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聲學所供圖
聲學所的全消聲室現狀。 倪思潔 /攝
工作中的馬大猷。聲學所供圖
馬大猷(右)與田靜合影。圖片來源:老科學家學術成長資料采集工程
馬大猷的名字,很多人不熟悉。但他做的事,很多人都聽過,有些還與每個人息息相關。
1959年,馬大猷為人民大會堂做了音質設計,讓站在人民大會堂每個角落的人都可以聽得清演講者發出的每一個音。
1962年,在馬大猷的質疑下,知識分子得以“脫帽加冕”。
1973年,因為馬大猷的提議,噪聲與廢水、廢氣、廢渣一起,被列為環境污染四害之一。
在馬大猷的晚年,他的名字多次出現在媒體上,出現的目的是批判科學界的浮躁風氣,帶著他名字的文章也因此很少“說好話”。
愛做實驗的馬大猷
馬大猷是聲學家,被譽為“中國現代聲學的奠基人”。
聲學研究離不開實驗?,F代聲學和建筑聲學的創始人賽賓,曾靠著一支風琴管、一雙耳朵、一塊機械手表,測出美國哈佛大學佛歌講堂、桑德斯劇院等10多所廳堂的混響時間,由此提出混響時間公式,開啟現代聲學研究。
馬大猷也重視實驗。他的學生、中科院聲學研究所(以下簡稱聲學所)研究員田靜對此深有體會。
1987年,田靜成為馬大猷的博士研究生,師生倆一個72歲、一個27歲。絕大部分時間,田靜與馬大猷保持著“爺孫”般的親近。馬大猷的辦公桌對面有兩把沙發椅,很多年長的師兄習慣了畢恭畢敬地站在桌頭聽吩咐,可每次田靜一去,馬大猷總會笑瞇瞇地先招呼他坐下再細談。田靜覺得這大概就是“隔輩親”。
但因為實驗的事,馬大猷對田靜發過一次火,令田靜至今難忘。
田靜是在南京大學拿到碩士學位并工作了幾年之后才去做了馬大猷的博士生,在之前的工作中,田靜形成了“把問題從理論上先想透,然后再去做實驗”的研究習慣,這和馬大猷“實驗先行”的研究風格恰好相反。對實驗極其重視的馬大猷,常批評田靜“動手慢”。
有一次,老爺子真的急了,生氣地說:“這就是你們的學風?!碧镬o想都沒想就頂了嘴:“這學風挺好的,想明白了再做?!睅熒鷤z之后好久沒說話。幾天后,老爺子看到田靜主動交過去的實驗結果才說:“我去看看你的實驗進展吧?!?/p>
馬大猷與學生的合影,很多都拍于實驗室。這些實驗室大都是馬大猷親手設計建造的。
上世紀50年代,馬大猷創立的中科院聲學所聲學實驗室,是中國第一個專業聲學實驗室。
聲學實驗室里最有特色的實驗設施之一是消聲室。1956年,馬大猷設計建設全消聲室時,“消聲室”三個字在全世界都算得上新名詞。消聲室是一種可以吸收回聲的特殊實驗室。假設一個人在空蕩的房間里說一個“喂”字,可能會聽到“喂哎哎”的聲音,但在消聲室里,“喂”就是“喂”,不拖泥帶水。
全消聲室建在一個鋼筋混凝土的“大盒子”里,室內天花板、四面墻、地面上都裝滿尖劈,尖劈的外表面是鐵絲網,里面裝著具有吸聲作用的玻璃棉,人只能站在地面尖劈上方用鋼繩編成的大網上做實驗,好像站在蹦床上一般。
1988年,馬大猷又在聲學所建了另一種消聲室——半消聲室。半消聲室只有天花板和四面墻上有尖劈,地面是平整的,空間非常大,小轎車可以直接開進去做噪聲功率檢測。
聲學所還有一種與消聲室恰好作用相反的實驗室——混響室,也是馬大猷設計建造的。與消聲室正好相反,在混響室里,“喂”會變成拖拖拉拉的“喂哎哎哎哎”。這種實驗室可以用來研究材料的吸聲效果?;祉懯曳块g空蕩蕩,房頂上懸著一條條可以讓聲音來回反射的彎曲金屬板,每一塊金屬板的大小、弧度、懸掛位置都是馬大猷計算出來的。
除了建消聲室、混響室之外,馬大猷還在香山腳下建過一間高聲強實驗室。
那是為了服務人造衛星任務而建的。1965年,人造衛星研制任務啟動。噪聲會影響機械和工程安全,長時間處于高聲強環境中,飛機鉚釘會松動、蒙皮會破裂,人造衛星也會機械損壞、儀表失靈。高聲強實驗室是可以對衛星及其儀器設備進行聲疲勞實驗的地方。
