保罗·朗之万

保罗·朗之万（Paul Langevin，1872年1月23日-1946年12月19日），法国物理学家，法国科学院院士。其研究领域为X射线、磁性理论、分子运动论和相对论，以朗之万方程、岩石压电性和水声成像闻名于世。

保罗·朗之万在1872年1月23日出生于巴黎的一位巴黎公社社员的家庭。1888年和1893年先后考入巴黎物理和化学高等学院及高等师范学院，1897年毕业后，前往英国剑桥大学卡文迪什实验室进修一年，在约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）指导下工作。1902年朗之万在皮埃尔·居里（Pierre Curie）的指导下获得巴黎大学博士学位。

1902年，保罗·朗之万进入法兰西学院工作，1903年兼任该校理化学院教授。1904年，朗之万独立于爱因斯坦得到质量和能量的关系式，在看到爱因斯坦1905年发表的论文以后，他对相对论表示了极大的兴趣，并对相对论的阐述做了大量的宣传和普及工作，因此他与爱因斯坦结下深厚的友谊。1905年朗之万提出抗磁性和顺磁性的热力学的和统计学的理论。证明抗磁性的普遍性和它与塞曼效皮的联系。从理论上论证了抗磁性与温度无关。1913年，朗之万利用原子核结合能概念解释了核质量为什么不是氢核质量的整数倍，并对核能的释放进行了一定的推测。第一次世界大战期间，朗之万研究过弹道学和超音速气流等问题，特别是为了探测水下潜艇，开创了超声波的研究，制造了最早的声呐。1925年，朗之万担任法兰西学院校长，在此期间朗之万对中国物理学家、水声学家汪德昭进行教学，并对路易·维克多·德布罗意的物质波理论表示支持，为波动力学的创立起了促进的作用。

1931年5月19日，朗之万作为国际联盟中国教育考察团的成员到达中国上海，此时正值九一八事变，他对日军侵略中国十分愤慨，为此进行了各种声援中国的活动，他写信给法国总理白里安和国际联盟，谴责对日本侵略中国袖手旁观。同时进行多次学术报告，催生了当时酝酿已久的中国物理学会。1932年，保罗·朗之万与巴尔比斯（Henri Barbusse）和罗兰（Romain Rolland）一起参与组织阿姆斯特丹反法西斯委员会。1934年他被当选为法国科学院院士，1935年保罗·朗之万参与建立法兰西人民阵线。1940年10月30日，纳粹德国秘密警察盖世太保抓捕并软禁了朗之万，维希傀儡政府听从德军的指示免去其一切学术职务。在此期间，朗之万的女婿沙罗门被盖世太保枪杀，女儿埃伦娜被送往德国集中营。1944年第四共和国临时政府成立，朗之万年加入法国共产党。当时教育制度的改革作为当务之急，国家建立了咨询议会（Consultative Assembly），并由其委派了教育改革委员会，朗之万任主席。

1946年12月19日，朗之万逝世，葬在雨果、左拉墓地所在地“先贤祠”，享年74岁。

1908年，保罗·朗之万以布朗运动为基础，提出了在流体分子碰撞条件下的粒子运动，即粒子在流体中做无规则运动的朗之万方程：

，式中x为粒子的位置，m为粒子的质量，

为黏滞系数，

为流体分子碰撞影响的随机力或噪声项。朗之万方程首次在物理中引人了随机微分方程，随机微分方程在非平衡统计物理中被广泛采用，进一步以

代表一组缓慢变化的变量集，则广义朗之万方程表示如下：

，其中

，H为系统的哈密顿函数，

为变量集A的平衡概率分布。朗之万方程除了用来研究布朗运动之外，也被运用在其他热扰动扮演重要角色的研究领域。例如，通过求解朗之万方程可以了解生物纳米科技中以原子力显微镜配位体与受体的生物键作用强度。将朗之万方程推广到量子框架中，可以用来描述量子耗散、量子测量里的一些物理问题。

