英國物理學會的百年變遷_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-06-27 10:01
編譯 | 姬揚（中國科學院半導體研究所研究員）
來源 | 選自《物理》2020年第12期
30年前的世界則截然不同，那時似乎已經解決了物理學中的所有主要問題。經典力學可靠地預測地球上的物體以及行星和恆星的運動；熱力學定律在蒸汽機的發展中得到了應用；麥克斯韋的開創性方程統一了電和磁的理論。大多數物理學家認為，唯一剩下的任務是改進現有的模型和提高測量技術的準確性。
這種觀點在1895年首次受到質疑，當時德國物理學家倫琴發現了X射線，它可以穿透固體甚至人體。一年後，法國的貝克勒爾發現鈾鹽會自動發出輻射。居里夫人的開創性實驗發現，這種輻射來自於鈾原子本身的發射——與原子不可分割的概念衝突。1897年，英國物理學家湯姆孫發現了電子。5年後，盧瑟福等人證實，α、β和γ輻射是因為重的原子自發分解為更輕的原子而發出的。
同時，理論學家們構建新的模型，解釋令人費解的與經典理論衝突的電磁現象。1900年，德國物理學家普朗克提出“量子”的革命性想法，用來解決黑體輻射的能量分佈。愛因斯坦在1905年利用這個概念解釋了光電效應，同年還發表了關於布朗運動、狹義相對論以及質能等價性的論文(愛因斯坦的“奇蹟年”)。
“任何一位中年物理學家都不會忘記1895年之後浪漫的10年。”美國物理學家 Henry Bumstead 在1920年説，“驚人的發現接踵而至，人們迫不及待地期盼着物理期刊……都是好消息，記錄了一系列的幾乎不間斷的勝利。”
此後又有了進一步的突破：盧瑟福發現了原子核及其分裂；美國的密立根證實了愛因斯坦的光子理論；英國物理學家布拉格認定X射線具有“粒子性”。到了1920年，物理學家們顯然需要修改一些最基本的觀點。Bumstead指出，支配原子的定律可能與當時物理學家非常熟悉的力學和電動力學定律大不相同，“對那些在舊制度中成長的人來説，這是相當痛苦的”。但他認為， “從令人着迷的和取之不盡的研究和猜想中得到的補償”遠遠超過了這種不適，“這個領域正對我們開放”。
驚奇和興奮預示着物理學的新時代。新一代的科學家們熱衷於解決原子和量子物理學帶來的難題。第一次世界大戰表明，物理學也可能有實際的好處。例如，布拉格和盧瑟福開發了更好的水聽器來探測敵方潛艇，基於此，1918年法國製造了第一個實用的基於壓電換能器的脈衝回波系統。
窘迫的處境
早期的大學實驗室規模小，設備非常簡陋。湯姆孫在1921年説，“50年前，物理實驗室很少，而且人數非常少……高年級的學生很少，打算把物理學作為一生事業的人更少；事實上，這件事情很魯莽也很危險，因為那些日子裏，向物理學家開放的唯一職位是少量的薪酬很低的教授職位，數量極少。”
到1920年代初，湯姆孫估計有800到1000名科學家在英國從事某種物理研究。英國各地湧現出培訓學生和提供實際工作設施的新實驗室，而劍橋大學的卡文迪什實驗室已成為世界著名的研究中心，有40多名研究生與資深學者一起工作。物理學家也受僱於政府實驗室和工業界。但物理學作為職業仍很少得到認可。物理學家關心外界對其職業的態度，年輕的科學家們尋求改善他們的地位。在物理學方面做過重要工作的人，有時候只有作為研究化學家才能獲得正式職位。
工資低，就業前景不穩定，實驗設備的資金不足。比較新的大學難以吸引和留住有經驗的物理學家，即使最成熟的研究中心也不得不靠微薄的資金應付。在卡文迪什實驗室工作的早期，高級學者依賴大約250英鎊的獎學金 (相當於現在的11000英鎊) 來增加工資。對標準設備 (如電流計、泵甚至電阻器) 的需求也經常超過供應。
專業的物理協會
到第一次世界大戰結束時，英國越來越需要物理學的專業協會。倫敦物理學會成立於1874年，但是着重於為討論和展示新的科學成果提供論壇。即使麥克斯韋和瑞利也無法想象任何人能靠物理謀生，更不用説科學研究將被工業或政府投入實際使用了。
需要一個組織來提高專業物理學家的地位，同時協調倫敦物理學會和其他相關學術團體的活動。1918年的一次會議討論了擬議中的“英國物理學會”可能開展的活動，包括頒發培訓證書、登記成員資格、建立共用的總部和圖書館，以及新的展覽和出版物。
1919年成立了委員會，同意 Richard Glazebrook 作為第一任主席。英國物理學會 (IOP) 於1920年11月正式成立，有300名物理學家作為會士或者會員加入了這個新組織。
此後的40年裏，IOP與物理協會 (Physical Society) 並行運行，前者負責處理專業事務，後者繼續專注於科學結果和討論。在1921年的會議上，湯姆孫明確界定了新機構的範圍。“物理學會與醫生、律師、工程師和化學家的其他類似組織一樣，為了促進職業的利益而成立……作為團結的紐帶，確保達到最高的效率標準，確保職業行為的高標準。”
