张信威：于无形处探乾坤

■吕旗

在60多年科研生涯中，张信威根据国家需要几经转战——核武器、高技术研究、国家攀登计划、基础研究等，甘于奉献、勇于创新，干一项精一项，为我国核武器研制和科学技术发展作出了突出贡献。

张信威

张信威（1938— ）

爆轰力学专家，中国工程院院士。1938年1月2日出生于湖南娄底。1955年考入北京大学物理系，1960年毕业分配至第二机械工业部第九研究设计院（时称二机部九局九所，今中国工程物理研究院）。长期从事核武器理论研究工作，做出了一类全新的、具有强抗干扰能力的新型初级结构设计，以第一完成人获得国家科技进步奖一等奖和多项部级科技进步奖，并被授予国家有突出贡献中青年专家称号和部级劳动模范称号。

1986年转向高技术研究，先后任国家高技术410主题（激光技术）总体研究和论证专题专家组成员、组长、顾问，率先提出“瑞利信标”概念，并深入具体的研究项目，做出了高水平的研究成果。撰写总结报告和论文20篇，获得国防科工委二等奖三项、三等奖一项及杰出贡献荣誉奖。

张信威在作报告。

1996年参加国家攀登计划中的“计算材料科学的物理基础及应用”研究，任专家组成员，用计算代替实验手段，以第一性原理计算的方式对材料性质进行研究，在国际上较早完成了有关系列理论计算。与人合著出版专著《高温超导研究》，参与的YBACUO电子结构计算获部级三等奖。

张信威获颁第八届全国道德模范提名奖。

近年来致力于异常核聚变的实验和理论研究，首先推出了小氢原子的能级公式，明确表述了小氢原子模型。2005年当选中国工程院院士。荣获第七届、第八届全国道德模范提名奖。

有人说：艺术家要有较强的形象思维能力，自然科学家要有较强的抽象思维能力。在张信威学术成长资料采集过程中，当我试着走进这位卓越的爆轰力学专家的精神世界时，却越来越感到这句话虽有一定的道理，但是不全面。

上世纪80年代，于敏听取理论设计汇报（前排于敏，二排左起李德元、张信威）。

看不见摸不着的研究对象

1960年，张信威从北京大学物理系毕业后参加工作，来到了我国唯一的核武器理论研究单位——二机部九局九所，研究的对象是物质四种形态中除了气体、液体、固体之外的等离子体。

19世纪末20世纪初，人类对第四物质态——等离子体才刚刚有所认识。随着温度升高，物质由固态逐渐变为液态乃至气态。若将温度升至几千度几万度，气体分子或原子会失去电子，成为带正电的离子，脱离原子核束缚的电子成为自由电子。这个过程称为电离。当气体中离子和电子充分多时，带电粒子间及带电粒子与环境间的电磁相互作用会起到主宰作用。这种电离气体就是等离子体。

等离子体和前三类物质不同，通常情况下是既看不见又摸不着的。

对张信威来说，更为特殊的是，他要研究的是在高温、高压、高密度条件下，瞬间发生核裂变、核聚变的情形中，所有物质处于等离子体状态之下的物性变化规律。在上世纪60年代相关核技术严格保密的情形之下，针对这个华夏大地上从未有人涉足过的领域研究，没人知道该从何下手。

既然研究对象是看不见的物质，要想探其究竟，就必须先在头脑中构建出其形态，探索出这种形态随时间变化而推进的物质在构造、物性等方面的变化规律，并以数学方程及与之相对应图像的形式比较准确地表达出来。由此看来，张信威的研究工作要开展起来，形象思维不仅不可或缺，还是重要的先决条件之一。

艺术创作可以以现实生活为宏大背景，将大千世界所有人和真实故事的原型，采用移花接木甚至无中生有等手段演绎出来。作品内容可能出人意料，但又在情理之中，只要能够打动受众，以艺术的真实让受众产生情感共鸣，就可以视为成功，其创作的真谛在一个“巧”字。

但和艺术创作截然不同的是，张信威的形象思维要依据物理概念和原理，发现并还原物质变化的精准过程，以此为基础，不能有任何的夸张，以缜密的推导、合理的逻辑和实验结果对事实判断（物理规律）进行论证，以抽象的方式使研究对象不同时刻形态片段具象化，并将研究对象片段连缀处理成动态持续的效果，从而描述物质整体演进过程，以研究核武器的理论设计方案。其工作的基准离不开一个“实”字。

“眉头不皱”，计上心来

在研究过程中，由于核裂变、核聚变的特殊性以及我国当时所处的经济状况，不可能具备有一个物理设想就做一次核试验的理想条件。在计算机上以数值模拟实验的方式就成为了一种主要的研究手段。

而上世纪60年代初我国数值模拟工作的早期，因为没有成熟的计算机软件作为支撑，这种手段需要物理设计人员与数学计算人员密切配合方能完成。

当时计算机还处在电子管、晶体管时代，计算过程中需要数值计算人员反复在计算机的控制面板上“扳道岔”（计算过程中人工干预扳控制键、按按钮的俗称），以保障能够顺利“算”下去。两类人员一般的工作模式是：物理人员建模、提模型，计算人员完整算出模型结果，提供给物理人员分析，物理人员根据分析对建模进行必要的调整，再提供新模型给计算人员计算。

在计算的时候，物理人员可以休息等待。而张信威不同，他次次都要跟着计算人员一起上机。

只要有计算的中间结果打印出来，他马上在现场分析，新出炉的一行行计算结果，瞬间在他头脑中构成一帧帧连贯鲜活的物质（等离子体）变化形态。一旦计算出的结果所反映的形态与他头脑中预计的理想形态不相符，他就立马分析两者之间产生差异的原因，待缘由查明后立刻叫停计算，马上调整模型再算，进入下一个“计算—分析—调整—再计算”的周期。

跟他合作的数学伙伴常常被他这种方式折腾得不胜其烦，午夜12点到早晨8点的大夜班，本来相对完整的上班时间，被张信威“搅”得支离破碎，一个班下来，感觉超乎寻常的“累”。而张信威却精神抖擞、反应奇快。

埋头于工作中的张信威。

久而久之，和他一起工作的计算人员难免有些“怨言”：你眉头不皱尚能计上心来，如果你一皱眉头，真不知要“累死”多少人。但大家又都十分乐意与他合作，因为工作效率特别高，同样的工作时间内可以多算不少模型。

这种别人想用而又很难学到手的工作方式，必须以在头脑中迅速构建起物质形态的超强形象思维能力为保障，而张信威恰恰具有这样的能力。

和他一起出差的同事说，他在宾馆开电视机纯属浪费，电视机里传出的动静最多是他思考问题时的伴音。但也有例外，每当播出《动物世界》栏目时，他会看上几眼。或许，栏目中那些肉眼看不到而又真实发生的事，或者稍纵即逝却被高速摄像机精准捕捉到的动物举止纤毫毕现的完整过程，与他头脑中看不见研究对象的形象思维有些许关联吧。

（作者单位：北京应用物理与计算数学研究所）