《当代物理学进展》二十八
（二）20世纪下半叶中国的物理学研究
1949年11月1日，中国科学院成立。1950年，原中央研究院物理研究所和原北平研究院物理研究所合并，经过调整、组建为以核物理和粒子物理为主要研究方向的中国科学院近代物理研究所和以固体物理、光谱学为主要研究方向的应用物理研究所（后改为物理研究所）。
1956年“中国十二年科学技术发展远景规划”制定后，半导体研究室与固体发光研究室于60年代前期先后改组为研究所；在上海成立了以红外科学为主要研究方向的中国科学院上海技术物理研究所。1977年中国科学院制定了新学科发展规划后，在合肥筹建了中国科学院固体物理研究所。此外还先后建立了中国科学院长春物理研究所和新疆物理研究所。到80年代初，中国科学院的凝聚态物理研究，在研究机构和学科内容方面已达到相当规模。
在光学研究方面，60年代以后除物理研究所外，中国科学院大连化学物理研究所、上海精密光学机械研究所都展开了激光光谱学、非线性光学、全息学的研究。
中国关于原子分子物理的研究起步较晚，物理所和中国科学院武汉物理研究所在原子分子结构、原子分子的碰撞以及它们与光子的相互作用方面做了不少工作。
中国科学院物理所、化学所、长春应用化学研究所、福建物质结构研究所、大连化物所、上海有机化学研究所、成都有机化学研究所、武汉物理所等，在核磁共振、顺磁共振、核电四极矩共振和量子频标时标等方面奠定了一定的基础。中国的理论物理学研究，1977年以前分散在物理所、半导体所、中国科学院金属研究所、福建物质结构研究所、武汉物理所和长春物理所进行。1978年，中国科学院理论物理研究所成立。他们在统计物理、原子分子物理、多体问题、固体能谱、超导和磁性理论、金属、半导体、非线性光学等领域完成了大量理论研究工作。
50年代初，长春光学机械研究所开始进行超声的应用研究。不久在物理所内成立了声学研究室，1964年正式组建了中国科学院声学研究所。声学所联合武汉物理所、中国科学院心理研究所、中国科学院上海生理研究所、中国科学院海洋研究所和物理所等，在水声学、超声学和空气声学等方面取得了很多高水平的研究成果。
关于原子核物理、宇宙线和放射化学的研究，50年代初就已经被中国科学院近代物理研究所定为主要研究方向。1958年，中国科学院原子能研究所正式成立，1984年改名为中国原子能科学研究院。1972年，中国科学院成立高能物理研究所。几十年来，中国在粒子物理、核反应和中子物理、宇宙线物理、强子结构、等离子体物理等方面完成了大量理论和实验的研究工作。
1953年，中国科学院在数学研究所组建了力学研究室，进行固体力学和流体力学的研究。1956年，正式成立了中国科学院力学研究所。几十年来，在弹性力学、塑性力学、流体力学、爆炸力学、物理力学等方面取得了一系列重要成果。
除中国科学院以外，北京大学、清华大学、中国科技大学、复旦大学、南京大学、四川大学、武汉大学、北京师范大学等许多高等学校，也云集了一大批物理学研究和教学工作者，建立了一些重点实验室，开展了大量理论和实验方面的研究工作，在物理学的所有分支学科上都取得了一批重大成果，推动了中国当代物理学的发展。
1．力学
本世纪50年代以前，中国现代工业基础薄弱，对于力学研究的需求并不感到特别迫切，当时的中国没有专门的力学研究机构。即便如此，仍有一些物理学、数学及工程技术等不同学科的学者进行了力学专门课题的研究。新中国建立后，工业现代化和国防现代化推动力学这门古老的学科蓬勃发展，取得了一些为世人公认的研究成果。力学横跨理学与工学两类学科，考虑到力学的理学属性，着重记述中国物理学家在流体力学和固体力学方面的研究。
周培源是中国湍流理论研究的领头人。50年代，在均匀各向同性湍流理论的研究中，周培源从分析湍流的物理本质着手，利用一个比较简单的轴对称涡旋模型作为湍流元的物理图象来说明均匀各向同性的湍流运动。考虑到湍流衰变后期雷诺数比较小的特点，周培源和他的学生蔡树棠引入求解方程的相似条件和涡旋角动量守恒条件，得到了最简单的均匀各向同性湍流的后期衰变运动的二元速度关联函数。在这一思路的基础上，他的学生黄永念用同样的方法，得到了均匀各向同性湍流三元速度关联函数。10年之后，这个三元速度关联函数被S.佩纳特（Bennett）与S.柯尔辛（Corsin）的实验所证实。与此同时，周培源与是勋刚、李松年还得到了与实验符合的均匀各向同性湍流在早期衰变运动的二元和三元速度关联函数。为了统一湍流在早期和后期衰变的模型，周培源于1975年提出了“准相似性”概念及与之相适应的条件；并与黄永念把这两个不同的相似性条件统一为一个确定解的物理条件——准相似性条件。这个条件在1986年由北京大学湍流实验室魏中磊等的实验所证实，从此国际上第一次由实验确立了从衰变初期到后期的湍流能量衰变规律的泰勒湍流微尺度扩散规律的理论结果。