為了強調IOP在政府和工業中代表物理學家的作用，第一個主要舉措是在1923年推出Journal of Scientific Instruments，目標是處理“測量方法，以及儀器的理論、構造和使用，為科學和工程所有分支研究提供援助”。當時就希望這份雜誌具有跨學科的性質，邀請了生物學家、工程師、化學家和儀器製造商加入科學顧問委員會。
隨着英國物理學會的擴大，它設立了一些學科小組，以適應領域內日益增長的專業化，以及海外和區域分支機構。還向精通特定實驗技術(如吹玻璃)的成員頒發了證書。
不斷壯大的社區
到第二次世界大戰結束時，英國物理學會越來越多地與政府合作，幫助制定科學政策和物理教育。在戰後的歲月裏，物理學家太少，無法填補工業、學術界和科學教學中越來越多的空缺。1948年的工資調查表明，畢業生可以預期在30歲之前每年獲得600英鎊 (相當於2020年的22000英鎊)，上限是最有經驗的IOP會士，大約是1250英鎊 (相當於現在的46000英鎊)。
IOP還承擔了物理協會的大部分行政工作。到1944年，這兩個組織同意就其許多核心活動進行合作，包括會議和出版物。這兩個機構於1960年合併為“英國物理學會和物理協會”，在1970年改名為“英國物理學會” (IOP) 。
從那時起，這個專業團體和學會繼續支持物理學和專業物理學家。IOP 發展和支持物理教育，向決策者提供諮詢和專門知識，鼓勵工業創新和增長，與世界各地的其他物理社團開展國際合作，並激勵來自不同背景的人探索物理學的奇蹟。與此同時，它還致力於傳播科學研究，IOP出版公司 (IOP Publishing) 成為研究性期刊、電子書、當然還有Physics World的國際出版商。
英國物理學會鮮為人知的成就之一是在1924年創立了一個慈善基金，由會員定期捐款資助。到21世紀初，該基金的價值已上升到100多萬英鎊，能夠向有需要的物理學家及其家屬提供直接的財政支持。最近，天體物理學家喬瑟琳·貝爾 (Jocelyn Bell Burnell，曾擔任英國物理學會首位女性主席)，捐贈了她因為發現脈衝星的工作獲得“科學突破獎”的230萬英鎊，使得英國物理學會能夠在去年啓動一項基金，支持來自英國和愛爾蘭大學裏少數羣體的博士生。
在英國物理學會成立時，物理學幾乎完全是男性和精英學校的領地。現在有更多的年輕人接觸物理，但是有許多可能繼續從事物理學研究的人，仍然選擇在16歲以後放棄了這個學科。IOP剛剛發起了一項名為“消減限制” (Limit Less) 的大型活動，目標是把儘可能多的年輕人吸引到物理領域，糾正公眾對物理學的誤解，消除參與物理研究的障礙，同時強調物理如何處理氣候變化、公共衞生和貧困等全球問題，支持年輕人從事物理學。
2020年的物理學界與1920年IOP成立時截然不同。它現在規模大得多，也更多樣化，物理學家今天追求的無數職業——從IT和工程到金融和教育——肯定會受到湯姆孫的熱烈歡迎。“我想代表那些對物理學感興趣的人，”他在英國物理學會第一次會議上發言時説，“向那些倡議併成立這個學會以及做貢獻的人表明我們的責任。”如果湯姆孫來到現在，他會怎麼看待英國物理學會的職責呢？
從1920年到2020年：一個世紀的科學出版物
根據2015年進行的一項調查，1920年只發表了幾百篇物理學研究論文，僅佔所有科學出版物的4%。除了第二次世界大戰期間短暫的停頓之外，物理學界的研究成果呈現指數式的增長。1950年物理學家每年撰寫大約1000篇研究論文，2010年上升到10萬篇。自1980年代以來，物理學已經佔了所有科學出版物的22%左右，IOP出版的學術期刊超過了85種。
科學文獻還揭示了物理學從單打獨鬥到合作共贏的發展過程。1978年的一項研究估計，1920年發表的物理學研究中，只有20%涉及合作。今天，根據Nature index的數據，在它追蹤的68種期刊上發表的論文中，物理科學的平均作者數翻了兩番以上，從2012年的9人增加到2016年的39人，有些文章的作者數超過了一千名。
物理學也變得更加跨學科。在1910年之前，幾乎所有的研究論文都發表在核心物理期刊上，如Physical Review和Proceedings of the Physical Society。但1920年，物理學家在其他領域發表的研究報告顯著增加，或發表在綜合性的期刊，如Nature和Science。
同時，無數不同的物理學分領域發展了自己的詞彙、方法和文化，在某些領域發表的論文更有可能引用同一個分領域而不是在該分領域之外的其他出版物。這種行為在核物理和粒子物理中尤為普遍。
本文經授權轉載自微信公眾號“中國物理學會期刊網”，編譯自 Susan Curtis. Physics World，2020，(11): 33)