第6章 列夫·朗道

列夫·朗道是一位“科学怪杰”。

有一次，爱因斯坦演讲，当主持者请听众对演讲者提问时，一个年轻人从座位上站起来说道：“爱因斯坦教授告诉我们的东西并不是那么愚蠢，但是第二个方程不能从第一个方程严格推出。它需要一个未经证明的假设，而且它也不是按照应有的方式为不变的……”在大家都惊讶地回过头来注视这位似乎不知天高地厚的年轻人时，爱因斯坦对着黑板思索之后，却说到：“后面的那位年轻人说得完全正确，诸位可以把我今天讲的完全忘掉。”这位敢于提出爱因斯坦错误的年轻人就是苏联物理学家朗道。

从幼年起，朗道就表现出与众不同的夫才。13岁已学完了中学课程。当时他很想到大学去学习数学，但父母认为他年龄太小，特别是父亲希望他选一个更为“实用”些的专业，结果朗道被送进了一所经济专科学校。由于缺乏兴趣，在那里呆了一年后，朗道终于在1922年转入巴库大学，同时在数理系和化学系学习，这时他才14岁，但他最终没有修完化学专业。1924年，在巴库大学毕业后，朗道来到了圣彼得堡，此时正值列宁去逝，圣彼得堡被易名为列宁格勒，而朗道就进入了同时易名的列宁格勒大学。在20年代，列宁格勒大学可以说是前苏联科学研究中心，特别是物理学研究的中心，当时前苏联一些很有名望的物理学家如约飞、福克、弗伦开耳等人都在此授课，并讲授当时正在发展中的量子理论。在这里，朗道开始接触到了物理学的前沿领域，并投身于研究中。

1908年出生的朗道，比量子力学的奠基者们，例如海森堡、狄拉克、约尔丹等人小了七、八岁，比德布罗意、薛定谔等人小得更多。当他在列宁格勒大学毕业时，新量子力学的数学表述和物理诠释都已经基本上形成了。因此他曾经感叹许多最重要的基本原理问题已被别人抢先解决，大有“余生也晚”之憾。然而，量子力学的具体应用当时还方兴未艾。天赋非凡的朗道在理论物理学的许多领域中都作出了重大贡献。

旱在大学期间，1927年他就发表了第一篇学术论文，处理了双原子分子的光谱问题。同一年，他在用波动力学来处理韧致辐射的论文中，首次使用了后来被称为密度矩阵的概念，在后来的量子力学和量子统计物理学中起了重要的作用。在19岁生日的前两天，朗道从列宁格勒大学毕业，成为前苏联科学院列宁格勒技术物理研究所的研究生。

经过数次申请，1929年10月，朗道被批准出国。在不到两年的时间中，朗道先后在德国、瑞士、荷兰、英国、比利时和丹麦进修访问。他曾回忆说，在这段时间里，除了费米之外，他见到了几乎所有的量子物理学家。在与这些著名科学家的交往中，朗道充分地展示了他的才能和个性。

在丹麦的哥本哈根，朗道深受“哥本哈根精神”的感染，并成为玻尔研究班上的活跃分子。后来玻尔在谈到朗道时说：“他一来就给了我们深刻的印象。他对物理课题的洞察力，以及对人类生活的强烈见解，使许多次讨论会的水平上升了。”虽然朗道一生中接触过不计其数的物理学家，而他在玻尔那里只呆了四个月左右的时间，但他却对玻尔十分敬仰，终生只承认自己是玻尔的学生。

在欧洲的进修访问期间，朗道在金属理论方面做了重要的工作。在1930年发表的《金属的抗磁性》这篇论文中，朗道应用量子力学来处理金属中的简并理想电子气，提出理想电子气具有抗磁性的磁化率。这一性质现在被称为朗道抗磁性。据说在瑞士苏黎世的一次讨论会上，当朗道作完了有关抗磁性的报告后，他的好友佩尔斯评论说：“朋友们，让我们面对现实吧，现在咱们只能靠朗道吃剩的面包皮维持生活了。”与此同时，朗道还和佩尔斯研究了将量子理论应用于电磁场的可能性，提出了在量子理论中电磁场量的可观测性问题。他们二人曾经专程赶到哥本哈根，就此问题和玻尔进行了马拉松式的激烈讨论，结果导致玻尔和罗森菲耳德撰写了关于这个问题的著名论文。