谈镐生对非均匀各向同性湍流进行了研究。1963年，他与林松青通过低速水槽实验表明，网格后湍流末期能量按时间的（-2）次幂衰减；他们还注意到末期湍流有随机取向、互不相互作用的旋涡条纹图象。据此，他们提出了互相独立、取向随机、只通过粘性耗散进行衰变的末期湍流动力学模型，并由此导出了（-2）次幂规律。1964～1966年，谈镐生指导博士生D.A.李（Lee）研究了非均匀各向同性的分层湍流模型，给出了末期速度和压力-速度相关张量谱的表示式，并对末期得出两点重要结论：能谱在波矢量空间的原点，即使初始时解析，以后也变得不解析；对称条件、质量守恒条件和轴对称条件不足以限定能谱在原点的包括解析性质在内的局部性质，从而不能确定分层湍流的末期衰减规律，因此，为弄清湍流的末期性质，应直接从相关函数动力学方程出发做适当近似。这些结论指出了进一步研究末期湍流的方向。在湍流研究方面，还应该提到的研究工作有：1979～1990年，中科院力学所贾复等用实验模拟手段，揭示了中尺度涡、分层湍流等复杂现象及其过程的动力学机制。实验模拟利用Taylor柱现象进行Rossby数影响的考察，证明了旋转流体流动二维性与三维性和Rossby数的关系；在分层流体湍能研究中，找到了湍流锋面坍塌开始的特征时间，湍流锋面的坍塌意味着三维湍流动能的衰减和准二维湍流的水平涡场增强这一重要物理机制。这一结果被国际同行所接受。1989年，中国科学院力学研究所建成小型低湍流度水洞，达到了1.5%的低湍流度，并将热膜测速技术用于水中实验。鄂学全提出了分层流体无平均剪切湍流扩散的理论模型，描述了湍流扩散规律，以及湍流扩散速率与湍流源、湍流速度及外部参数的关系，对两层流体系统提出的模型，不仅适用于纯流体，而且也适用于含微粒的两层流体无平均剪切的湍流扩散。
当计算机的发展尚处于初级阶段时，在流体力学中只有罕见的几个准确解，所以寻求物理问题的近似解析解颇受青睐；摄动理论是求物理问题近似解的一种有效手段。1953年，郭永怀在美国研究激波与边界层的相互作用，得出远场超声速流动与近场边界层相互作用的速度场和压力场的表达式，得到与实验一致的理论结果。在这项研究中，他把H.彭加莱所开创并为M.J.莱特布尔所发展的参数求解方法运用于远场解和近场解的对接中，这个推广后的方法按上述三人的姓氏称为“PLK”方法，现称为奇异摄动法。
运动浸没体与表面波研究，是50年代与发展水翼船有关的一项应用基础研究课题。谈镐生对无限深水中平行于自由表面做匀速运动的单频源和涡的二维问题，给出了表面波解，并提供了叠加求振荡水翼表面波问题精确解的基础。他还指出上述单频振荡源激发的表面波解的特性依赖于振荡频率ω与以同样水平速度运动的恒定强度源所激发的表面波的频率ω0之比值τ：当0＜τ＜
和τ＞
时，各有4个和2个具有不同波长的无衰减的简谐波向下游行进，上游一边则无波列；当τ=1/4时，则出现共振现象。这些结果对于认识水翼所受阻力是至关重要的。
钱伟长在润滑流体方面做过奠基性工作。他基于滑板间粘性流体层很薄的实际情况，以流体特征厚度为小参数进行摄动展开，从流体力学的纳维-斯托克斯方程出发，导出了润滑问题的高阶雷诺型方程。这是润滑流体力学早期成功之作。50年代初，谈镐生从二维不可压理想流体的一般运动方程和边界条件出发，应用时空变数分离方法，证明了有限定形分离原理：对于具有确定分离点的任何形状的二维物体，如果存在定形有限死水区，那么其特征弗劳德（Froude）数必定有限，且与时间无关。这一结果解决了当时的难题，并以其定理的简洁性和普适性而成为理想流体力学的一项经典性成果。固体力学中理论研究和实际应用之间存在着极为密切的关系。中国力学家在固体力学的各个分支上都进行了许多研究工作。结构及其稳定性是固体力学中的重要课题，中国力学家在这方面的研究成果相应比较集中。
圆薄板大挠度问题是一个典型的非线性问题，其非线性微分方程由冯·卡门在1910年提出，但长期没有找到好的求解方法。钱伟长从40年代末对此进行研究，他给出的摄动解法是用中心点的挠度与板厚的比值作为参数的参数摄动法。在这种方法中摄动次数越多，结果越准确。与数值解法相比，钱伟长用解析法手算所达到的精度以及方法的巧妙都令同行赞叹而引起国际上的重视。80年代，钱伟长指导研究生对上述研究做了进一步的完善，如用均方根挠角做摄动参数，解决了在均布压力和中心集中力复合作用下，由于中心点挠度可能为零而带来的困难；在合成展开法中用中心点位移替代载荷作展开参数，大大满足了收敛速度，并使所有边界条件都在各级近似中跨级满足。对于圆环壳，有人在轴对称壳的二阶微分方程组基础上，提出了三种不同的复变量方程，并分别给出了渐近解和非齐次解，但非齐次解又不能满足不同的边界条件。钱伟长给出了齐次解并证明了解的收敛性，与非齐次解结合，给出了圆环壳的一般解而解决了难题。
