第一传奇：氢原子光谱研究之父谢玉铭

寂静回声

在第一传奇：数学家力学家我国计算机第一人董铁宝
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帖子中，董铁宝全家回国后，住到了燕东园别墅区40号楼。
燕东园在海淀区北京大学校园东门外大约一里的位置，自1926年到1930年间建成，居住过多位燕京大学和北京大学的知名学者教授。
因为进院子要上缓坡，老燕京人管它叫“东大地”。

今天介绍的谢玉铭在20世纪30年代也曾在燕东园小洋楼生活过一段时间，燕东园42号楼。


谢玉铭，字子瑜，1893年６月５日生于福建省晋江县祥芝乡赤湖村（今属石狮市），４岁丧父，随母亲迁居泉州城内，家庭生计全靠母亲一人维持。
基督教传到闽南后，外国传教士看到谢家生活困难，就对谢母说：“你过来帮我们传道，不识字也没关系。”当时，传教士向老百姓普及一种“罗马拼音”（当地人俗称为罗马字），再把《圣经》译成罗马字，即使是不识字的人也能很快学会其中的内容。就这样，谢母开始帮教会工作，吃饭的问题解决了，谢玉铭的学费也解决了。
养正小学毕业，培元中学毕业。
培元中学为谢玉铭免除了高昂的学费与食宿费，由于学习成绩优异，被母校推荐进入北通州协和大学（燕京大学前身）。
1917年大学毕业后。谢玉铭放弃了赴美留学的机会，回到培元中学担任物理、数学科教师，兼任英语教学工作，以报答母校栽培之恩。
就在那时，谢玉铭认识了郭瑜谨，俩人结婚后生下了长女谢希德。
1921年，燕京大学首任校长慧眼识珠，聘请谢玉铭回校担任物理实验等课程的教学。
1923年，他获得“洛克斐勒基金”资助赴美留学，进入哥伦比亚大学研究生院攻读物理学，一年后获硕士学位。
为向名师求教，旋即转学到芝加哥大学继续攻读物理学。
在谢玉铭留学期间，郭瑜谨不幸得了伤寒而去世。
那时著名的物理学教授、诺贝尔奖获得者Ａ．Ａ．迈克尔逊和R．A．密立根均在该校物理系任教。
谢玉铭曾在迈克尔逊的指导下从事光干涉的研究，1926年获得博士学位。
谢玉铭学成后遵约回燕京大学，初任副教授，后任教授，1929年至1932年任物理系主任。
谢玉铭在燕京大学任教时认识了后来的妻子张舜英，两人于1928年结婚，婚后一连生了三个儿子谢希文、谢希仁、谢希哲。


1935年，谢希德与父亲谢玉铭、继母张舜英及弟弟们，谢希德比三个弟弟分别年长8岁、10岁和14岁


“九．一八”事变后，谢玉铭在物理系普及无线电收发报技术教学，并组建通讯组向全校公布抗战消息，激发了广大师生的爱国热情。

1932年，谢玉铭再度获得“洛克菲勒基金”资助赴哥伦比亚大学，就任客座教授。在此期间，他和Ｗ．Ｖ．胡斯登合作，开展了“氢原子光谱精细结构”的研究，并获得极为准确的实验结果，1933年9月合作撰写了《氢原子光谱Ｈ阿尔法线的精细结构》著名长篇论文。
1934年2月，该论文在《物理评论》发表杂志上，由此引起物理界的震惊，导致“重整化问题”的进展。
这是是物理学界的一件大事，这项重大的科学研究成果是对科学事业的巨大贡献，按照后来的情况来看，他们完全可因此获得诺贝尔物理奖，但由于种种原因未果。