1931年春天，朗道准备启程回国，虽然有人曾暗示他不要回去，但朗道自有主见，临行前，他对罗森菲耳德说：“我必须为我的国家工作。这是一次长久的离别。也许是永久的离别，除非你来访问我们。”后来，只在1933年和1934年，朗道再度短期访问过哥本哈根。

回国后，最初朗道仍在列宁格勒物理研究所工作。朗道在内心深处是赞成革命的，并按自己的理解而相信马克思主义。但他反对中世纪式的思想专制和愚昧残忍，于是与当权者有了矛盾。另外由于他在学术问题上与研究所的领导约飞有分歧，虽然朗道是正确的，但却冒犯了这位权威。在一次朗道作了学术报告后，约飞宣称朗道所讲的内容不得要领，而朗道则毫不客气地当众回敬道：“理论物理学是一门复杂的科学，不是任何人都能理解的”。由于这样一些原因，朗道最后不得不离开了列宁格勒。

从1932年起，朗道在哈尔科夫的乌克兰科学院物理——技术研究所工作，并担任了理论物理部的主任。1934年，在没有经过论文答辩的情况下，朗道获得了博士学位，1935年任哈尔科夫大学的教授，在哈尔科夫时，朗道开始计划写一部理论物理学的巨著。这部主要由朗道来构思，由郎道和他的学生里弗席兹合作完成的多卷本《理论物理学教程》从1938年开始陆续出版。这部几乎包罗万象的物理学名著，有近十种文字的译本，并于1962年获得列宁奖。在哈尔科夫，朗道还创立了著名的理论物理学须知，后来也被称为“朗道位垒”，这个考试纲目除了数学内容之外，几乎囊括了理论物理学所有的重要分支。在朗道逝世前，仅有43人冲过了这个“位垒”，其中许多人后来成为博士、教授和苏联科学院的院士。在朗道周围，也开始形成了一个独具特色的“朗道学派”。成为“朗道的学生”，则是苏联青年物理学家们既向往而又很有些望而生畏的目标。

在哈尔科夫期间，朗道的科学研究工作继续深入。他发展了普遍的二级相变理论，不但说明了许多当时认为很奇特的现象，而且为此后各种新型相变的研究开辟了道路。他就铁磁磁畴结构、铁磁共振理论和反铁磁态理论发表了一系列的重要文章。此外，他还对原子碰撞理论、原子核物理学、天体物理学、量子电动力学、气体分子运动论、化学反应理论和有关库仑相互作用下的运动方程等方面作了研究。

1937年，又是在一次与理工学院的院长发生口角后，朗道断然离开了哈尔科夫，随后到了卡皮查所领导的莫斯科物理问题研究所工作。他在哈尔科夫的一些最有才能的学生同事，也随他而去。1938年冬，在当时的“清洗”中，朗道突然以“德国间谍”的罪名被捕，并被判处十年徒刑，送到莫斯科最严厉的监狱。由于卡皮查等人的竭力营救，一年后，已经奄奄一息的朗道终于获释。

朗道从1937年开始的对于低温物理学中液氦超流动性问题的研究，使他在1962年获得诺贝尔物理学奖。朗道提出了与理论不同的二流体模型，尤其是对液氦这种量子液体能谱的分析，显示了他深刻的物理洞察力。他提出了“旋子”的概念，根据这一理论，可以很好的解释液氦Ⅱ的超流动性，并进而预言了超流氦中“第二声”（一种温度波）的存在。这一预见于1944年得到了实验验证。

朗道在物质凝聚态的研究方面进行过许多继往开来的基本工作，甚至有人说，从固体物理学到凝聚态物理学的过渡，可以认为是从朗道的工作开始的。他本人对超流性的工作特别满意，当有人间他“您一生中最得意的工作是什么”时，他回答：“当然是超流性理论，因为至今还没有人能够真正懂得它。”在莫斯科，朗道还研究了电子簇射的级联理论和超导体的混合态等问题。这时基本粒子物理学和核相互作用理论开始在他的工作中占了更大的比重。他发展了关于燃烧和爆炸的理论（1944—1945），探索了质子——质子散射和高速粒子在媒质中的电离损失等问题。1946年，他提出了等离子体的振动理论。