上海交通大学罗祖道在50年代初，研究了关于圆柱薄壳受扭的大挠度稳定性问题。他首次给出了圆柱薄壳扭转失稳的后屈曲大挠度理论曲线，成功地阐明了实验中存在的有关轴压与扭转失稳两者明显不同性态的现象。他还提出了壳体几何缺陷对稳性临界载荷的影响，从而发展了卡门-钱（T.Von Kár ma■-钱学森）的圆柱薄壳非线性稳定理论，成为研究壳体缺陷理论问题的先驱。1955年，罗祖道在论文《圆柱曲率对平面赫芝接触理论的影响》中，首次提出了一个计算两圆柱中心相对趋近的柔度系数的公式，此公式曾在国际上被称为“罗氏公式”。1984年，清华大学张维指导研究生完成了任意荷载下环壳、弯管的精确解（在薄壳理论误差范围内）。这个解可以说是最完整的环壳线性解，澄清了各种渐近解、近似解、数值解的精度。在这个意义上，可以说这是线性解的一个总结。这一时期，在张维的指导下，他早年的研究生赵鸿宾等分析了世界上三种主要环壳方程的精度，指出幂级数解只适合于细环壳，渐近解只适合于粗环壳。他们给出了轴对称载荷和风型载荷下环壳的逼近-渐近解，这种解可称为环壳的通用解，它对粗的和细的环壳都适用。80年代，清华大学黄克智用渐近方法系统地探讨了壳体分析的各种近似方法的理论，确立了各种近似方法的适用范围和误差量级，提出了壳体统一分类理论。他按照沿壳体中面两个坐标方向变化快慢的渐近量级阶次进行分类，导出了实际应用中最重要的各种简化理论。对于任意截面形状的柱壳，除了壳的中径R和壳厚h以外，黄克智引入了第三个特征尺寸，即壳长L。他用渐近分析的方法导出，随着 L/R比值的增加，壳体应力状态逐步从薄膜理论、半无矩理论、薄壁杆件理论而过渡到梁理论。这一方法的广泛性使薄壁杆件弹塑性变形理论达到更加完善的程度。
1930年提出的薄壳的弯曲边界层理论是薄壳理论的重要组成部分。但它的缺陷是仅能达到
的精度，而低于薄壳理论的自身精度h/R。黄克智和他的学生首次对“简单边界层”提出了完备的二次近似理论及所对应的边界层效应通解，从而使边界层解的精度提高到与薄壳理论的基本精度相协调的量级。
塑性力学中的滑移线理论是求解理想塑性平面应变问题的主要方法。1953年，北京大学王仁给出了一个从圆形边界出发的滑移线网的精确解析解，可用来检验差分解的精度。他还分析了带V形和半圆形缺口的拉伸试件的塑性区域随缺口扩展的发展过程。这是滑移线理论中少数大变形非定常运动的准确解之一，是用理想塑性力学分析断裂扩张的早期工作。王仁指导的研究组从1981年开始研究圆柱壳受轴向冲击的塑性屈曲问题。自60年代以来对这个问题的分析方法是假设初缺陷有一个波谱，求不同波长分量随时间发展的速率，发展最快的为主导屈曲波长，对应的冲击速度为临界速度。王仁等的实验表明，在超过临界速度后的初始塑性屈曲是轴对称的；而当速度提高约一倍后，屈曲形态为非轴对称的。
断裂力学是本世纪下半叶形成的固体力学新分支。70年代，中国科学院力学所王自强等提出了等应变能密度线上最大周向应力准则；将周向应力及应变能密度两个参数有机结合起来，准确预示了理想脆性材料复合型裂纹脆断准则。他们将Dugdale模型推广应用于任意弹塑性体，提出了带状颈缩区模型及裂纹颈缩区相对伸长准则。80年代开始，王自强等对裂纹顶端的弹塑性应力应变场问题做了系统的研究：对非线性裂纹问题建立了高阶渐近场的控制方程；求得纯Ⅰ型平面应变问题的二级渐近场数值解，证实了裂纹顶端的应力应变场可以用J积分及二阶级这二个参数的幅值系数来表征。对异质界面的裂纹顶端弹塑性应力应变场，王自强等求得了分离变量、HRR型奇异场。他们阐明了异质界面裂纹顶端位移场交叉匹配的特点，并提出了正则级数展开新方法，从而解决异质界面裂纹顶端的高阶渐近场问题。中国科学院力学所柳春图等探讨了含裂纹板壳结构的力学性能，完善了含裂纹板壳的基本理论，给出了含裂纹平板、球壳、柱壳裂纹尖端应力应变场的一般解。白以龙等进行了“材料的变形和断裂行为及其力学理论”的研究，通过对热塑剪切带的精细结构的观察，首次在国际上阐述了剪切带成核演化规律，受到国际同行的高度评价，被称为“白氏模型”或“白氏判据”。这一研究成果成为高速变形下剪切局部化研究的基础。张双寅等进行了复合材料断裂与蠕变性能研究，提出了非均匀有限元，节点间相对位移约束子释放概念。