實驗室中用來模擬衛星發射噪聲的設備名叫“氣動揚聲器”。氣動揚聲器可以達到160分貝,相當于100臺噴氣發動機同時工作。在護耳器不完備的條件下,馬大猷與同事們夜以繼日地趕,做了不少材料實驗、航空部件實驗、動物實驗,得到的大量重要科研數據毫無保留地無償提供給了有關部門。
消聲室、混響室、高聲強實驗室……各種各樣聲學研究的實驗室在馬大猷的手里一個個出現,中國現代聲學研究的“底子”也一點點厚起來。
馬大猷也關注噪聲的環境污染問題。為了了解噪聲污染情況,馬大猷哪里嘈雜去哪里。他背著聲級計,帶著學生去大馬路、工廠、地鐵……1966年,他組織了第一次北京市交通噪聲調查研究,1972年又開展了地鐵噪聲的控制研究。
最終憑著扎實的數據,他在1973年的第一次全國環境保護會議上,提出在廢水、廢氣、廢渣之外,應將噪聲列為環境污染四害之一。
在他的堅持下,1982年我國制定頒布《城市區域環境噪聲標準》,1989年制定頒布《環境噪聲污染防治條例》,1996年有了第一部《環境噪聲污染防治法》。自此,馬路上不僅不再有刺耳尖銳的氣動喇叭聲,汽車也不得隨意鳴笛,許多大城市的交通路口還裝上了噪聲級實時顯示裝置。
就在大家因為馬大猷而遠離噪聲危害時,馬大猷的耳朵壞了。
突變發生在1961年的一天。46歲的馬大猷帶著學生到北京西郊機場做噪聲實驗,以研究飛機制造中的噪聲控制問題。實驗中,他們用鐵錘猛烈敲打鋼板,發出巨大的噪聲。由于沒有完備的護耳設備,實驗回來之后,馬大猷感到左耳聽覺似乎不太好。再過幾年,右耳的聽力也開始下降。
60歲前后,馬大猷不得不去配助聽器。此時,愛做實驗的馬大猷成了自己的實驗對象。
配助聽器首先要做聽力測試,受試者會被關在密閉房間里,頭戴笨重的耳機,耳機發出由弱到強的“嘀”聲。聽到“嘀”聲后,受試者必須快速按下手柄按鈕?!班帧甭暢c耳鳴聲重疊,讓人分不清到底是誰在響。很多人不喜歡做聽力測試,但馬大猷偏要反復做,還給自己畫聽力曲線,直到最后把自己研究得明明白白:“在聲音的頻率為100赫茲時與正常人的聽力差不多,到2000赫茲至3000赫茲時,就下降了幾乎70分貝?!?/p>
愛“出怪主意”的馬大猷
馬大猷愛做實驗,卻不唯實驗。
他說:“研究問題首先需要物理分析,解決問題只是數學上或實驗上的技巧,根本的是物理學上的見識?!?/p>
他還說:“勤勤懇懇只能嚴格照章辦事的人不適于搞基礎研究工作。相反,思想活躍、往往異想天開并常出怪主意的人可能更為適合?!?/p>
馬大猷就是個“常出怪主意”的人。
1937年,22歲的馬大猷在清華留美公費生項目的支持下,赴美留學。在加利福尼亞大學洛杉磯分校的實驗室里,馬大猷結識了一位出生于中國的美國師兄——博魯特。
博魯特的研究方向是建筑聲學,列出過一個矩形房間內簡正波數目的公式,被大家視為一項很突出的成就。馬大猷對博魯特的研究成果很感興趣,但總覺得這個公式有些煩瑣,于是就常把公式放進腦子里轉一轉。
有一天,馬大猷正在吃早飯,這個公式又在他腦子里轉了起來。忽然,他靈機一動,想到了一個不同的處理方式。他拿起紙筆飛快地算啊寫啊,最后,一個比博魯特公式更簡潔的公式出現在他面前。
到了教室后,他又當著大家的面演算一遍。大家先是一愣,隨后便響起熱烈的掌聲。博魯特也向他祝賀,承認馬大猷這一開創性方法比自己的“更為有用”。
1938年秋天,馬大猷和博魯特分別在美國聲學學會年會上宣讀了各自的研究成果。年僅23歲的馬大猷在國際舞臺上一鳴驚人。直到今天,這個公式依然被印在波動聲學的教科書里。
馬大猷的另一項重要成就——微穿孔板理論,也是從怪主意的靈感中迸發出來的。
1966年,國家準備進行導彈發射試驗。導彈發射時所產生的噪聲會對導彈造成影響,馬大猷擔起了為導彈發射井設計吸聲系統的重任。