谢玉铭与W．V．胡斯登进行的研究，最初的目的是精确测定在光谱学和量子电动力学中均有重大意义的“阿尔法常数”。它在光谱学中称为“精细结构常数”，在量子电动力学中则被称为“耦合常数”。
1930年，大部分实验结果都一致认为阿尔法常数值为1/137，并已确知阿尔法常数只与电子电量、普朗克常数和光速三个常量有关。阿尔法常数因此把三条基本理论联系起来，引起了许多物理学家极大的兴趣。著名物理学家W．K．海森伯和W．泡利，希望能探究出阿尔法常数为什么是1/137，而不是其他值，还认为，如果揭开这个谜底，即可以解决量子电动力学“重整化问题”。而著名天文学家Ａ．爱丁顿则把阿尔法常数视为“揭开宇宙结构之谜的钥匙”。
由于对阿尔法常数的极大兴趣，几个实验组都在从事氢原子光谱的精细结构研究。
原子光谱与核外电子在原子的能级间的“跃迁”相关，原子的能级又与阿尔法常数相关。根据W.A.M.狄拉克理论，可计算出氢原子能级；而根据选择定则，则可确定哪些能级间存在“跃迁”发生的可能，因而可在理论上预知氢原子该有怎样的“光谱结构”。



迈克耳逊和莫雷曾使用干涉仪，对氢原子光谱可见光巴尔末线的第一条和第二条谱线进行了实验观察，发现第一条谱线是双线结构，且彼此的间隔很小，测得第一条谱线两峰的波长差仅为0．135埃。在表观上还因强度各异而构成细微相距的双峰，谢玉铭和胡斯登曾把这两峰分别称为“紫峰”和“红峰”。
两峰的频率差的理论计算值，对于贝达线为0．3440。谢玉铭和胡斯登利用“法布里——珀罗干涉仪”，在严格控制可能引起实验误差的条件下，进行了仔细的数据处理，但是其实际测定值还是比理论计算值小，为0．3298，两者相对值为0．959，约96%。
对于阿尔法线双线测量的间隔，谢玉铭和胡斯登测量的为0．317～0．320，威廉所测的为0．319，德邻握特所测的为0．316。阿尔法线的频率差的理论值为0．328，相对值也同样是理论计算值的96%。
褚圣麟在他所著的《原子物理学》（人民教育出版社）第四章中引述了他老师谢玉铭及合作者的实验结果：“后来有好些人进行过这样的测量。胡斯登和谢玉铭精密测量了这双线的间隔，测得的数值肯定只是按上文（7）式算得的96%。”
其他巴尔末线系谱线也得到相似的结果，这样一来，就相当于要把阿尔法常数值从原来的1/137改变成1/139．9。

但是，由于阿尔法常数只由几个常数决定，又已得到了精确测定，因此，要做这样大的修正，理所当然地令人难以接受。如谢玉铭和胡斯登实验所达到的精确度，就足以排除产生这个差异的实验来源。
为此，谢玉铭和胡斯登向《物理评论》撰写的论文，首度全面详细地介绍了他们的实验方法、数据处理以及实验结果，并且大胆提出：“这个差异如此之大，它不可能是构成阿尔法的几个常数的测量误差所引起的。我们不能不得出这样的结论：‘我们所用的理论不足以解释实验结果。’”
他们还进一步指出：“产生这个差异的原因，可能是计算能级时，没有考虑电子和它的辐射场的相互作用。”意思是差异产生于后来才被称之为“自具能”的影响。
今天回过头去看，谢玉铭和胡斯登的实验、结论和进一步分析都是完全正确的。他们的这一重要提议，后来（1947——1948年）成为量子电动力学“重整化理论”研究的主要发展方向。
令人遗憾的是，谢玉铭与他的合作者最先采用“光学方法”所得出的、后来被称之为“蓝姆移位”的结论，当时并没有引起科学界的充分注意，导致他们与诺贝尔物理奖失之交臂。

