科学的一生——怀念父亲程开甲 | 程漱玉 | 自由微信

科学的一生——怀念父亲程开甲 | 程漱玉

From: 程漱玉中国物理学会期刊网 2019-10-07

2018年11月17日，“两弹一星”元勋程开甲院士走完了他光辉的百岁人生。今天，我们再读发表于1994年《物理》杂志第10期和2001年《中国科学技术专家传略：理学编—物理卷2》的两篇文章，重温和缅怀这位科学大家的卓越贡献！

程开甲

　　程开甲院士（1918—2018），著名物理学家，中国核武器试验事业的开拓者之一。长期从事理论物理和凝聚态物理的研究，出版了中国第一本《固体物理学》专著，提出了有特色的凝聚态电子理论。他献身国防事业，为核武器的研制和试验作出了突出贡献。

1918年8月3日程开甲出生于江苏省吴江县盛泽镇一个没落商人家庭。他7岁丧父，为妾之母被逼离家，造就其刻苦、勤奋、倔强的性格和世故人情上的稚嫩。1931年程开甲从家乡的淘沙弄小学毕业入嘉兴秀州中学。这是一所颇有名气的教会学校，陈省身、李政道、顾功叙都是该校的学生。他很喜欢读伽利略、牛顿、爱因斯坦的传记，深信科学上的成功靠的是“99%的汗水加1%的灵感”。他在学习上刻苦钻研，甚至把圆周率背到60多位，成绩优异，始终名列前茅。1937年高中毕业的他同时被上海交通大学和浙江大学录取，出于经济上的考虑选择了浙江大学。时值“抗日战争”爆发，他随浙江大学流亡，先后在吉安、泰和、宜山、遵义等地坚持上课，在颠沛流离的艰苦岁月中完成了大学学业。1941年程开甲毕业留校，一边从事教学，一边从事科学研究。

前排左三为程开甲

1946年，程开甲受英国来华学者李约瑟教授的推荐进入英国爱丁堡大学物理系，成为著名理论物理学家M.玻恩（Born）教授的研究生。1948年获哲学博士学位，受聘于英国皇家化学工业研究所任研究员。1949年4月，他在英国得知英国军舰紫石英号在长江中阻扰解放南京时被人民解放军击败的消息，看到了民族的力量、祖国的希望，随即开始准备回国。尽管导师非常希望他能留下，程开甲还是带着收集到的固体物理及金属物理方面的书籍和掌握的知识，于1950年回到浙江大学物理系任教，以报效祖国。

1952年全国高等院校院系调整时，程开甲被调往南京大学物理系。根据科技和国民经济发展的需要，他带领年轻教师去中国科学院金属所和工厂学习，创建了南大物理系的金属物理教研室和金属物理专门组，开创了内耗理论的研究；为发展中国的原子能事业，程开甲与施士元教授一起创建了核物理专业。他几乎开遍了理论物理涉及的各门课程并亲自授课，动手编写了金属物理和固体物理等教材。

当中国决定发展核武器时，程开甲不仅彻底转换了专业方向，连职业也随之改变了。1960年，他被调往原子弹研制中心。1962年夏，组织上将他调到国防科委，负责核试验科研总体工作，组建一支进行核武器试验的技术队伍。1984年调入国防科学技术工业委员会科技委。为了民族的尊严、国家的强盛，程开甲和许多科学家甘于隐姓埋名几十年，拼搏于默默无闻的岁月中。他在技术上创建了核试验研究所，作为科研总体负责人全面领导负责的首次核试验任务圆满完成，设计研究和组织实施了包括原子弹、氢弹、导弹核武器、平洞、竖并和增强型原子弹的6个“首次”在内的几十次核试验。在原子弹研制的早期开拓性研究和核武器试验中作出了突出贡献。

时至今日，程开甲始终不离科学研究的第一线，不断研究和开拓新的学术方向。他发展了凝聚态电子理论、发展，完善了超导电性的双带理论机制，并亲自主持和开展在材料科学领域的实验验证和应用研究。

程开甲一直十分注意培养人才，无论是在学校还是在研究单位，他都尽心尽力教书育人。坚持亲手编写讲义，亲自讲课组织讨论，使他所创建的方向和开创的事业得以蓬勃发展。

1956年，程开甲加人了中国共产党。先后当选为第三、四、五届全国人民代表大会代表，中国人民政治协商会议第六、第七届全国委员会委员。1980年当选为中国科学院学部委员。曾任中国物理学会理事、中国力学学会理事、中国核学会常务理事。1986年任国家超导专家委员会顾问。