在循环蠕变条件下疲劳损伤与蠕变损伤交互作用规律的研究中，他们提出了单向复合材料断裂韧性与比应变能密度准则，不仅可以预测开裂方向，而且可以预测无缺陷材料的破坏强度。断裂力学中有一观点：在均匀应力场中损伤是均匀的。西南交通大学孙训方的研究指出这一观点不符合真实材料的损伤物理本质。他在研究疲劳问题时发现，疲劳总是从局部开始的，特别是在高周疲劳时，损伤往往出现在表面的某一个局部。他在1988年首先明确提出了“损伤局部性”这一崭新概念。孙训方建立了蠕变和疲劳条件下的局部损伤模型，揭示了材料非均匀性对整体损伤水平的影响及损伤对变形耦合的影响。裂纹尖端奇异场和裂纹扩展阻力的研究是弹塑性断裂力学的核心难题。黄克智和他的学生对此进行了系统性研究工作，他们取得的成果有：提出了幂硬化材料扩展裂纹尖端场的新型奇异场理论，并得到了幂硬化材料中裂纹在起裂之后，经过稳定扩展至定常扩展的整个裂纹扩展过程的裂纹尖端场；得到了描述幂硬化材料中整个稳定非定常扩展过程的理论阻力曲线，并为将整个裂纹扩展理论引入结构缺陷评定提供了理论桥梁；还得到了理想弹塑性可压缩材料的扩展裂纹尖端的弹塑性场。对弹性力学广义变分原理的研究，是中国力学家做出有特色工作的领域。1954年，胡海昌发表了《论弹性体力学和受范性体力学中的一般变分原理》，提出了三类变量的广义变分原理。在这个变分原理中，位移、应变和应力三类变量全都作为自变函数，全部方程都不必精确满足。因此，这是首次建立了与弹性力学基本方程全面等价的变分原理。在胡海昌之前，弹性力学发展史上，已先后建立了三个变分原理：势能原理、余能原理和Hellinger-Reissner的二类变量广义变分原理。不过由于它们都只等价于弹性力学基本方程的某些部分而不是全体，所以它们都可以看作是三类变量广义变分原理的特例。1955年，日本人鹫津久一郎独立地得到了与胡海昌相同的研究结果。他们这一研究成果被称为胡-鹫津（Hu-Washizu）原理。
钱伟长对广义变分原理的论证和推广做了许多有意义的工作。他把拉格朗日乘子法应用到壳体理论方面，用变分原理导出壳体非线性方程；把广义变分原理推广到大位移和非线性弹性体；提出以进入泛函而消除掉的微分方程或以约束条件为依据的分类原则，并由此而确定变分原理间的等价定理；运用高阶拉氏乘子法，解决了在Hellinger-Reissner原理中消除应力应变关系的约束时所遇到的临界变分条件的困难；在非协调元中采用识别了的拉格朗日乘子法，从而减少了和待定乘子有关的自由度。
60年代初，钱令希在关于壳体承载能力的研究中，从能量原理出发提供了一个方法。但他不满足这个虽然简单但不够一般的方法，后又和他的学生钟万勰一起提出了固体力学中极限分析的一个一般变分原理。它以假设的速度场和应力场彼此独立变分，以满足极限分析的全部方程。变分结果可以给出介乎上限与下限极限承载能力的近似解，为塑性力学中的变分原理创出一条新路。20年后，钟万勰又进一步发展了极限分析中的新上、下限定理，把60年代的工作向前推进。他吸取最优控制理论的思想，推出了参变量变分原理，并为参变量变分原理构造了一套有效的二次规划的算法。由于参变量的引入，使变分原理的实用范围得到大大扩展。
2．声学
中国有组织地进行声学研究工作是从1956年国家制订“十二年科学技术远景规划”后开始的。中国物理学家在水声传播理论、超声在固体中的散射、喷注噪声、空气声学和非线性声学等基础研究方面有重要的成就。
在水声学方面，1956年起，汪德昭领导和组织中国科学院声学所在中国的近海区进行过多次水声物理综合实验，对各种典型水文条件下声音的传播、吸收、混响、散射、起伏、水下噪声等方面取得了大量数据，并总结出一些规律。60年代初期，声学所尚尔昌、张仁和等发展了“射线-简正波理论”，在直线梯度情况下得到了由海底反射损失及射线跨度表达的简正波指数衰减因子，以后又给出了任意声速分布的简正波指数衰减系数与群速的普遍近似公式，阐明了浅海声速结构与边界条件对声场影响的规律。国外到1971年才得到类似结果。70年代，尚尔昌提出了适应于高声速海底的“三参数”模型，得出过渡距离与环境参数的解析关系，用以分析传播、混响、海洋噪声，得到很好的结果。关定华等对海底反射损失随角度增加而任意单调上升的情况，在传播衰减与距离的关系和反射损失与角度关系之间得到了简单的映射关系；发展了海底声速测量方法；并提出一种海底沉积层声学遥测识别方法，得到较高的成功率。周纪浔等用射线简正波和角度谱法计算出浅海远距离混响衰减规律，改进了国外的结果；系统地提取了海底散射系数，得到对远距离混响有重要意义、而国际文献中还没有发表过的小掠海底散射系数，受到国外的重视和引用。