在國際上,噪聲等聲音的吸收主要靠玻璃纖維、礦渣棉等多孔性材料,因為聲波可以在材料的空隙中被摩擦和消耗掉。然而,這些材料遇火會熔,遇水即爛,無法用于導彈的噪聲處理。
馬大猷按照多孔性材料消聲的原理,想出了一個辦法——在板材上打微孔。
馬大猷做出各種各樣的微穿孔板,把它們放進不同類型的噪聲環境里去做測試??墒?,他的目標卻并不是找出一塊最適合的微穿孔板。
他列出各種類型板材與噪聲條件的排列組合,依次試了兩個多月,然后從山一樣的數據中找出了規律。最后他給出了一個極其簡單的公式——微穿孔板理論。
1992年,德國在波恩新建了聯邦議會大廈。為了實現政治透明的隱喻,大廈的外墻全部用玻璃,就連屋頂用的也是半透明玻璃。12月,大廈投入使用,議會通過電視向全德國直播,然而,議長沒說兩句話,擴音系統就不響了。這一尷尬場面一度成為德國的丑聞。
技術人員仔細研究后發現,原來是因為講話人處在大廳中心位置,揚聲器高懸,講話聲音反饋太強,導致由計算機控制的擴聲系統自動鎖閉。
無奈之下,弗勞恩霍夫建筑物理研究所所長找到了當時正在那里進修的中國電聲專家查雪琴,問她有沒有辦法解決這個問題。查雪琴腦海中浮現出了10多年前《中國科學》雜志上的一篇論文——《微觀孔板聲吸收結構的理論與設計》,作者正是馬大猷。
為了驗證馬大猷的理論,查雪琴和正在德國的兩位留學生,在一塊鋼板上鉆孔做實驗,他們發現,測量得到的數據與馬大猷公式給出的理論計算完全吻合。之后他們又按照馬大猷的理論,在20厘米見方的有機玻璃板上打出幾千個小孔,并將實驗報告交給波恩的有關部門。
最終,這個讓國際專家倍感陌生的設計方案從眾多競爭者中脫穎而出。馬大猷在1966年研究出來的理論,時隔20多年,成了波恩聯邦議會大廈的救星。
曾有很多人好奇,為什么馬大猷可以這么厲害?
馬大猷從不吝嗇于分享他的科研“秘訣”:“研究的前提,就是得先有充分的學習,得具備豐富的基礎知識,又得比較全面地了解在某個領域里別人都做過什么工作、有些什么結果,孤陋寡聞的人最容易做一點兒工作就說‘首創’或‘填補空白’之類的話?!?/p>
“整個研究工作,要系統、要深入,還要特別注意不放過任何一個小的可能。我們在工作中常常會忽視一些現象,認為它雖然不太正常,但不是什么大問題。殊不知,有的時候就可能丟掉一個大問題?!?/p>
“既然要產生新思想、新知識,不通過完全集中精力認真思考是不可能辦到的,到了下班時間就不再想了是不可能的,甚至在睡眠時間也常會想起重要問題,下意識并不完全停止活動?!?/p>
他的學生常常感慨“馬先生的腦子里無時無刻不想著工作”。馬大猷也承認自己“最大的興趣就是工作”。有時,學生去老師家里做客,馬大猷的妻子王榮和會和他們聊一些家長里短的瑣事,氛圍輕松活躍??墒橇牟涣藥拙?,話題一不小心就會被馬大猷帶“偏”。王榮和常常笑著埋怨馬大猷:“你看你說不了幾句又講工作?!?/p>
馬大猷的最后一篇學術論文發表于2006年,研究的是微穿孔板的實際極限,那年他91歲。第二年10月,他因突發腦血栓住進北京醫院,從此離開了辦公室。
不愛“說好話”的馬大猷
馬大猷的直脾氣是出了名的。
晚年時,常有人來找他為新書作序,他大多拒絕了,因為作序“只能說好話”。但是,2000年,他破天荒地自愿為一本研究蟬鳴的書作了序。
這本書的作者是他的忘年交——中科院生物物理研究所研究員蔣錦昌。蔣錦昌比馬大猷小23歲,他們一個研究動物,一個研究聲音。
蔣錦昌從1966年開始從事動物在地震前異常反應行為的研究。1976年唐山大地震發生之后,這一研究內容一時間成了熱門。1979年夏天,蔣錦昌在西雙版納為地震預報培訓班講課時,住處每天都有蟬聲。從早晨6點叫到10點,又從傍晚5點叫到日落,每天準時如此。他好奇:為什么蟬那么小的身軀,有這么大的能量?它的發聲機理是怎樣的?它們之間又是如何通信的?