原因是当时各实验组所使用实验手段和实验结果不尽相同，特别是没有互通情况而进行全面分析整合，这是包括权威人士在内的几乎所有人们认识上的混乱所致，使这个完全正确的结论未被引起重视。
当时加州理工学院的F．H．斯佩亭小组和康奈尔大学的R．C．吉布斯小组，虽然也得出了类似“实验值小于理论值”的结果，但斯佩亭小组在当年年末就发表了文章否定自己原先的结果，宣称经过“数据再处理”后“实验和理论相符”；而吉布斯小组继谢玉铭和胡斯登之后虽也发表了论文，却认为实验和理论不符是因为ｎ为2的两个能级并不相同，有一个小的相对移位，没有从理论上提出何以会产生这个移位。
正是由于他们各自不同的结论，因而淹没了谢玉铭和胡斯登的正确结论，也没有引起当时理论物理学界的足够重视，就是名重一时的理论权威Ｐ．狄拉克和Ａ．索末菲等人也未从理论上去找原因，而更多的则是认为是实验本身出了问题。
时逢第二次世界大战期伊始，由于许多物理学家均参加了与战争有关的科学研究的缘故，致使对谢玉铭和胡斯登的实验结论的混乱看法，在经过好多年以后才得到澄清。

谢玉铭和W．V．胡斯登在氢光谱巴耳末系的精细结构的研究中，以实验测定精细结构常数阿尔法常数值，结果发现实验光谱线间距小于相对论理论计算值，且其差异又超出了实验误差的可能范围；要解释这种差异，不能将理论计算的阿尔法常数值从1/137改为1/139.9，谢玉铭与合作者大胆提出，产生这个差异的根源可能是理论计算中忽略了电子和辐射场之间的相互作用。
谢玉铭回国后，1937～1938年间谢玉铭的合作者W．V．胡斯登指导同样来自中国的朱正元再做相关的实验。他们对具有空心阴极的液态空气冷却放电管，使用干涉仪测量该管所发射的电离氦的λ4686谱线的精细结构，具体测定组线间的相对强度和位置，结果是其实验值与理论预言大致符合，再度证实了他和谢玉铭提议的正确性。
十五年后，W．E．蓝姆等人以“微波共振法”重新研究氢原子光谱得出的结论，完全证实了谢玉铭及其合作者的提议的正确性。
从1937年开始，加得福尼亚州斯坦福大学W．E．蓝姆在Ｅ．李瑟福的协助下，采用射频波谱学方法研究氢原子光谱，经过无数次失败后，终于在1947年准确地测定了ｎ为２的两个能级，发现其中确有一个4．4×10－６电子伏特的移位。
众人所从事多年的这项“重整化实验”研究工作，最终至蓝姆才引起物理学界的巨大震惊。
1955年蓝姆因此皆对电子磁矩作出精密测定的哥伦比亚大学物理学家库什双双共获同一项诺贝尔物理奖。
不久H．贝特在理论上完成了“自具能”修正计算，将“重整化理论”工作进一步推向深入。
1947年～1948年，日本理论物理学家朝永振一郎、美国理论物理学家J．S施温格和R．P范曼三人在继续从事“重整化理论”研究。

他们从不同的观点出发，各自独立地去研究相同的一个问题；并且分别提出了避免同一困难的办法，即解决在采用量子电动力学来计算任何电磁相互作用现象作高次近似计算时，得到的结果总是无穷大的问题；同时又得出了与爱因斯坦相对论相一致的量子电动力学公式，而成功地解释了某些电磁现象中极为精细的效应——蓝姆位移；还证明了该公式在测量和解释原子、亚原子粒子行为中是极为有用的价值，因此他们共同获得1965年度诺贝尔物理学奖。
胡斯登、谢玉铭所采用的实验手段虽然与蓝姆等人不同，但是他们的研究方向完全相同，研究结果也完全相同。因为谢玉铭和W．V．胡斯登的“氢原子光谱的研究”与“重整化的实验”、“重整化的理论”就本质、结论和研究方向来说是完全一致的。
但是，境遇却并不相同，这理所当然地会引起关心这一重大工作的人们的关注。科学的本质是“是事求是”，历史也总会作出公正的论断。
1986年初出版的《第二次创造——20世纪物理学革命的缔造者》作者，物理学史作家克里斯和曼在该书中对W．V．胡斯登和谢玉铭发表在《物理评论》上的论文推崇备致，认为该文在当时作了一个“从现在看来是惊人的提议”！

