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虞 昊 李 琦 江小明
清华大学物理系，华北电力大学应用物理系，北京联合大学
王淦昌等爱国学者有句名言：“科学无国界，但科学家有祖国。”其哲理很深刻，本文试用其哲理剖析我国防雷当前面临的某些重大困惑，以抛砖引玉。
防雷必须遵循事物本身规律，故应把科学摆到首位。但雷灾及其防避又与社会生活和人的行为有关联，因而涉及社会科学是必然的。
富兰克林发明避雷针，基本上解决他所处的社会状况下城镇居民防雷的难题。二百多年来，闪电规律未变，但是21世纪的人类已进入信息社会，居民楼顶竖立避雷针将增大信息设备雷击的概率。近年国内大量引入昂贵的洋避雷针，既有科学上无知的原因，也有以权谋利的原因。
当今信息系统已成为每个国家“脑和神经中枢”[1]，雷电的脉冲电磁场对它是致命的，核武器和电磁炸弹的脉冲电磁场对它同样的致命的。由此提出了“泛防雷”，即从事防雷的科技人员(当然包括《气象法》赋予防雷职责的属于气象系统的干部)必须肩负起防备外国入侵使用的产生脉冲电磁场武器的责任。
由于我国加入WTO，雷电防护标准化成为当务之急，为加快工作，统一思想，提出“等同采用国际公认标准：原则是妥当的。可是具体到防雷领域，却出现困惑。例如当前人们似乎已认同“等同采用IEC的TC81标准”，但少数有识见的专家郑重指出：IEC系列标准仅为欧洲大陆国家所公认，而英、美、俄、日等却并不认同，根本不存在国际公认的统一标准，这正是防雷领域特殊之处。出现这一特殊现象首先是由于闪电科学本身的原因，雷击是小概率事件。迄今科学测量困难殊多，人们尚无足够科学认识[2]。例如关于闪电的脉冲波形，科学上并无明确认识，IEC标准所提出的10/350μs纯属人为规定，它是欧洲某大公司的产物而已，美国大公司采用8/20μs，过去我国科研机构和防雷企业大多仿美。现今有人力主采用10／350μs只不过是某些人近年从欧洲进口各种防雷商品，商务联系多，比较熟悉那里的标准。如果考虑泛防雷，就必须顾及国防之必需，立足于壮大我国自制防雷产品的力量，就必须在制订国家标准中维护民族企业。
另一热门话题是“防雷检测谁说了算?”海南省两个国家行政主管部门各有国法依据，使得需防雷的企业深感困惑。今年一学术会上某特大城市防雷中心宣读的论文介绍：该市公安局某大楼遭雷击，信息网络系统瘫痪，经勘查现场，发现有些计算机的接口烧焦，而所有防雷器件全部完好，没有起防护作用，可是该楼不久前经该防雷中心检测是合格的，且防雷工作也是该中心承包。问题出在哪里?电信部门一防雷专家当场向论文作者质询，作者说不清。这使与会者感到，防雷中心不太熟悉当今日新月异的公安系统使用的信息设备，这种状况是不可避免的。隔行如隔山，不可能要求气象专业干部去精通其它行业的新科技，因此就几乎很难在这样的科技设备中寻找出雷灾的真实成因，也就是难保证公安系统的这个要害部门不重演同样的雷灾。
这个典型案例显示：《气象法》仅能解决防雷检测的权限而不能确保防雷安全，后制只者*科学。按《气象法》出了这样事故，该中心有关干部必受法律严惩，显然仅凭严惩仍不可能保证不再发生类似事故。许多防雷中心干部是敬业的，主观愿望上都要求自己做好防雷，但他们大多数是改行到防雷领域，迫切需要培训上岗。可是却有这样的情况：派来的教员只懂得逐条宣讲IEC标准，强调防雷必须购用符合IEC标准的防雷商品。凭这样速成的人员上岗执行《气象法》能确保防雷安全吗?