在1947-1953年间，朗道考虑了电动力学中的各种问题，研究了氦Ⅱ的粘滞性理论，发展了关于超导性的新的维象理论和粒子在高速碰撞中的多重起源理论。前者在低温物理学中起了推动作用，后者对宇宙射线物理学相当重要。

1954年，朗道研究了与量子场论的原理有关的一些问题，论证了量子电动力学和量子场论中所用的微扰方法在有些事例中并不是自洽的。从1956年到1958年，朗道创立了所谓费米液体的普遍理论，力图概括氦Ⅲ和金属中的电子。1957年，当宇称守恒定律已经显得不能普遍适用时，朗道提出了现代物理学中一条新的重要定律来代替它，即CP守恒定律。1959年，朗道又在基本粒子理论的结构方面提出了一些新的看法。他在一篇论文中提出了一种方法，来确定粒子的所谓相互作用振幅的基本性质。

综上所述，朗道的学术工作领域是相当广阔的，而且成果丰硕。1958年，为了庆贺朗道的50寿辰，苏联原子能研究所曾经送给他一件很有意思的礼物。那是一块大理石平板，板上刻了朗道生平工作中的十项最重要的科学成果，人们借用了宗教上的名词，把这些成果称为“朗道十诫”。这十项成果是：1.量子力学中的密度矩阵和统计物理学（1927）；2.自由电子抗磁性的理论（1930）；3.二级相变的研究（1936-1937）；4.铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释（1935）；5.超导体的混合态理论（1934）；6.原子核的几率理论（1937）；7，氦Ⅱ超流性的量子理论（1940-1941）；8.基本粒子的电荷约束理论（1954）；9.费米液体的量子理论（1956）；10.弱相互作用的CP不变性（1957）。

很显然，一个人的一生能够在科学上作出如此之多的重要贡献，是足以令他人所敬仰的。然而，朗道的贡献并不仅限于此。例如，除了纯学术性工作以外，朗道还为苏联陆军的工程委员会研究过远离爆炸源处的冲激波之类的问题。人们相信，在苏联的核武器发展方面，朗道也起了很重要的作用。

唐代著名文学家和思想家韩愈在《进学解》中说：“贪多务得、细大不捐。”捐；舍弃。意思是做学问要尽量多地获取知识，并做到不论大小都兼收并蓄。这样才能灵活运用知识，有所创新，在学问上取得成就。这句话用来说明朗道在科学研究所采取的谋略是合适的。

的确，朗道就像有人曾评价的是“典型的浪漫派科学家”。对多种科学领域都有百科全书式的知识，特别对边缘科学表现出强烈的兴趣，使他观察事物敏锐，分析问题深刻、全面，富于创见。朗道认为，费米是一位不可多得的“全能物理学家”，在费米逝世以后，他感叹地说：“现在我就是最后一位全能物理学家了……”。应该承认，他的这种看法并非自夸自赞，而是有着不容怀疑的真实根据的。

朗道对自己和学生们要求很高。他要求自己的论文每篇都有基本的重要性，从来不理会那些无关宏旨的烦琐题目。他鄙视那些为了世俗的名利而“作学问”的庸人，把那种人叫做“科学的吞食者”，即“靠科学吃饭的人”。他也看不起那种华而不实的学术“论文”，说那只是“废话”和“空气中的振动”。他重视思想交流（包括国际交流），把那些夜郎自大、固步自封的人物叫做“病态物理学家”。他热爱自己的工作，真正做到了锲而不舍。甚至在监狱中，当生命和荣誉都受到无比严重的威胁时，他还经常沉浸在学术思维中而达到废寝忘食的地步。在学术讨论中，他常常一针见血地指出别人的错误和缺点。他的思想的敏锐性和严密性甚至对某些人构成了“严重的威胁”。在这方面，人们常常把他和泡利相提并论，而且在态度的不留情面和语言的尖锐坦率方面，朗道甚至比泡利有过之而无不及。

朗道杰出的科学贡献得到了社会的广泛承认。1962年，他由于对液氦理论的研究而获得了诺贝尔物理学奖。朗道当时由于身体原因，不能前往国外领奖。结果诺贝尔奖基金会打破了惯例，在历史上第一次不是在瑞典首都由国王授奖，而是由瑞典大使在莫斯科授予了朗道这一物理学研究的最高荣誉。

朗道临终的一句话是：“我这辈子没有白活，总是事事成功。”