1986年3月，杨振宁博士在纽约购买到了这本书，当他看到该书对W．V．胡斯登和谢玉铭工作的推崇后，立即感觉到其之一的“Y．M．Hsieh”，应该就是复旦大学校长谢希德的父亲谢玉铭。
谢希德恰好正在美国访问，还打通了杨振宁的电话，以进行有关学术交流、讨论。杨振宁正要找好，就问她谢玉铭教授是否在20 世纪30年代初曾在加州理工学院与W．V．胡斯登合作过？当得到她肯定的回答后，杨振宁博士兴奋地告诉她，关于《第二次创生——20世纪物理学革命的缔造者》所记述的事情。
“你知道不知道你父亲那时的工作很好，比蓝姆有名的工作早了十多年，而且蓝姆的结果证明你父亲的实验的正确的？”
“我从来不知道，当时他只告诉我在从事很重要的实验。”
“你们父女都是研究物理的，蓝姆1946年到1947年的工作引起震惊时，你已是物理学工作者了，他怎么没有和你谈起他自己30年代的工作呢？”
“说来话长，我们没有机会。家父建国前去了菲律宾，他写信要我留在美国或英国。我于1952年回国，回国后曾多次给他老人家写信。我猜他对我不听他的话很不高兴，所以我们始终没有机会讨论他早年的工作。”
后来谈起此事，杨振宁博士不胜惋惜，认为当时要不是产生了那场混乱的辩论的话，那么W．V．胡斯登和谢玉铭应该早在20世纪30年代，或者迟至40年代就已获得了诺贝尔物理学奖，那么中国人获得该奖项恐怕也就提前了几十年。
对于W．V．胡斯登和谢玉铭的这一巨大贡献， 1989年12期和1900年第11期《今日物理》杂志，以及Ｈ．克拉齐（Krach）所著的《狄拉克传记》一书，均把用“光学方法”发现“蓝姆移位”这项杰出工作的首功，归于W．V．胡斯登和谢玉铭，这项工作确实在光谱学和量子电动力学发展史上具有里程碑的重要意义。


抗日战争爆发后，1937年，厦门大学分批内迁长汀。彼时，在烽火中的厦大师生800里跋涉至长汀建校，办学条件非常艰苦，但在长汀山间，学校教学科研不仅从未间断，反而更加严格认真，学科规模日益扩大，声誉日增，光芒耀眼，全校师生艰苦办学、自强不息的精神远扬于外。正是这般“身处逆境而正义必胜”的信念，感动了不少学界教授奔赴厦大支援，谢玉铭教授就是其中一位。

1937年谢玉铭全家在燕东园42号楼的合影，从左至右分别为长子谢希文、谢玉铭、夫人张舜英、幼子谢希哲、长女谢希德、次子谢希仁。

抗战爆发后，谢玉铭离开北平，先后辗转湖南大学、唐山交通大学任教。
1939年，他不畏长汀环境艰苦，应厦门大学校长萨本栋之聘，任物理系教授，这一待便是7年。

当时国民政府教育部规定：国立大学的校长、教务长、训导长、总务长都必须加入国民党。
谢玉铭也加入了国民党，但仅仅是一个名义上的国民党员，不交党费，不参加组织活动。
他对国民党完全没有好感。不问政治，对四姐弟也是同样的要求：“政治方面都不要管，你们念一个博士回来，以后好好教书，就走这一条路。”
因此，姐姐谢希德在学校没有参与过任何党派活动，却因为喜欢音乐，加入了基督教会合唱队。其实，谢家的孩子都不信教，只是单纯地喜欢那些动听的歌曲。