科技难题只能*正确的科学认识和科学方法，军令状这种方法解决不了科技难题。攀登科学高峰没有省力的速成的捷径，长期的正规的高等教育过程是绝对必需的。尤其是21世纪的信息系统的防雷，需要非常广阔的基础科学知识，既需了解闪电规律又需熟悉被保护的对象，更要熟悉高频电磁场的理论和实际现象，例如防雷器件的位置和它的分布电容电感会对被保护的微电子器件产生相互作用，以致或者影响了被保护的对象的正常工作，或者影响了防雷器件自身的工作状态。
由于信息社会里，几乎没有哪个行业，哪个居民不运用信息技术，泛防雷就成为21世纪社会极为广泛而又极为重要的科技领域。无论高等教育如何提高，也不可能培养出能懂得所有科技专业的防雷知识的专家，因此必须发动和依*各行各业的专家共同进行防雷科技工作，各地防雷中心不可能垄断各种防雷科技业务“包打天下”!制订《气象法》，设立防雷中心等行政部门，不能替代各行各业从事科研，生产和检测的科技专家们，而只能依*科技专家们才能实现《气象法》赋予他们主管的防雷工作。某特大城市公安局某大楼的雷击事故是绝佳的证明。我国两弹一星取得辉煌成就，主要是由于以王淦昌、赵九章等23位“两弹一星功勋奖章”获得者为骨干的爱国科学家群体充分发挥了作用!只有把科技专家们组织起来，集中他们的专长和智慧，为他们创造科研的条件，解决他们工作和生活上的困难，处理好各方面专家的关系和培养出他们的接班人，中国的防雷事业才能大放光彩。
本文就科学研究和人才培养这两个极重要问题提出一点看法。市场经济体制易导致防雷商品的技术研究，急功近利，忽视或轻视基础研究。在人才方面，50年代全盘学苏有偏差，重专业轻基础，毕业生没有扎实的基础科学根基，几乎难以从事基础研究，以致在我国很难开展基础研究。从科技历史看，基础研究总是应用技术研究的火车头，防雷科技的发展更是如此，18世纪静电学研究的成就特别是富兰克林的科研贡献导致避雷针的发明，19世纪知名物理学家开尔芬在大气电学实验测量研究的一系列重大贡献，特别是麦克斯韦的电磁场理论的建立和获得科学实验的验证，才导致20世纪防雷技术的发展。[3]
进入2l世纪后，由于信息技术获得极为广泛的应用，雷击的主要对象已从18世纪的建筑、20世纪的强电设备转到弱电设备，特别是微电子器件、计算机芯片等，雷灾损失大增，尤其是信息设备引起的间接损失，防雷遇到种种疑难亟需解决。本文前面提到的某市公安局雷灾是个典型。作者近日还得知一个更具体的情况：国防某重要机密单位由于防雷的特殊重要，不得不采用从欧洲进口的最高级的(当然也是最昂贵的)一整套防雷产品，严格按厂方规定进行设计、安装，完全遵守最新的“IEC的TC81标准”，也就是当前某些专家竭力主张的所谓最新国际标准。可是不多久就遭雷击，被保护的极重要设备损坏了，而理应起防雷保护作用的外国最高级防雷器件却完好无恙。实践是检验真理的唯一标准，某市公安局的防雷实践和某国防单位的防雷实践证明了什么呢?“等同采用IEC的TC81标准”和符合这标准的欧洲国家的名牌最高级防雷器材等能确保防雷安全吗?谁敢立军令状?
直率地说，花很多钱从欧洲买来那里的所谓标准检测设备，以这些设备来检测各种防雷产品的性能是否符合欧洲国家认定的标准，算不得科研，更不是防雷的基础研究。而真正的科研应是在大自然的实际雷击下观测各种防雷产品和技术措施的真实现象，运用麦克斯韦电磁场理论进行科学分析，作出结论，而后再在实际雷击下比较结论与真实现象的差异。毛泽东主席1976年5月3日和荣获诺贝尔物理奖的理论物理学家李政道会见时，李政道极为精辟地说：“我们没有什么发明，就是通过实验结果求得了解。又想能不能另外做一些新的实验来校正原来的想法，实验的结果又修改想法。反复不停地进行。……”[4]2002年10月《CHINA防雷》刊登刘欣生研究员的文章，描述的关于避雷针的研究就是符合李政道论术的基础研究，有学术价值，又有实际应用价值。在兰州召开的第二届全国雷电物理、监测和防护会议上，某外国代理商在会上放映介绍该国的某种避雷针的录像片，只描述该公司的设备如何好，却毫无实验检测镜头。当场就有学者指出：这不学术报告，是作商业广告，责令其按耗去会议的时间计算付广告费。刘欣生介绍的实验研究之所以有价值，既证明了这种洋避雷针的无效，又揭示出富兰克林避雷针有改进的可能。顺便说几句：刊物若刊登这类洋避雷针广告，应同时刊登这类基础研究的论文，以提高广大读者鉴别科技真伪的水平。正如允许香烟销售并课以捐税，又要经常刊登揭露烟害的科学论文。
有关避雷针的基础研究还有更重要的：例如在我国雷电最频繁的地区作对比实验：多幢完全相同的智能大厦，处在相同的雷击概率条件下，装有避雷针的与不装避雷针的雷击情况有何差别?建筑防雷设计规范只有在这种科研基础上才能制订出来，照抄洋人的东西没有任何科学根据!