1880年，法国物理学家雅克·居里（Jacques Curie）和皮埃尔·居里研究了石英、电气石及其他矿物的压电效应。在第一次与第二次世界大战期间，法国物理学家保罗·朗之万等学者推动了压电性理论的深入研究，使其逐渐在各技术领域得到广泛应用。不具有中心对称的晶体受到外力作用时，引起晶格变形，使带电离子发生位移，致使晶体的总电偶极矩发生变化，结果造成晶体内部产生电极化作用，从而激励晶体表面产生电荷，形成压电效应。岩石、矿物压电性的定量特征主要是以压电模数来描述，它是一个复杂的各向异性物理量。由弹性理论可知，任意形状的弹性体，当受到外力作用时，物体内任意一点

处，将产生6个独立的应力分量，此6个应力分量完全决定了通过M点的任意单元面积上的应力。压电模数（d）可以用极化强度（P）与应力（T）来描述：

，理论上，无对称中心的晶体都能产生压电效应，故根据矿物晶体结构的类型推测有300多种矿物具有压电性，但其中50%极不明显，而且只有20余种已测出压电模数，有70余种矿物仅能定性地确定其压电效应。

朗之万关于抗磁性理论的基本思想是：在未加外磁场时，分子中的电子轨道运动是互相抵消的，因而分子无净磁矩，不显现磁性，但在施加外磁场后，分子中朝一个方向运动的电子加速，朝相反方向运动的电子减速，前者的电流和磁矩增加，后者的电流和磁矩减小，这样在外磁场相反方向产生小的净磁矩，从而得到负的磁化率。

水声成像起源于19世纪末20世纪初法国物理学家保罗·朗之万和SJ·索科洛夫（SJ·Sokolov）在压电陶瓷和声呐方面的研究，到了20世纪60年代以后，声全息、声层析等技术相继出现。水声成像设备也称为图像声呐。图像清晰、作用距离远是对图像声呐的基本和主要要求。要获得清晰的图像，要求图像声呐具有足够高的空间分辨力。图像声呐的分辨力分为距离向分辨力和方位向分辨力。距离向分辨力是指声波传播方向的距离分辨能力，方位向分辨力一般是指与声波传播方向垂直的方向的角度分辨能力。在军事上，由于主动式发声的成像声呐不利于自身隐蔽,多数采用被动成像，可用于水雷探测、港口防卫中对蛙人与潜器的探测等。在民用上，主要使用主动式水声成像，常用于水底地形成像、海底掩埋物体搜寻、大坝与桥墩水下结构检测、沉船与失事飞机等水下搜寻与打捞;高精度的成像设备也在养殖业中用于判断鱼的种类和数量;在科考中用于冷泉、气体泄露等探测任务。典型的应用水声成像成熟产品有:多波束测深仪、侧扫声呐、浅地层剖面仪、水下三维成像声呐等。

水下声纳成像原位检测系统

1918年，保罗·朗之万研制了压电式换能器，并应用真空管放大技术，实现了中远程目标探测，开创了近代水下声学技术。水下声学技术是以声波为信息载体，通用器件是水声换能器，根据不同的应用场景搭配不同的电子电路和软件算法构成不同用途的水声系统。

压电式换能器

第一次世界大战期间，保罗·朗之万研制出第一个实用的压电石英晶片探头。超声的基本原理就是超声波，超声探头发射超声波，发出的超声波经过组织后发生回波，回波再次作用于超声探头，探头内部的压电晶体就产生电流，产生的电流经过处理以图像形式显示到屏幕上，这是超声的最基本的原理。超声探头既要能够满足检测工艺的需要，要能够与检测仪器和检测对象良好匹配，是技术要求十分高的器件，也是超声检测的关键和必备配件。压电超声探头具有检测灵敏度高、适应性广和易于操作等特点，缺点是需要耦合。电磁超声探头和空气声探头能够进行非接触式检测，但灵敏度、信噪比和分辨力等都较低。超声探头种类多，检测能力强，适应性强。缺点是各有各的功能和特长。在超声检测中，选用正确的合适的超声探头，是实现成功检测的基础和前提。