理论研究的强者

程开甲致力于科学技术研究及其有效益的应用，其最大的特点就是立足于基本原理、创新和勇攀高峰，就是“99%的汗水加1%的灵感”。

程开甲在大学三年级时，就完成了高水平的数学论文——黎曼定理与保角变换，受到数学大师苏步青和陈建功的高度评价，并由陈建功推荐给英国数学家 Tischmash 教授发表，后来文章的全部内容被用于苏联斯米尔诺夫的高等数学教材中。他毕业后留校任教，从事基本粒子的研究，从理论上发现了存在205质子的新粒子，写出“弱相互作用需要205质子质量的介子”，由英国生物学家李约瑟教授带给物理学权威P. A. M. 狄拉克（Dirac），但狄拉克亲笔回信认为不需要这么多的基本粒子，使文章未能发表，后来证实此理论是正确的，是不应该否定的。程开甲还先后发表了“用等价原理计算水星近日点移动”，“狄拉克方程推导”（该文于1946年寄给狄拉克，由其推荐发表于剑桥大学的期刊），以及与王淦昌使用的五维场理论研究论文等。

1946年，程开甲来到英国爱丁堡大学，师从著名物理学家玻恩，开展理论物理研究。他与导师共同提出了超导电性的双带理论模型，在Nature等杂志发表了5篇学术论文。尽管该理论研究在学术界一直处于少数地位，但程开甲对于科学研究的严谨和执着使他敢于面对权威，坚持真理。当年他与诺贝尔奖获得者、曾是玻恩学生的W.海森伯（Heisenberg）从爱丁堡大学一直争论到苏黎土的欧洲超导会议，也决不退让，而两者的观点相持不下，连导师玻恩也不能仲裁。此后，J. 巴丁（Bardeen）、L. N. 库伯（Cooper）、J. R. 舒里弗（Schrieffer）完成了以库伯电子对为机制的超导电性理论，人们称之为BCS理论。这一理论可以解释低Tc超导体的主要性质并因此获得了诺贝尔物理学奖，在相当长的时间内被大多数人所接受。1986年，高温超导体的发现使得现有的电子成对超导机制陷入困境，而此时的程开甲又开始了新一轮的超导电性双带机理的理论研究。他从理论上严格地阐明了电子成对中的问题，完善并发展了超导电性的双带理论模型，于1991年完成并出版了专著Study On Mechanism of Superconductivity（超导机制研究）。

程开甲（后排左1）与导师玻恩教授（前排右1）在一起

50年代，程开甲从事教学和固体物理等方面的研究。当时研究物质内部微结构及其变化的动力学过程时，往往针对具体的微观过程进行解谱处理，缺乏普遍的理论。他用不可逆热力学原理首次建立了内耗热力学理论，为处理更为复杂的内耗过程提供有力的理论分析工具。他还开展能带论的布里渊( Brillioun)区证明、结合能计算和TFD模型理论研究等工作。在研究和授课的基础上，于1959年出版了中国第一部《固体物理学》专著，对我国固体物理的教学和科研起到了重要作用。同时，他竭力倡导将当时的理论物理新成果新方法应用于固体物理。为此，他亲自主持了一个理论讲习班，组织青年教师和研究生参加，为我国固体物理和固体理论的发展与人才培养作出了贡献。

发展凝聚态电子理论

（Thomas—Fermi）TF或（Thomas—Fermi—Dirac）TFD模型是一个经典的平均统计模型，最初成功地用于描述原子中的电荷分布，后来被人们用来研究材料的状态方程，也就是材料的压力体积关系。但由于用它求得的低压区的值与实测值之间有量级之差，使得该模型在实际应用时存在很大的局限性。TYD模型的应用研究也就到此为止。

还在50、60年代，程开甲就从事过TrD统计分布的理论研究和高压TFD状态方程的研究，并成功地应用于原子弹设计的一个关键问题——核材料的状态方程和核武器试验的安全论证。到了90年代，程开甲着手材料的力学、电学等性能的微观电子理论研究，根据第一原理建立了一套系统的凝聚态电子理论。迄今为止，材料性能的研究和新材料的设计一直缺乏理论指导，研究和设计仍停留在经验的摸索阶段，而社会的文明和发展又一直依赖于高新技术、依赖于新材料的发明，石器时代、铁器时代、半导体信息时代分别代表了不同的社会时期，当今高新技术的发展对材料科学研究提出了更高的要求。程开甲的凝聚态电子理论为材料科学发展提供了新的理论依据，开创了材料性能研究和设计的新途径。