70年代末，张仁和等在深海研究中发展了平滑平均场理论，解决了现有方法中的发散问题，并在国际上首先提出水下声道中反转点会聚区的概念和计算方法，计算的结果与实验符合较好，证明海底反射声波也能形成会聚区。80年代初，张仁和、金国亮提出了计算浅海混响强度较完整的理论，解决了射线理论计算远程混响及影区、焦散区的困难。在计算界面散射时，提出了可分解的海底散射模型，即海底散射系数可表示为入射角函数与散射角函数的乘积，并满足互易解。张仁和还用广义相积分近似与简正波振幅函数包络平滑的方法获得浅海平均场积分表示。用这种方法计算的声场不但精度高，而且运算速度比传统的简正波方法与抛物方程法至少提高一个数量级。80年代初，高天赋、尚尔昌在波动传播理论中，从波动方程边值问题出发，导出了严格的简正波和广义射线表达式，证明了分层介质波导中简正波生成的函数和广义射线生成函数之间严格满足傅立叶变换关系，并讨论了分支线在变换中的影响。这项有创建性的工作，被国际学术界称赞为是对“混合公式”新传播理论做出的重要贡献之一。80年代中期以来，尚尔昌等还开展了浅海声场简正波过滤的理论和实验研究。他们与山东海洋学院合作，在该校的波浪水槽进行了过滤简正波的模拟实验，使用长圆柱换能器排阵，首次实现了在侧壁不消声的长70米的水槽中简正波的空间过滤，并观测了波浪表面对简正波场的起伏影响。从而对浅海声场起伏的机制做了很好的解释，并建立了被国际上称为“尚-相位比较法”的波动定位新理论。
80年代，中国科学院声学所冯绍松、钱祖文等在非线性声学方面进行了理论和实验研究。钱祖文研究了非线性声波在边界上的反射，解决了斜射入这一难题，并且发现了一项新波（Q谐波），发展了非线性声学。他们还在小水槽中观察到小振幅声波在水中出现分岔，在扰动水中出现了二分频波，并研究了脉冲参量阵的性质、参量阵辐射近场，提出新的近场处理方法，并得到了脉冲参量阵的最佳设计原则。
在超声学方面，1956年中国科学院声学所应崇福与美国同行合作发表了论文《各向同性弹性体内球形障碍物对平面纵波的散射》，被国际上认为是固体中散射研究的开创工作，并被广泛引用。70年代末应崇福在国内组织该项研究，在理论方面首次给出带状裂缝脉冲散射声场的普遍解；用新方法计算了声波平面界面上的反射及散射问题；在实验方面用“动态光弹显示技术”和首创的样品加工技术能直接观察声波在透明固体中传播和散射过程，首次观察到薄板中的兰姆波及其散射现象和固体内沿空腔的爬波，并相应地进行了理论分析。60年代，汪承灏等在超声空化方面首先发现了空化电磁辐射，通过实验促进了对声发光、空化压力效应的正确了解，并揭示了相分散作用的空化机理。1979年起，应崇福、李明轩等研究了检测用超声压电换能器在脉冲状态和固体负载下的瞬时行为，首次提出了压电换能器的“声电再生”机理；第一次从实验和理论上阐明了固体介质中圆换能器的声场由直达波和边缘纵、横波组成；发现和分析了发射时瞬态波形中的应电压等。这些研究在学术和应用上都有重要意义。80年代，声学所还开展了表面波理论、声表面波在沟槽反射栅散射理论方面的研究。汪承灏等建立了压电晶体表面上广义激发所产生弹性波场的统一普适理论，并给出了压电晶体表面上换能的全面描述和普适的二维面换能器理论。他们还研究了声表面波在表面不均匀结构（包括槽和金属条带）的散射以及在表面栅阵上的衍射，首次提出了纯声学的频谱分析器和声表面波弹性卷积器的原理及其结构，建立了有负载条件下的广义变幅器理论，提出纵向-弯曲复合振动系统和盘形聚能器的设计理论。
在空气声学方面，50年代马大猷在建筑声学基础研究领域曾继续研究了简正振动方式理论，得到其方向分布及其引起室内声场的统计分布，提出了用水平面内的方向性扩散作为厅堂音质第二评价标准，并为此发展了在水平面内的指向声透镜。1976年，马大猷提出的微孔板吸声结构属于国内外首创。利用微孔内空气的摩擦消耗声能，后面不必填充吸声材料，他由此提出了微穿孔板吸声理论，并得到广泛应用。他还和李佩滋等系统地研究了喷注噪声的产生、辐射及其抑制，推广了表示喷注噪声功率与喷注速度关系的Ligthill的理论，扩大了适用范围。他们还建立了用A声级来定量表示湍流喷注噪声的公式，求得了阻塞喷注中湍流速度继续随驻点压力增加的关系式，可解释阻塞喷注噪声随驻点压力改变的原因；还提出了多孔材料的阻塞出流，可用材料的有效通道面积和驻点压降描述，给出了完整的扩散消声理论曲线；研究了喷注气体分子量和温度对噪声辐射的影响；研究了冲击噪声对总噪声的贡献，提出了湍流噪声与宽带冲出噪声发生干涉的概念。这些研究成果同声学所关于环境噪声的研究成果一起，对认识噪声分布规律，控制噪声起到了重要的作用。
