张宗燧：中国统计物理与量子场论的开拓者｜京师物理百年

1922-2022 京师物理

1952年至1956年任北京师范大学教授，讲授《热力学统计物理》《量子力学》等课程；1955-1957年担任北京师范大学理论物理进修班教师，在建立高等师范院校理论物理教学和科研队伍中起到关键作用。中国统计物理学和量子场论研究的先驱者和开拓者之一。

张宗燧

中国统计物理与量子场论的开拓者

张宗燧曾于1952年至1956年在北京师范大学物理系工作，任理论物理教研室主任，教授多门课程且担任理论物理进修班教师，他用自己深厚的数理知识，为师大物理系人才培养和全国师范院校师资水平的提高作出了卓越贡献。这位天资聪颖、治学严谨、求贤若渴的物理大师，是中国最早从事量子场论研究的科学家之一，也是第一位在剑桥大学开课的中国人。他从事教育工作多年，教学成绩显著，先后培养研究生多人。

师从大家且多方建树的天才少年

张宗燧字次新、君厚，1915年7月12日出生于浙江省杭县的一个仕宦世家。他出身名门，是著名哲学家、政治活动家张东荪的次子。中学时的张宗燧受戴铁君先生启蒙，对数理产生了浓厚的兴趣。

1930年秋，年仅15岁的张宗燧考入燕京大学物理系，次年又以优异的成绩转入清华大学。在吴有训和赵忠尧等教授的指导下，他确立了从事自然科学研究的目标。1934年张宗燧获得清华大学理学学士学位，随后成为清华大学研究院吴有训教授的研究生。

1936年，张宗燧通过庚子赔款留学英国的数学专业考试。同年9月进入英国剑桥大学菲茨威廉学院，如愿成为统计物理学家福勒（R.H.Fowler）的博士生，开始进行统计力学研究。就读期间，张宗燧有5篇论文的内容被写进了福勒和古根海姆的书中，这也是中国统计物理学家的成果第一次走进国际著名专著和教科书。1938年7月，张宗燧破格提前被授予剑桥博士学位，成为中国最早统计物理领域的博士之一。

取得博士学位后，张宗燧还有一年的庚款经费可用，他便决定在继续研究统计力学的同时，拓广到开展量子场论和粒子物理的研究。福勒也因此将他推荐到尼尔斯·玻尔（N. Bohr）领导的哥本哈根理论物理研究所工作。在这里，张宗燧受到现代物理学先驱人物狄拉克（Dirac）、泡利（Pauli）、罗森菲尔德（Rosenfeld）、维克（Wick）、莫勒（Moller）、威尔逊（A.H.Wilson）的影响，改变了自己的研究方向，开始从事新兴的理论物理学研究。1939年，经玻尔推荐，张宗燧到瑞士苏黎世联邦理工学院工作，在泡利指导下，继续研究量子场论。

△1938年10月玻尔所全体成员合影

（前排右1为张宗燧）

1940年2月，张宗燧由法国回到上海，辗转至重庆，出任国立中央大学物理学系教授，讲授热力学和电动力学及相对论的理论物理课程，同时继续进行量子场论方面的研究。

抗战胜利后，张宗燧得到中英文化协会的支持，在1946年1月至1947年9月以高级研究员的身份到剑桥大学进行访问讲学。此后，他又与狄拉克一起去美国普林斯顿高等研究院作访问研究，直到1948年10月回国到北京大学物理系担任教授。

1952年，张宗燧由于院系调整，从北京大学调到北京师范大学任教。1952年至1956年，张宗燧在北京师范大学讲授《热力学统计物理》《量子力学》等课程，并在物理系任理论物理教研室主任。张宗燧到北京师范大学前，北师大物理系理论物理师资一直缺乏，四大力学课程并没有全部开起来。他到来后承担了物理系三、四年级的热力学统计物理与量子力学课程，至此北师大理论物理的四门课程才全部开起来。张宗燧对北师大物理系的建设做出了重要贡献。

△量子力学课程教材

1955至1956年，张宗燧担任由北师大开设的理论物理进修班教师，为来自全国各地的36名青年骨干教师讲授高等数学、数学物理方法、相对论和量子电动力学等课程。1956年，他还主持制订了中国高等师范院校理论物理教学大纲。

1956年7月，张宗燧被调至中国科学院数学研究所，建立理论物理研究室，并任中国科学院数学研究所研究员、理论物理研究室主任。

1957年，张宗燧当选中国科学院学部委员（院士），第四届全国政协委员。

1969年6月30日，张宗燧去世，享年54岁。

高校物理教研队伍的领队人

在培养人才方面，张宗燧是公认的建设中国高等师范院校理论物理教学科研队伍的主要带头人。

新中国成立后，为大力发展教育事业，各地纷纷新建师范学院，主要师资队伍要在各地中学的优秀教师中抽调组成。一则人数有限，二则多为中年以上，很难全局胜任当年师范院校与综合性大学课程设置和采用教材基本相同的重任，所以必须大力培养中青年骨干师资队伍。1954年，教育部为了更好地向苏联学习，提高全国师范系统的理论物理教学水平，决定在北师大举办为期二年半的“理论物理进修班”，请苏联专家来讲课，抽调全国各重点师范院校青年骨干教师参加学习。

第一任苏联专家科瓦廖夫授课两周后，因体检发现肺结核，要求返回苏联治疗。在等待苏方再派第二任专家来接替的同时，时任北京师范大学物理系理论物理教研室主任的张宗燧便为进修班学员开课。在此期间，张宗燧先后开设了高等数学、数学物理方法、相对论和量子电动力学等课程。原本按照教育部要求，由苏联专家为进修班学员讲授理论物理的四门课，因张宗燧的课比起苏联专家讲授的理论物理更深了一个层次，对于学员们来说可是个意外收获。而且张宗燧的课不需要翻译，授课效果非常好。学员们认为张宗燧的课才是他们此次进修最大的收获，为他们打下了扎实的数学和物理基础。