这一理论的要点为：

（1）第一原理为基础、电子分布的经典统计TFD模型和边界量子隧道效应电子云构成的量子袋。

（2）TFD方程统一地描述导体、超导体和半导体的电子分布。

（3）TFD模型方法的关键是正确的边界条件，边界条件是决定材料特性的重要因素，以往TFD模型不能在材料科学领域得到进一步应用，正是因为没有正确处理边界条件。边界条件之一，量子力学波函数连续即电子密度连续条件决定了材料的力学性质；边界条件之二，间界面上具有不同化学势的电子的跃迁形成二极层，决定了材料的电学性质。

（4）电子之间的交换能对少数载流子的运动具有极为重要的作用，它导致的布里渊区的对称破缺是产生超导电性的根本原因。

程开甲的凝聚态电子理论已经成功地用于凝聚态材料性能的理论分析和计算，并在程开甲的指导和主持下进行各种性能的新材料的设计和实验研究。

中国核武器试验事业的开拓者之一

我国核武器事业的开拓和发展，对中国国际地位的确立起到了不可估量的作用。程开甲和很多科研工作者一起，为此倾注了毕生的心血，作出了卓越的贡献。

程开甲当时在核武器研究院负责原子弹内爆机理研究。他通过高压状态方程和化学爆炸试验的研究，在国内第一个计算出原子弹爆炸中心的温度和压力，为核武器爆炸威力的设计提供了重要依据；在理论上给出原子弹起爆所必需的冲击聚焦条件，成为弹体结构设计与加工精密度的一个依据。他在原子弹研制的开拓性研究方面作出了贡献。

程开甲与战友们讨论科学问题

为了在两年内进行第一颗原子弹爆炸试验，1962年程开甲来到国防科委负责核试验的科研总体工作，组建核试验的技术队伍。核试验是大规模、综合性、多学科交叉的科学工程。当时国内没有人懂得它、也不知道怎样干，没有仪器、没有设备，又无可借鉴。程开甲以他深厚的理论功底，严肃认真的科学态度和严谨的工作作风，带领技术骨干创建了爆炸力学、光学、核物理、电子技术、放射化学、理论研究、试验安全和技术保障等学科，以及专业配套的核武器试验研究所，带出了一支高水平队伍，开创了我国的核武器试验事业。在中央军委和国防科委的支持下，程开甲走遍各军兵种、科研院所和高等院校等30多个单位，主持召开了几百次会议，明确科研任务，讲解意义，提出各种技术要求，与他们开展大规模的联合攻关，研制出所需的各种实验设备和仪器。经过两年多的辛勤努力和刻苦研究，设计提出了我国第一个全面的、科学技术上广泛交叉的、有高度预见性、准制出所需的各种实验设备和仪器。在这两年间，他还设计提出切实可行的核试验方案。为确保第一次核试验百分之一百成功，他遵照周总理提出的“严肃认真，周到细致，稳妥可靠，万无一失”要求，做到“一次试验，全面收效”，做到“保响、保测量、保安全、保取样"，坚持“一切通过实践”，与全所人员一起开展了很多次大规模的“冷试验”。终于在1964年l0月16日圆满地完成了第一次核试验任务，让蘑菇云在罗布泊上空升起，从此打破了核大国的核垄断，提高了中国的国际地位。他还提议和实施了化爆模拟全过程的测试试验，检验了测试准备工作，发现了存在的问题，保证了首次核试验的测试工作零差错。为此，周总理在当年向全国人民代表大会提交的政府工作报告中，特别提到核试验场的1000多台测试仪器全部拿到了数据。

第一颗原子弹主控站（左2为程开甲）

程开甲在20多年中主持决策和直接从事核试验及测试的全局技术工作和研究，使其成为原子弹设计、改进和武器化不可缺少的组成部分。他在试验方式的选择、测试项目的确定和方法的研究、场区的选择、试验场区内外及远近距离的安全、空投飞机的安全、场区气象学和许多工程及施工问题上，都作出了创造性的贡献。根据历次任务的不同要求，程开甲分别提出采取塔上、空中、导弾、地面、地下（平洞和竖井）等爆炸方式，在技术上突破原定空投框架，提出采用百米高的塔爆方式，设计了我国第一个具有创造性和准确性的核试验方案，确保首次核试验任务“稳妥可靠，万无一失”地完成；他提出了地下核试验方式的决策性转变，从而解决了近区物理测量的难题，对武器水平的提高和试验事业的发展具有决定性意义。他还成功设计和主持包括首次氢弹、首次导弹核武器、首次平洞、首次竖井和首次增强型原子弹在内的几十次试验。他开创了核爆炸的测试研究，提出并实施氢弹扳机的抗干扰测试方案，提出了开展近区物理测量，力学冲击波、近区物理的 X和γ、质谱仪放化分析综合确定武器当量的方法和测试地下核试验早期反应的方案，为确定武器性能的设计提供可靠数据，推动了武器的研制及改进，对效应和防护等研究方面起到了重要的作用，直接增强了中国的国防力量。他提出的前封后堵的原理方案和设计，解决了历次地下核试验安全设计问题。他提出了近区物理测量抗干扰的屏蔽方法。程开甲还创立了我国自己的系统的核爆炸理论和效应研究，主持、参与和指导全军核爆炸效应的全面总结，为我军的核武器应用和核火力制定奠定了坚实基础。

