作者Lindemann (做一个有质感的好人)
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标题[闲聊] 最是朗道不同群(六)朗道学派
时间Tue Sep 8 07:19:35 2015
最是朗道不同群(六)朗道学派 日月星
朗道数十年的学术生涯中培养了一批具有自己治学特色的学生和助手,形成了苏联
物理学界的朗道学派(Шkοлe ЛaHдay)。
上世纪30年代初朗道在哈尔科夫物理技术学院(YΦTИ)工作时期就开始筹划撰
写一套适合理论物理学的教材,这就是朗道和他的学生欧根.栗弗席兹合着的《理论物理
学教程》(Л.Д. ЛaHдay и Ε.Μ. Лифшиц. ΚpaTkий kypc
TeοpeTичeckοй физиkи)。按照朗道的看法,出版十本存在缺陷的
书好过孤注一掷地出版一本完美的书。
这套教程撰写历时40余年,一共有10卷,内容丰富、立论明确、论证严谨、物理图像
清晰,涵盖了理论物理学从微观到宏观的各个领域,计有:
(1)《力学》 、(2)《场论》 、(3)《量子力学:非相对论部分》 、
(4)《量子电动力学》 、(5)《统计物理学:第一部分》 、(6)《流体力学》 、
(7)《弹性理论》 、(8)《连续介质电动力学》 、(9)《统计物理学:第二部分》
和(10)《物理动理学》。
其中第一卷《力学》1940年的版本是朗道和皮亚季戈尔斯基合着(Л.Д. Лa
Hдay,Л.Μ.ΠяTиΓοpckий);第四卷《量子电动力学》是贝勒斯德茨
基、栗弗席兹和皮达耶夫斯基合着(B.Б. БepecTeцkий, Ε.Μ. Лиф
шиц, Л.Π. ΠиTaeвckий);第九卷《统计物理学:第二部分》和第十卷
《物理动力学》是栗弗席兹和皮达耶夫斯基合着(Ε.Μ. Лифшиц, Л.Π. ΠиT
aeвckий)。各卷都附有丰富的习题及解答,是学习理论物理学的必备参考书。
俄文版总量超过4600页。自从1940年起,先後翻译成19种文字,在世界多国出版。
包括:
1.英文、2.德文、3.法文、4.意大利文、5.西班牙文、6.葡萄牙文、7.罗马尼亚文、
8.匈牙利文、9.波兰文、10.保加利亚文、11.塞尔维亚文、12.克罗地亚文、13.斯洛伐克
文、14.希腊文、15.格鲁吉亚文、16.日文、17.中文、18.越南文19.印地文等。
成为名副其实的一套最完善的理论物理学大百科全书。
笔者的专业是材料科学,对於这一套理论物理教程自然无缘置喙。然而材料的力学
性能却是工作的一个重要内容,因此相应的一些力学知识,例如弹性力学、塑性力学和
粘弹性力学等自然也是必修的基本功。以弹性力学为例,通常这一类书籍都是以应用为
主,内容不外:宏观的变形连续规律、应力-应变关系和平衡规律,以及使用数学中的
几何方程和位移边界条件等方面的知识求解一个具体的弹性力学问题,譬如杆的扭转和
板的弯曲等。却根本不涉及材料的微观结构因素。然而朗道的那本《弹性理论》就列有
两章分别讨论存在位错时的弹性形变和液晶材料的弹性。尽管限於写作年代,一些最新的
进展和理论无法涵盖进去,但是基本的框架已经搭好,倘若想继续深入进去,确实是一
块非常耐用的敲门砖。
也是在哈尔科夫期间,朗道为他的研究生们制定了一套“理论物理最低标准”
(TeοpMиHиMyM)的考试程序,因为极其困难,後来又被人称为朗道“势垒”
(ЛaHдay бapьep)。 “最低标准”由2门数学和7门理论物理的考试组成。
考试注重解决具体问题的能力,而不光是拘泥於抽像的理论知识。第三位通过“理论物理
最低标准”考试的阿克西扎尔(乌克兰科学院院士)曾经介绍过,“困难在於当时没有任