3．统计物理学
50～70年代，中国在统计物理学方面的研究工作进展不大。在1977年全国自然科学基础学科规划会议之后，统计物理被列为重要研究方向之一。70～80年代以来，中国科学院理论物理研究所和北京师范大学等单位在相变、非平衡统计和耗散结构理论等方面，开展了大量研究工作。
在相变和临界现象理论方面，沈觉连对第二类相变对称理论中里夫施茨（Lifshitz）条件的局限性做了分析。1973年，郝柏林和于渌成功地运用量子场论中骨架图方法，把重正化群理论中计算临界指数的ε展开，求解到ε3项，实现了临界指数按空间维数差展开到高阶的计算。
在统计模型方面，李荫远首次将原来应用于铁磁性理论的贝特-外斯方法推广到具有磁亚点阵的反铁磁性，证明二维点阵不能出现反铁磁有序，计算出简单立方和体心立方结构的反铁磁转变温度与交换耦合常数的关系。后来又将这方法分别推广应用到含有非磁性原子的铁磁固溶体及面心立方点阵上伊辛自旋1/2系统和伊辛自旋1系统的反铁磁性，算出了长程和短程有序度、内能、熵、比热、磁化率等随温度的变化曲线，它们都在临界点出现突变。半个多世纪以来，关于铁磁学的伊辛（Ising）模型一直是统计中未能完全解决的问题。其一维解说明系统无相变，二维解说明系统有相变，这一成果突破了平均场理论，成为后来导致重正化群方法的起点。但三维伊辛模型却一直未得出严格解。1975～1986年中国科学院理论物理所郝柏林、石赫、许以超等完成“三维晶格统计模型的封闭近似解”。郝柏林改写了二维模型的各种求解途径，建议对与三维模型密切相关的一个无规行走问题严格求解，试图得到三维伊辛模型的一种封闭的（即不是级数展开的）近似解。他们完成了三维简单立方格子的计算，得到了统计配分函数的封闭表达式。在寻求扩充上述结果的过程中，石赫、郝柏林找到一个形象的反例，说明不存在任何代数A，可以给出三维伊辛模型的严格解，从而把问题的提法改变为：寻求恰当的代数改进前面的封闭表达式。沿这一方向得到了一些新结果。他们的工作虽然未能彻底解决这一现在仍悬而未决的问题，但得到了“迄今最好的结果”（王竹溪语）。
1978～1990年，中国科学院理论物理所周光召、苏肇冰、郝柏林等完成了“关于非平衡量子统计的闭路格林函数研究”，对60年代由Schwinger建议的闭路格林函数理论框架做了系统分析，提出了一套有效的理论表述方案，并应用于临界动力学、非线性量子输运、淬火无序系统、激光、等离子体等问题中，得到了一些新的结果。此项结果在理论框架方面，给出了一个定义在闭合时间回路上的路径积分和相应的生成泛函表述，使系统的非平衡态（或平衡态）统计讯息被包含在它的有效拉氏量之中。这样就把经典非平衡统计的动力学演化和统计涨落（关联）两个基本因素明显地推广到量子情形。他们阐明了这类闭路格林函数不仅适用于非平衡或平衡的非相对论量子多体系统，还适用于相对论场论系。在理论方法上，提出了求解序参量和统计格林函数的自洽方程组。对多时空尺度的系统，用闭路格林函数方法系统地分析了低频、长波极限下的行为，对量子系统的流体力学描述和动态临界现象有重要的应用。这个描述既充分体现了系统本身的对称性，又完整地反映了统计涨落的作用。用闭路格林函数分析了非线性量子输运过程，指出这是处理这类现象的有效方法。
80年代，清华大学与河海大学，在王补宣主持下对“固体表面上流动膜沸腾与液滴蒸发的机理”进行研究，首次提出并分析了由于蒸气膜的沿程增厚、因汽液两相密度差悬殊而引起纵向压力梯度及其对层流膜沸腾传热的重要影响，独创地提出了高流速下湍流过冷膜沸腾传热的简化模型，提出了“汽液混相中间层”的设想与相应的半经验理论；探索了极高热流密度下的瞬态测试技术；提供了实用的传热关系式。他们在国际上首次发现了液滴蒸发的滴内存在着伯纳德元胞（Benard Cells）流动现象，首次揭示出微细结构的滴内可出现不同的蒸发形态，发展了实时精确记录和测定液滴蒸发速度的多种光学显示方法。他们的工作为液滴蒸发过程的研究打开了新的领域。
1980～1986年，北京师范大学黄祖洽与丁鄂江完成了“玻耳兹曼方程的奇异扰动解法”。他们用奇异扰动方法消去玻耳兹曼方程求解中的久期项，解决了历史上长期无法讨论的长时间弛豫行为和远离平衡态的气体的弛豫问题，取得了该方程解法的一个实质性进展，其结果可用于反应堆和核武器的研制与实验。