1939年12月31日厦大通讯，新聘教职员介绍之谢玉铭


内迁闽西山区的厦门大学师资匮乏，但萨本栋校长为提高教学质量，强调并要求教授开设基础课。谢玉铭到校后第一学期就开设5门课程，每周担任25课时的教学任务，给学生讲授理工科基础课，如微积分、普通物理学、普通化学、普通生物学等，为学生以后的学习打好基础。
谢玉铭教授常常教育学生，做学术研究要一步一步来，只有打好基础才会有更好的成就。正所谓根深才能叶茂，这一质朴的教诲牢牢刻在每一个学子心中。
”实践是理论的源泉，是自然科学的根本。”他先后两次在国外得到名师益友的悉心指导，接受了严格的训练，深切体会到实验工作在理工学科中的重要性。回国后，不论在哪所大学任教，他一直非常重视培养学生的实验能力，改善所在院校实验环境。在授课时，几乎每堂课都有生动且富有启发性的演示实验。这些实验并不依赖当时流行的教材，而是谢玉铭教授不惜大量的时间、精力，别出心裁地设计出来的。演示所用的仪器设备也多是他亲自设计、制作。这些实验很受学生欢迎，有着非常好的教学效果。

谢玉铭教授曾说：“（空有）物理实验室而无一个为它服务的好的机械车间，不能称之为完善的实验室。”在那个时代，这是非常有见地的科研教学主张。再穷也不能穷教育，当时的山城长汀，经费来源极为困难，但他坚持进行物理实验教学，而且做到最多两人一组，所用的一部分仪器也是在他的带领下自行设计制造的，并自力更生地建立起了厦门大学的金工厂和实验室。此外，谢玉铭教授对学生的实验操作和实验报告，尤其对于数据处理、结果讨论都有十分严格的要求。学生们得到了丰富全面的知识培养，在实验中培养动手能力，谢玉铭教授功不可没。

谢玉铭教授（左二）

谢玉铭在厦门大学任职物理系教授期间，先后兼任物理系主任、理学院院长、教务长等职。
谢玉铭也是中国物理学会1933年公布的第一批会员88人中的一位，他为祖国培养了不少物理学家，如孟昭英、鲍家善、卢鹤绂、洪品等。
在物理研究与教学之外，谢玉铭教授也积极参与到教师教研工作的筹划、实验室的建设、图书仪器的购置和管理、规章制度的建立与执行等事务之中。1945年，厦门大学从长汀迁回厦门之时，时任教务长的谢玉铭教授也被委任为图书组的召集人，为厦大复原工作做出了贡献。
谢玉铭教授还主编《中南日报》上的学术副刊《科学》，每周刊出，以通俗的文字深入浅出地介绍科学原理，开辟了专业知识传播社会的新渠道，受到读者的广泛支持。在学术工作之余，谢玉铭教授还是校音乐委员会主席。他不仅给予学生歌咏团以指导和鼓舞，还帮助他们修理钢琴，并曾为学校的大型歌唱活动进行钢琴伴奏，颇有音乐大家风范。

除了传道授业解惑，他也是一个以身作则的师者、长者，为学生、子女启智明德。生活中，谢玉铭教授是一个和蔼可亲的长者，对学生和青年同事一直是和气亲切的态度，关心他们的学习进步，并用引导、启发、协助的方式教育和督促学生，令人感奋。在谢玉铭教授的影响下，学院学术气氛浓厚、考试严格，学生学习成绩优良、学风严谨，这种自强不息、艰苦奋斗的精神，确实令人感慨不已。
同时，他也是一位严格的父亲。在他儿子谢希仁的回忆中：“好好念书，将来要做学问”是父亲常常挂在嘴边对子女的告诫，在父亲心目中，“教书”是一份最好的职业。
优良的家风让他培育了优秀的子女，长子谢希文是北京航空航天大学材料科学教授，次子谢希哲是新疆农垦厅勘测队高级工程师。
他的女儿谢希德在1946年毕业于厦门大学，在物理学领域成就斐然，后被誉为“中国半导体之母”、“新中国第一位女校长”。