理论物理进修班的最后一学期，系里要求每位学员均应提交论文，其中由张宗燧指导完成的三篇论文分别在《物理学报》和《北京师范大学学报》上发表。张宗燧为学员选取了当时最前沿的科研课题，这对学员们来说是一个很大的挑战，但这些课题最终都顺利完成并在知名刊物上发表。这些成绩的取得离不开张宗燧的指导，学员们也通过进修班的培养，打下了良好的专业基础，具备了一定的科研能力。

进修班为全国各地师范院校以及少数综合大学和工科院校培养了一批理论物理骨干教师，及时弥补了当时理论物理师资的匮乏，各单位理论物理教学也因此开展起来。与此同时，进修班还助推了学员们个人事业的发展，使他们在后来的工作中取得了大量的教学和科研成果。张宗燧在北师大工作了5年，时间虽不长，但对师大物理系大批青年教师的成长，乃至全国师范院校的师资水平的提高，发挥了非常关键的作用。

△1957年6月，北师大学理论物理进修班毕业合影

（第一排左7为张宗燧）

中国量子场论及粒子物理的奠基人

在约束系统的正则量子化方面，张宗燧作出了重大贡献。面对电磁场这一人类最早尝试量子化的约束系统，狄拉克、海森堡、费米、泡利等人都曾提出自己的方法，奈何均有不完善之处。其中，狄拉克首先从理论角度对于更一般的具有多种类型约束的系统进行研究，试图用不定乘子去写出有约束的系统的哈密顿形式。而正是张宗燧第一个指出，这些乘子的存在给量子化带来了问题。他证明，对于某一类系统，约束相当于可以通过消去某些正则自由度去解决，且在这类模型中，与约束相乘的函数可能与动力学变量有关，量子化后会不平凡。该模型实际上就是狄拉克后来所称的第二类约束。而对于另一类经典规范理论，张宗燧首先提出了该类理论采用的形式中，如果存在任意时空函数，量子化时就会有问题，并提出了初步的解决方案。此外，他还发展了对协变规范模型适用的量子化技巧，提出了将规范条件不是作为算符方程，而是作为加到态上的初始条件的方案。

张宗燧也是含有高阶导数的量子理论的最早研究者之一，他在进行了较系统的研究之后，导出了运动方程的正则形式，建立了流、能量动量张量、角动量张量以及对称的能量动量张量的规范不变的表达式，并将他的约束系统量子化方法应用其中。

张宗燧还对量子场论的相对论不变性问题进行了研究。他从类空曲面上定义的薛定谔波泛函出发，研究其随曲面变化的变化，给出了比韦斯（P.Weiss）原始形式更一般的理论，并由它导出了朝永振一郎的形式，从而证明了韦斯场论与朝永振一郎场论的等价，同时也说明了这两种方案都不能解决正则量子场论的发散困难。

1953年，张宗燧在中国《数学学报》上发表了2篇有关相对论的量子力学中算子计算的论文，讨论并解决了非齐次洛伦兹群的表示问题。他用非常简单的方法证明了非齐次洛伦兹群的表示对于作为子群的齐次洛伦兹群是可以分解的。现在看来，张宗燧的论文更有意义的地方是用“超旋量”将平移算符明显写了出来，其工作相当领先。1957年他带领学生王德懋和许永焕发展了固溶体的一种新的计算方法，把自由能按近邻矩阵的不可约乘积展开成一个级数。他在合作现象的研究中，则深入到了许多更复杂的系统，直至导出了多元多分子系统的配分函数。在色散关系及微扰论的解析性方面，张宗燧也做了一系列工作。

△张宗燧专著《色散关系引论》

1956年到中国科学院数学研究所后，张宗燧建立了理论物理研究室，并担任室主任。1958年8月，他与原子能研究所的朱洪元及北京大学的胡宁三人主导在青岛举办全国场论及基本粒子讲座，为全国培养研究人才。1965至1966年，他们三人再加上中国科技大学的相关人员，形成了“北京基本粒子理论组”，开展了层子模型的协作研究，取得了很好的成果。张宗燧、朱洪元和胡宁三人可称得上是中国量子场论及粒子物理理论研究的奠基人。

△1958年8月青岛场论及基本粒子讲座参加者合影

（第二排右8为张宗燧，右5为朱洪元）

参考资料：

参考文献：

[1]朱重远.缅怀张先生生平及学术成就[J].现代物理知识，2015,27(02):610.DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2015.02.002.

[2]喀兴林.张宗燧先生在北京师大[J].现代物理知识,2015,27(02):15.DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2015.02.008.

[3]苏熹, & 尹晓冬. (2015). 1955～1957北京师范大学理论物理进修班. 首都师范大学学报（自然科学版）, 36(3), 40–47.

[4]李申生.怀念恩师张公数事[J].现代物理知识,2015,27(02):16-18.DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2015.02.009.

[5]数学家及物理学家张宗燧小传. (2016). 今日科苑, 3, 43–43.

[6]张宗燧——百度百科.

[7]张宗燧——搜狗百科.

图片来源：
[1][2][4][6]尹晓冬.纪念张宗燧先生诞辰一百周年专题[J].现代物理知识,2015,27(02):3-5.DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2015.02.001.

[3]影像资料——数学与系统科学研究院人员专题——中国科学院.

[5] 张宗燧——百度百科.

整理撰稿｜李婉仪

编辑排版｜侯卫娜

审核监制｜桑海波

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