在程开甲主持的几十次核试验中，他一贯废寝忘食、全身心投入，不仅亲自构思、规划，甚至执笔写出试验方案，而且还亲自从事主要难点的突破性研究，创造性地解决了许多实际的技术问题。

程开甲开创了抗核加固技术新领域。他起草了中国战略核武器的第一个抗核加固方案，规划和领导抗核加固技术试验。他组织、开创了我国定向能高功率微波研究的新领域，为其应用研究打下重要基础。

由于程开甲在科研上取得的丰硕成果和对中国核事业的突出贡献，他先后获得国家科技进步特等奖一项，国家科技进步一等奖两项，国家科技进步二等奖一项，国家发明二等奖、四等奖各一项，国家科技进步三等奖一项，全国科学大会奖一项，国防科技进步一等奖四项，国防科技进步二等奖二项。

程开甲一生为祖国的科学事业奉献，对事业有着满腔的激情和执著的追求。他根据国家的需要多次改变专业，勇于担当披荆斩棘的开路者的重任，甘愿经受创业者的艰辛。他在科学问题上严格要求、一丝不苟，给周围同志留下了极其深刻的印象，也使他们受益匪浅。今天，年过八十的程开甲依然活跃在科学研究的第一线，生命不息，创新不止。

简历

1918年8月3日出生于江苏省吴江县（现吴江市）。

1937—1941年，在浙江大学物理系学习。

1941—194年，任浙江大学物理系助教。

1946—1948年，英国爱丁堡大学研究生，获博士学位。

1948—1949年，任英国皇家化学工业研究所研究员。

1949—1952年，任浙江大学物理系讲师。

1952—1960年，任南京大学物理系副教授、教授。

1960—1978年，任第二机械工业部九所（院）副所（院）长。

1962—1984年，任国防科工委核试验研究所副所长、所长，核试验基地副司令。

1980年当选为中科院学部委员（院士）。

主要论著

[1]Cheng Kai jia. A Simple Calculation of the Perihelion of Mercury from the Principle of Equivalence. Nature, 1945, 155: 574

[2]Cheng Kai jia. Derivation of Dirac’s Equation for a Free Particle. Camb. Proc. Phil., 1946, 42

[3] Cheng Kai jia. A Five Dimensional Field Theory. Phys.Rev. 1946, 70:516(与王淦昌合作)

[4]Born M，Cheng K C. Sur la Theorie de la Superconductivite. Le Journal de Physique et le Radium 1948, 8(10): 249~252

[5]Max Born， Cheng Kai Chia. Theory of Superconductivity. Nature, 1948, 162: 1017~1018

[6]Cheng Kai Chia. Theory of Superconductivity. Nature, 1949, 163：247. 23. Kai-Chia Cheng, Antonio E. Rodriguez. Particles with Spin and the Principle of Reciprocity Nature, 1949, 163: 367~368

[7]Cheng Kai jia. On the Mapping of Brillouin Zones, 科学记录, 1951, 4(1):5 1-59

[8]程开甲. 内耗热力学研究(I). 物理学报, 1955, 1(2): 163

[9]程开甲, 李正中. 内耗热力学研究(Ⅱ), 有序无序的内耗理论. 物理学报, 1956, 12(4): 281-297

[10]程开甲.从截面上晶粒大小的面密度分布计算密度分布.物理学,1957,13(1):58~68

[11]程开甲, 张杏奎 .面心立方体金属中间隙原子内耗理论. 物理学报, 1958, 14(1): 71~81

[12]程开甲. 电子集体振动理论. 物理学报, 1958, 14(3): 244-261

[13]程开甲. 固体物理学. 北京: 高等教育出版社, 1959

[14]程开甲, 高占鹏, 范启科. T(或TD)模型中原子的边界势及状态方程. 物理学报, 1984, 33(2): 176~192

[15]程开甲. 空气介质中内电磁干扰的研究. 抗核加固, 194, 1(1): 6-22

[16]程开甲, 高占鹏, 范启科. 布里渊区角顶附近费米面的计算.计算物理, 1987, 4(4): 389~400

[17]程开甲, 乔登江. 中国军事百科全书一核武器分册一核试验. 199: 111-114

[18]Cheng Kai jia. Study On Mechanism of Superconductivity. Beijing: New Time Press, 1991