在基础理论方面有许多重要研究课题亟需进行，例如现在被某些人推崇为至高无上的“IEC的TC8l标准”就亟需运用麦克斯韦电磁场理论来审查、分析、探讨，追究这一标准与我国近年信息技术设备频繁发生雷灾有何因果关系，本文抛砖引玉略举几例：
(1)该标准所提出的“等电位连结防雷原则”，认为以导线连接的各物是等电位。可是“导体是等电位体”这一结论只适用于静电学。闪电却是迅变电磁场，而且在这种物理条件下，静电学的电位概念已不能用了，要用“延迟位”，所以“等电位”的概念在闪电袭击时绝对不成立!
(2)该标准所用的物理概念和定律几乎都是稳恒电路和似稳电路范畴，认定闪电能量是集中在导体电路里，循着电路传递。但是麦克斯韦电磁场理论明确告诉人们，闪电能量是分布在三维空间的电磁场内，导体电路内的能量是电磁场以辐射方式沿波印丁矢量规定的方向穿过导体表面进入的[5]。
无论是制订“IEC的TC81标准”者或者奉行这个标准进行防雷设计者都不注意该标准的每个规定，每个数据是根据什么科学原理，哪个科学实验，有什么样的物理条件限制。若出现雷灾，只追究防雷设计是否符合防雷规范?若符合规定，则设计者无法律责任，产品供应商也无赔偿责任，防雷客户只好倒霉，花钱买雷灾。制订防雷规范者、推广者、执行者则不但不受追究，反而名利双收，皆大欢喜。要解决防雷的这个疑难，只有跳出这个怪圈，求助于科学，从理论和实验两方面来追究防雷规范的所有条文及它所运用的物理概念。这里仅挑明一点。几乎所有国内外电磁学教科书都是从静电学开始，然后讲稳恒电流、似稳电路，最后讲麦克斯韦电磁场理论。各部分的概念、定律都没有指出其适用范围，似乎任何情况都正确。国内仅有北大前物理系主任赵凯华著的《电磁学》才在课程的末尾处以小字提醒学生注意，概念和定律有知用范围：“在各个波段里，无论实验技术和理论上处理问题的方法，都有较大差别”“频率再高，似稳电路中的一些基本概念(如电压)和基本定律(如基尔霍夫定律)开始失效”“到了微波波段，似稳电路的成立条件彻底破坏，‘电路’的概念完全由‘电磁场’概念所取代，处理一般无线电电路(似稳电路)的那些概念(如电流、电压、阻抗)和方法不能用了。”很可惜，20多年来，从事防雷的人们都没有注意到这些至关重要的物理学原则。英国牛津大学Solymar写的电磁学教科书最为高明，它彻底修改了传统的教学系统[6]，一开始就指出：麦克斯韦电磁场理论(亦即他的电磁场方程组)是迄今唯一正确的描叙一切电磁现象的科学理论，并详细讲叙这一理论，然后才依次讲静电学、稳恒电流、似稳电路等，并在每章开始都从麦克斯韦方程组出发，提出特定的物理条件，然后让学生看到，在这些特定条件下，从麦克斯韦方程组可以推导出全章所用的定理定律。从而使读者清楚认识到这些章节的概念、定律、定理、公式均是有特定的物理条件的。
由此可看到：今后从事防雷的年轻一代必须加强数理科学的正规教育，电磁学课程必须采用Solymar的科学体系，这样培养的学生才会对闪电进行正确的研究，找出它的规律，解决现代防雷的各种疑难问题，制订出符合科学的防雷规范
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IP卡
狗仔卡
发表于 2010-11-27 10:16:58
楼主
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像国内半死不活的防雷行业，干脆把它并到其他行业去吧
顶。。。。。