：北京出版社，2014年.

[5] 中国科学技术协会编.中国科学技术专家传略 理学编 物理学卷1[M] . 石家庄：河北教育出版社，1996年.

[6] 胡升华，求真与服务-燕京大学物理系的30个春秋[J]，自然辩证法通讯，1998年第5期. 50-56.

[7] HU Danian. The emergence of modern physics research in China: The Yenching Department of Physics and the Rockefeller Foundation[J]. Chinese Annals of History of Science and Technology, 2019, 3(2): 4-61.

[8] HU Danian. American influence on Chinese physics study in the early twentieth century[J]. Physics in Perspective, 2016, 17(4): 268-297.刘寄星，两位中国女物理学家对非平衡统计物理学的重要贡献[J]，物理，2004年第3期.157-164.

[9] 刘寄星，历史的回顾与漫谈——中国学者与统计物理学[J]，物理，2023年第9期. 591-604.

[10] 尹晓冬，李睿：巴伯奖学金与中国近代八位女物理博士[J]，中国科技史杂志，2016年第3期.209-222.

[11] 高玉兰. 执着的追求 默默的奉献——记核科学家王承书教授[J]. 现代物理知识, 1992(2):3-4.

[12] 范明，凤毛麟角：中国早期留美的数理同门女双杰，知识分子公众号，2021年2月2日

本文经授权转载自微信公众号“墨子沙龙”。

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