超声探头结构

保罗·朗之万主要论文与著作

保罗·朗之万社会职务

1931年，国际联盟行政院在日内瓦召开会议期间，中国政府代表曾提出请求，希望国联协助中国政府促进中国教育和科学的发展,并使中外的文化事业易于相互交流沟通。同年5月19日，朗之万作为国际联盟中国教育考察团的成员到达中国上海，他呼吁中国物理学界联合起来，催生了当时酝酿已久的中国物理学会。朗之万还建议中国物理学会应加入国际纯粹与应用物理联盟，与国际上的物理学工作者相互联系促进国际交流。他也成为中国物理学会第一位名誉会员。在完成了国际联盟的任务后，朗之万没有与其他成员一起从上海返欧，而是返回北平继续与中国物理学界进行为期两个星期的学术交流。

朗之万对科学教育的目的、方法等有深入的思考、研究，发表过多次有影响的演讲。第二次世界大战结束后，他主持制定了法国新的教学改革计划——朗之万-瓦隆计划，这个计划是战后初期法国最有影响的教育改革计划，其基本思想一直影响了战后几十年的法国教育。《朗之万-瓦隆计划》是法国政府为指导战后法国教育重建和整体改革而出台的一份综合性教育改革方案。1944年11月，在第二次世界大战行将结束之际，法国政府成立了由物理学家保罗·朗之万任主席的教育改革委员会，授权该委员会围绕“（法国）教育体系的整体改革”这一议题进行调研并提出具体方案。1946年朗之万去世后，委员会副主席、儿童心理学家亨利·瓦隆（HenryWallon，1879-1962）领导委员会继续开展工作。经过近三年的调查研究，1947年6月，委员会向教育部提交了最终的研究报告，这就是在法国教育史上具有里程碑意义的《朗之万一瓦隆计划》。

朗之万的学生包括路易·维克多·德布罗意（Louis Victor de Broglie）、伊雷娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie）、汪德昭等多位科学家。

朗之万学生（部分）

保罗·朗之万荣誉

普林斯顿大学阿尔伯特·爱因斯坦科学教授评价保罗·朗之万：“朗之万的科学思路具有不同寻常的清晰度和敏锐度，同时对基本问题具有可靠的直觉和洞察力。我有幸认识这位纯洁和高尚的人物，对此，我只能深表感激之情。”中国放射化学奠基人杨承宗在其口述自传中评价保罗·朗之万：“朗之万是当时著名的物理学家，就在这个中学里教物理。”中国物理学家、大气电学家汪德昭在全国青年自学经验交流会上评价保罗·朗之万：“这个老师是个很进步的，很出名的人，他叫朗之万。”约里奥-居里（Joliot－curie）在“向保罗·朗之万致敬”的讲演中评价保罗·朗之万：“你始终站在那些被剥夺者、那些遭受社会不公平待遇的人民一边。你的呼声鼓舞了他们，使他们坚信，在将来的日子里，他们将和你一样，为建设一个美好的世界而奋斗。”瓦尔特·康拉德（W.Conrad）在其著书《科学发现与发明辞典》中评价保罗·朗之万：“朗之万是辩证唯物主义的维护者。”

关于保罗·朗之万与玛丽·居里之间的关系具有争议，1911年末传言保罗·朗之万与玛丽·居里之间有暧昧关系，两人之间的通信被泄露给了媒体，朗之万的妻子为了自己的4个孩子提出了法律诉讼。一说他们确实为恋爱关系，另一观点则认为因为保罗·朗之万与妻子的关系并不融洽所以朗之万妻子对居里夫人进行了恶意诽谤，爱因斯坦也认为他们并非恋爱关系。

保罗·朗之万人物关系

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