1978～1983年，北京师范大学方福康首先将I.Prigogine的耗散结构理论介绍到国内，对非平衡相变弛豫过程的触发时间、平均寿命做了研究，并对非线性系统随机层次上的Fokker-Planck方程利用李代数算子结构进行讨论，得到了非线性系统随机求近似的一般处理方法。他还运用泛函分析方法、群分析方法对反应扩散方程、F-P方程的求解判别法则做了讨论。从1985年起，方福康又将非平衡系统理论推广到研究复杂系统一般演化机制的领域，并应用于社会经济系统，形成了独特新颖的研究方向。
80年代以来，北京师范大学胡岗等在非线性系统中随机力的作用方面研究了非平衡随机系统的演化，非平衡势函数及随机共振等问题，第一次导出了随机力作用下双稳系统从不稳定态发展到最终定态的全过程的弛豫过程的积分表达式，并提出了计算不具有细仔平衡的Fokker-Planck系统势函数的双重展开理论，使这类计算形成了具有普遍性的系统的方法。1983年以来，北京师范大学杨展如和他的研究生对80年代刚兴起的分形物理进行研究，对Sierpinski Carpets上相变的普适性判据提出了重要修正。同时对多种分形晶格上统计模型的相变做了研究，求出了一类特殊分形结构的精确配分函数、自由能和关联函数，发现了在等级晶格上反铁磁Botts模型可能存在低温代数衰减相，获得了自旋为1的系统的较具一般意义的解。杨展如还根据伊辛模型求出了多种系统的动力学临界指数。从80年代初开始，中国科学院理论物理所的郝柏林坚持进行混沌动力学的研究，为中国在国际学术界争得一席之地，并且推动了中国非线性科学的发展。1982～1991年，郝柏林、郑伟谋等完成了“实用符号动力学及其在耗散系统混沌研究中的应用”课题。该项成果简洁地给出一维映象分岔图中混沌带边界和暗线的方程，给出确定一维映象超稳定周期轨道和混沌边界揉序列参数的“字提升法”，还给出了基于符号序列排序的更一般的二分定参数法，提出了符号序列的周期窗口定理和“广义合成法则”。证明了揉平面中“两次相交意味着混沌”，并且具体应用于确定Lorenz型映象和裂峰映象的拓扑混沌边界。还用符号动力学解释了反称立方映象中对称破缺和对称恢复的机制，给出对称破缺周期字的选择法则及数目；给出了圆映象的直接符号动力学描述，构造了圆映象的揉平面。此成果发现了用两个字母的符号动力学可以给出周期驱动布鲁塞尔振子周期轨道的排列方式和自洽的Lorenz方程中大多数周期轨道的排列方式。该成果还给出了计算混沌边界揉行列式主要部分即决定拓扑熵部分的方法，指出转移矩阵与构造形式语言自动机的传递函数间的关系。这是对二维映象符号动力学这个艰难而重要的研究领域的突破，它系统地开辟了实用符号动力学的新领域，把符号动力学发展成研究混沌动力学的具体工具，并用于周期驱动和自洽微分方程的数值研究。使对于各种实际动力系统的数值研究和实验研究更为深入和整体化，并提出了刻划混沌和复杂行为的严格手段。
4．光学
中华人民共和国成立前，中国的基础光学研究已有一定的基础。新中国成立后，中国物理学家在光学领域的研究，同光学的各分支学科的发展同步进行，在光谱学、激光、非线性光学、光学信息处理等方面都取得一定成就。
新中国成立不久，应用物理所的赵广增和张志三便从事激子光谱和分子光谱的研究，同时建立起在当时比较先进的原子光谱分析和研究红外线吸收光谱及喇曼光谱的实验设备。1957年，赵广增在前苏联莫斯科大学从事高分辨光谱和晶体光谱研究。他回国后，在氧化亚铜吸收、黄系激子、蓝系激子的光谱以及压力效应和空间色散方面进行了深入研究。
60～70年代，中国科学院物理所李荫远从事非线性光学和相关固体介质的研究。1964年，他从理论上进行分析，证明介质可以从强激光束中同时吸收两个频率为ω0的光子而产生频率为2ω0ωs的散射光子，同时在介质中出现能量为ωs的元激发。他应用对称分析指出，利用这种过程有可能发展一种新的光谱学方法去观测红外吸收与喇曼散射光谱中的分子振动的“哑模”。次年，这一研究成果被美国特休恩（Terhune）等人所引用。尔后，这一非线性光学效应被命名为超喇曼散射。不久，在此基础上又观测到受激超喇曼散射。到80年代中期，这一研究领域已发展成为激光光谱学中的一个分支。