1945年抗战胜利后，国民政府恢复公费留学考试。第一次考试的报考人数特别多，竞争相当激烈。谢希德也参加了那次考试，不过没有考上。
于是她在沪江大学（今上海理工大学）当物理系助教。当年，沪江大学有美国教授任教，她给一个美国女教授当助教。后来，美国女教授为谢希德写了一封推荐信，帮助她申请到去史密斯学院留学的机会。

1950年朝鲜战争爆发，美国禁止学习理、工、医、农的中国留学生回国。
谢希德与曹天钦青梅竹马，曹天钦在英国想了个办法，请他的老师李约瑟出面写信让姐姐赴英结婚。凭着李约瑟的名气，美国终于放行。

1952年，谢希德、曹天钦在英国结婚

1920年12月5日，曹天钦生于北平（现北京）的一个普通知识分子家庭，原籍河北省束鹿县，父亲是教师。
1932年，曹天钦考入燕京大学附属中学。
1935年夏，入通县潞河中学。
1937年，转入北平育英中学，完成了高中学业。
1938年，入燕京大学学习化学。自一年级至三年级由于成绩优良，获得学校的奖学金。
1941年，曹天钦离开北京，去陕西参加中国工业合作运动。
1943年，燕京大学在成都复校，曹天钦回燕大继续学习。
1944年夏，获得得理学士学位。随即受中英科学合作馆李约瑟博士的邀请赴重庆，参加中英文化交流工作。
1946年10月，经李约瑟博士介绍获得英国文化委员会奖学金，赴英留学，先在剑桥大学攻读化学。
1948年，获学士学位。此后，曹天钦醉心于制革研究，而制革和蛋白质化学有关，因而又改攻生物学，师从著名生化学家K.Bailey研究蛋白质化学4年，主要从事肌肉蛋白质的物理化学研究。
1951年，曹天钦拿到了剑桥大学博士学位，同时还被该校罔维尔基斯学院选为院士，这是该院历史上第一个中国人获此殊荣。
1952年10月1日，曹天钦和妻子谢希德从英国启程于到达上海。
1953年，将该蛋白的重链与轻链分离开来。
1956年5月，他和谢希德分别在中国科学院生理生化研究所、上海复旦大学任职。
1958年，曹天钦与几位青年科技人员一起，首先建议开展人工合成牛胰岛素的研究，并在其后的3年中是这项研究的几位领导人之一。
1959年，生理生化研究所分立为生理和生物化学两个研究所。
1960年，曹天钦被任命为中国科学院生物化学研究所副所长，直至1984年。
1966年，在第二次评审人工合成牛胰岛素的会议上，他又建议开展胰岛素X光晶体衍射的研究。
1963年，完成的有关原肌球蛋白类晶体电子显微研究。
1979年至1988年，被选为中国生物化学学会副理事长兼秘书长，他和当时的生物化学研究所所长王应睐一起，为生物化学研究所和中国生物化学事业的发展呕心沥血，不遗余力。
1983年，他被瑞典皇家工程科学院选聘为国外院士。



１９４６年 谢玉铭应菲律宾马尼拉东方大学之聘，任该校物理系教授兼系主任。
１９６８年谢玉铭退休后迁居台湾，曾兼任台北市实践家政经济学院物理、英语教师多年。
１９８６年３月２０日 逝世于台北市。



2024年长子谢希文在燕东园42号楼的合影
金属材料科学家谢希文
https://www.doc88.com/p-3468616996881.html

2023年12月27日下午2点，厦门大学档案馆举行了一场隆重的捐赠仪式。厦门大学校友谢希德先生的儿子曹惟正先生和校友谢希文先生的女儿谢晓慧女士专程前来，将其家族珍藏的祖父谢玉铭先生以及谢希德先生、谢希文先生的珍贵史料捐赠给档案馆。
https://dag.xmu.edu.cn/info/1019/4598.htm