萌生了最初的研究興趣后,蔣錦昌有些踟躕,1981年他找到了馬大猷。馬大猷一聽,覺得“十分有趣”,并鼓勵他做下去,兩人也由此相識。
20世紀80年代后期到90年代時,研究成果陸續出來,馬大猷看了很高興。由于研究條件有限,蔣錦昌研究時使用的儀器設備大多是自己設計制作的。沒想到,在蔣錦昌嘗試著去報獎時,有人以研究裝置太過簡易為由否定了他的研究。
在“不先進”“沒有用”等質疑聲中,倔脾氣的蔣錦昌依然不放棄,從1996年起,他系統地把研究成果寫成書。然而,在尋找出版機會時,出版社提出“需要有權威專家的認可推薦”。
無奈之下,蔣錦昌再次找到馬大猷??赐暄芯績热?,聽完傾訴,年逾八旬的馬大猷立馬答應給蔣錦昌寫序。
在只有500字左右的書序中,馬大猷隔空“開懟”:
“錦昌同志以近20年的時間,從簡單條件開始,專攻一個重要課題,專心致志,孜孜不倦,作出重要成就,更是難能可貴。有些同志提倡基礎研究,但希望很快得到實際應用;也有些搞研究工作的同志急于取得成果,稍有所得即不暇深入,這都不利于科學的發展??茖W研究工作,質量是首要的?!?/p>
晚年的馬大猷對我國科技界的浮躁情緒十分擔憂,公開發表過多篇火藥味十足的文章。
2005年,他在《科學時報》(現《中國科學報》)發表《國家實力根本源于基礎研究》一文。
文中寫道:“現在的科學家大多只知道直接為生產服務是研究工作,不知創新,更不知基礎研究?!薄坝袝r看到一些科學家為引進日本產品還是德國產品而爭論,我臉都紅了。難道我們新中國成立50余年,科學水平就是這樣?科學家就干這個?”
在談到科研體制對于科研人員創造力的影響時,他說:“用行政領導方法領導科學工作的辦法必須取消??茖W家(包括教授)和技術家是基礎研究的主要力量,必須保證他們在輕松、自由的環境中工作,實行學術自由,支持基礎研究?!?/p>
由于憂心國家基礎研究發展,他一連六次給時任國務院總理溫家寶寫信,呼吁加強基礎研究工作,提高國家自主創新能力。溫家寶總理回信批示:“馬老雖已高齡,仍然關心國家的科技事業,令人感佩。他關于基礎研究和自主創新的觀點和論述很有見地,所提意見也很中肯?;A研究是應用開發的先導和源泉。我贊成馬老提出的重視和加強基礎研究的意見?!?/p>
馬大猷不愛“說好話”的性格并非晚年才有。早在20世紀60年代的全國科學技術工作會議上,他就因為不說客套話而有了“一馬當先”的美譽。
1962年,全國科學技術工作會議在廣州召開(也稱為廣州會議)??萍冀绲綍碛?50人左右,馬大猷被分在物理組。
會議開幕時,作為中央科學小組組長的聶榮臻說,“要尊重科學、尊重事實,大家有什么說什么”,還提出了“三不”,即“不扣帽子、不抓辮子、不打棍子”。
在第二天的討論會上,馬大猷率先發言:“昨天聶總報告‘三不’,不扣帽子,可是我們頭上就有一頂大帽子——資產階級知識分子。如果憑為誰服務來判斷,那就不能說我們還在為資產階級服務;如果說有資產階級思想或者思想方法是資產階級的,所以是資產階級知識分子,那么腦子里的東西不是實物,是沒法對證的。這個問題誰能從理論上說清楚?”
會議期間,周恩來總理來到廣州,讓參加會議的人一一表態。聶榮臻說,應當給知識分子摘掉資產階級的帽子。時任中科院黨組書記張勁夫也贊成。3月2日,周恩來總理向科學工作會議作報告時宣布,我國的知識分子一般不再是資產階級的知識分子。
在接下去的會議中,又有小組討論認為,“帽子”摘了,但還沒有“加冕”。于是,3月5日和6日,陳毅副總理宣布,要為知識分子脫資產階級知識分子之帽,加勞動人民知識分子之冕。
成功“脫帽加冕”后,馬大猷和幾位代表一起買來茅臺酒舉杯相慶。
馬大猷的學生張家騄在為老師寫人物傳記時感慨:“當大家沐浴在改革開放及知識分子是工人階級的一部分的政治春風中的時候,不應忘記馬大猷在廣州會議上發出的真誠勇敢的呼聲?!?/p>
2012年7月17日8時40分,馬大猷先生在北京醫院逝世,享年97歲。
北京八寶山革命公墓告別大廳的門口,懸掛著黑色的挽聯,上面寫著“大道至簡灼見真知老師學界巨擘,上善若水諍言良策先生當代鴻儒”。
這副挽聯出自田靜之手?!榜R先生說的很多話不好聽,但都是出于良好的愿望,是為了國家好,為了民族好?!碧镬o說。
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