1976年，中国科学院物理所叶佩弦和傅盘铭等人研究了液晶的简并四波频混频及其弛豫过程，首先观测到混频讯号的弛豫过程。随后，他们又分析了产生混频讯号的两种可能机理，即热效应和分子取向，并建立起能成功地区分这两种机理的实验方法，获得了单纯来源于分子取向的混频讯号而排除了热效应。同时，沈元壤和叶佩弦利用拓扑图方法分析了二、三与四能级系统的瞬态混频的相干效应，把四波混频的方法同光子回声的分析方法在一定近似下统一起来，并使光子回声现象更易于分析和理解。傅盘铭还从理论上讨论了J=0→J=I跃迁现象，其处理方法具有普遍性。1985年以后，他又利用微扰法计算简并二能级系统的三阶非线性极化率，研究了简并四波混频的能级交叉现象，证明可以利用这种现象测出有关能级的弛豫速率。上海光机所吴存恺等在简并四波混频的研究中，首先报导了在叶绿素甲醇溶液及其他有机染料溶液中，观测到相位复共轭的后向散射波，表明所研究的介质具有较高的非线性反射率。他们还用共振吸收方法对钕玻璃的简并四波混频进行分析，以获得较高的非线性反射率。当把这种方法用于叶绿素A的甲醇溶液时，得到了22%的非线性反射率；当用于9740有机染料二氯乙烷溶液时，物光束转换为像光速的转换效率可达25%。吴存恺等还研究了某些透明介质的简并四波混频现象，通过测量后向反射波与入射波的强度比，得以确定介质的三阶极化率。1985年以后，在非线光学领域，吴存恺和刘颂豪等利用皮秒激光技术研究铷原子高激发态的瞬态相干效应和铯原子蒸气的受激喇曼散射现象，并在碘酸锂晶体中，在可见光光谱区域获得了相干喇曼混频效应。清华大学张培林，赵朔嫣、郭延生等首次系统地研究了六波混频过程，并于1991年发表了论文《原子的多波混频与多光子激发感生荧光检测》。1980～1986年，北京大学孙陶享等在相干瞬态光谱方面的研究中，利用Stak开关技术发现了一种瞬态相干效应——红外光学旋转四波。他们利用它精确地测量了重要光谱参数（偶极跃迁矩阵元），这是当时非线性光学的一个重要进展。
在激光光谱学方面，张存浩等利用调频二极管激光光谱仪，在3657～3708厘米-1光谱区域测量了二氧化碳分子的高分辨吸收光谱，这项研究工作具有一定的实用意义。刘颂豪等观测了方解石的六阶相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）和二阶相干受激喇曼散射（CSRS），测量结果与计算结果十分一致。张绮香等在近共振散射研究中，用不同频率的入射光激发钠原子蒸气，测量散射光的积分强度，发现有关能级的激发截面随入射光频率的不同而有所变化，并利用碰撞体的相互作用势，定性地解释了所观测到的变化规律。
70年代后期，中国科学院物理所张洪钧以液晶为非线性介质，在光电混合装置中观测到光学双稳现象，并在非线性标准具中也观测到了光学双稳现象。这是前人所未能观测到的现象。在研究中，他测量了临界慢化过程，用图解法解释了所观测到的现象。张洪钧还在研究光电方法产生光学振荡的机理时，通过具有双反馈回路的法布里-珀罗（Fabry-Perot）标准具观测到连续光的输入转变为强度交变的光输出，并证明这种输出是以反馈时间为周期的自脉冲。1982年，张洪钧等通过改变脉冲宽度，在国内首次观测到混沌现象。进而，他们研究了走向混沌的道路、混沌中的滞后现象、光学双稳态与混沌运动的临界现象之间的相似性等。通过上述研究，他们还证明，在双延迟反馈光学双稳系统中，随着输入光强的增加，该系统经过锁频、准周期运动、锁相而走向混沌。这一系列研究工作，不仅揭示了液晶光学双稳系统中发生分叉和混沌现象，而且也为混沌理论研究提供了一个能够进行实验验证的非线性系统的模型。在短波段光学方面，北京师范大学颜以鸣领导的X光学实验室，于1990年成功地研制了强X光学聚束系统——库马霍夫X光透镜。这是由空心X光导管组合成的大功率白光谱X光聚束系统。他们研究了X光导管的传输特性；研制成功会聚X光透镜和平行束X光透镜；并在国际上首次将会聚透镜应用于X射线荧光分析，使X光功率密度比常规谱仪增强了3个数量级，中、重元素的探测极限提高了3个数量级，实现了使用X光透镜的微束分析。在国内首家研制成功具有国际先进水平的大功率金属等离子体Prnch软X射线源，将它与平行束X光透镜结合制成研究亚微束光刻用的平行束软X射线源，开创了国际上第一家亚微束光刻实验研究。
在光学信息处理方面，中国科学院霍裕平和杨国桢试图利用全息透镜组来实现任一给定的线性变化，以突破当时的光学信息处理只能实现傅立叶变换而用途有限的局限性。为了给实验工作者指出可行的工作条件，霍裕平利用迭代法来确定实验中所需的全息透镜及其排列顺序，继而又用优化法对一些问题进行分析，把计算方法向前推进了一步。他们还把投影算子引入图象识别中，便利了实验工作的进行。杨国桢等分析了沃尔什（Walsh）变换的实验条件，并给出了为实现二维空间 8×8复数沃尔什变换所需全息透镜系统的光学设计。陈岩松等对沃尔什变换的理论结果做了实验验证。其后，杨国桢从理论上证明，在离散条件下，利用单个全息透镜所组成的光学系统能够实现任意给定的线性变换，并为实现这种变换计算出全息透镜的振幅和相位分布，从而为实验工作指出了具体实验条件。