束星北丰硕的研究成果
1952年前,束星北在物理方面的研究工作,涉及相对论、量子力学、电动力学、统计力学等多个领域,其主要工作在广义相对论与量子力学方面。
束星北是我国早期从事相对论研究的理论物理学家之一。爱因斯坦广义相对论的引力定律,开始时只得到球对称静力场的近似解,随后K.史瓦西(Schwarzschild)得到球对称静力场的精确解。1942年,浙江大学迁到湄潭后,他又开始探索任意参考系之间的相对性问题,试图放弃爱因斯坦的统一场论,由等效原理中的时空变化率,进入相对论,只承认洛仑兹变换,将普遍时空变成相对于运动质点的时空,而不是一个唯一的统一的时空。他曾用瞬时微分洛仑兹变换方法,得到任意相对运动的参考系之间的变换,电磁场张量在具有相对加速运动的参考系之间具有相对性:无论是电荷加速运动、观察者静止,还是电荷静止、观察者加速运动,所观察到的电磁场完全一样。
束星北所研究的都是相对论的基本问题。但由于这是一个尚未成熟的课题,更由于战争和其他因素影响,他的研究探索多次中断,未能继续深入下去。在他受到政治打击之后,他还于1965年写成了《狭义相对论》书稿,很有特色,王淦昌为之写了序言,可惜该书未能出版。
动力学研究
1952年院系调整,束星北到山东大学物理系时,正值第一个五年计划即将开始。面对国民经济发展的需要,束星北毅然放弃相对论研究,决心献身气象科学。在他主持下的气象研究室,从开始只有几个人,迅速发展成为20多人的研究室。他全力以赴孜孜不倦地工作,加之雄厚的数理基础,研究工作很快上手。短短两年(1953—1954),写出气象研究论著近10篇,从物理学角度对大气动力学作了理论探讨。
在气象研究中,对于干空气绝热运动一般视作等熵变化。从等熵运动中,束星北得出决定温度直减率γ变化的因素有:空气压力变化、水平辐合和冷暖平流切变等三种。理论上比S.彼得逊(Petterssen)和B.赫尔维茨(Haurwitz)等所得结果更完善。在大气骚动和空气运动学方面,束星北得到的波速方程比C.G.罗思必(Rossby)的结果在形式上更为广泛,理论上较为完整。他还从大气骚动导出温压结构的槽脊方位和倾度关系,提出倾向与强度相互消长变化等结论,有助于对西风波的认识。束星北在“高空变压计算法的建议”中导出的高空变压公式与罗思必的公式大致相同,而理论上更严格些。关于基培尔学说,束星北曾发表两篇文章,为基培尔的假设提供了理论依据,并从基本假设出发导出预报方程,避免了基培尔学说中不合理的设想和简化。
正当束星北对我国气象研究开始有贡献时,1955年“肃反”开始。从此,他被迫停止了刚刚有了一个良好开端的事业。
动力海洋学研究
束星北晚年为开创我国动力海洋学研究鞠躬尽瘁。大约在1978年初夏,国家海洋局第一海洋研究所所长曾容三次请束星北到海洋研究所工作。束星北为这位所长的诚心所动,于1978年盛夏正式到海洋研究所工作。在他古稀之年,又抱病投身于我国海洋科学事业。
1980年春,在动力海洋学习班上,他与中国科学院声学研究所汪德昭所长共同倡导,在我国近海开展海洋内波的观察研究,在海洋研究所组建了由他领导的海洋内波研究组进行内波理论的探索研究和现场观察。为此,展开了测温链的研制,1981年完成了由12个铂电阻探头构成以单板机控制、取样、记录的测温链,并在黄海进行了内波测量试验。接着又开始研究16个热敏电阻探头构成的微机控制、取样、记录的测温链。正当他满腔热情为我国海洋科学事业不遗余力地刻苦工作的时候,不幸于1983年10月病逝。1984年他所创建的内波研究组研制成了第二代热敏电阻测温链,并用于海洋内波的正式现场测量。1985年发表了由他的学生执笔,以他为第一作者的两篇有关海洋内波的论文。这些虽是初步的工作,然而是我国海洋学界公开发表的有关海洋内波的最早的研究论文。