何书籍可以用来通过这些考试。他不喜欢现成的书籍,事实上从书本上很难找出需要的
内容。因此必须要研究很多原始资料中的东西。这其实也有很多好处,因为训练了阅读
原始资料,这些文献往往是德文英文甚至有时是意大利文。……自然也有一些关於理论
物理的书籍,但是它们并不符合朗道的要求。例如有一本福克的很着名的量子力学原理,
但是它没有介绍δ函数,却代之以正态化的斯蒂尔杰斯积分(Stieltjes integral)。”
从1934初年到1961年底,整整27年中总共只有43名学生通过了“理论物理最低标准”
的考试(平均一年只有1.6个学生通过)。据不完全统计,这43人中至少有17 人後来成
为苏联科学院或各加盟共和国科学院的院士或通讯院士,其中还包括1名诺贝尔物理学奖
获得者。43人中绝大部分是犹太裔学生,只有1名外国学生,没有1名女学生。当然也有
少数人历尽千难万险跃过“势垒”之後,终於精疲力尽,心力交瘁,竟然从物理学界销
声匿迹的,真所谓“风搅长空浪搅风,鱼龙混杂一川中”。
国内一些介绍朗道的文章中提及至少有两名中国留学生曾经通过朗道的“理论物理
最低标准”考试。现将通过朗道理论最低标准考试的完整表格(Cπиcοk cдaв
шиx ποлHый TeοpMиHиMyM ЛaHдay)列於下面,读者诸君
可以看看其中有没有中国同胞的大名?
1.康潘尼耶茨( A.C. ΚοMπaHeeц,1914-1974) 教授、
2.欧根.栗弗席兹( Ε.Μ. Лифшиц,1915-1985,苏联科学院院士)、
3. 阿克西扎尔( A.И. Axиeзep,1911-2000 ,乌克兰科学院院士)、
4.潘美冉丘克( И.Я.ΠοMepaHчyk,1913-1966,苏联科学院院士)、
5.蒂萨( Tиcca Лacлο, 1907-2009,美国麻省理工学院教授)、
6.莱维契, (B.Γ.Лeвич, 1917-?,苏联科学院通讯院士)、
7.贝勒斯德茨基(B.Б.БepecTeцkий,1913-1977,教授)、
8.斯莫罗定斯基(ЯЛ.CMοpοдиHckий,191? -1992,教授)、
9.哈拉特尼克夫(И.Μ.XaлaTHиkοв,1919出生,苏联科学院院士)、
10.胡夫斯维利(Γ.Ρ.Xyцишвили, 1910- 1979?,苏联科学院通讯院士)、
11.马契尔斯辛( Tep-ΜapTиpοcяH Κ.A p1922出生,苏联科学院通讯院士)、
12.阿布里科索夫(A.A. Aбpиkοcοв,1928出生,苏联科学院院士诺贝尔物理
学奖2003年获得者)、
13.越费 (Б.Л. Иοффe,1926出生,苏联科学院通讯院士)、
14.扎尔可夫(Γ.Φ. Жapkοв,教授)、
15.拉比度斯(Л.И.Лaπидyc,博士)、
16.苏达可夫( B.B. Cyдakοв,1925-1995,教授)、
17.卡冈(Ю.Μ.ΚaΓaH,1928出生,苏联科学院院士)、
18.捷尔斯坦(C.C.ΓepшTeйH,1929出生,苏联科学院院士)、
19.戈尔珂伊(Л.Π. Γοpьkοe,1929出生,苏联科学院院士)、
20.基阿罗辛斯基(И.Ε.ДзялοшиHckий,1931出生,苏联科学院通讯院士)、
21.阿尔及波夫(Ρ.Γ. Apxиποв,1929出生,博士)、
22.巴拉索沃夫(B.B.Бaлaшοв,1931出生,教授)、
23.魏登诺夫( A,A. BeдeHοв,1933出生,苏联科学院通讯院士)、
24.马克西莫夫(Л.A.ΜakcиMοв,教授)、
25.皮达耶夫斯基(Л.Π.ΠиTaeвckий,1933出生,苏联科学院院士)、
26.萨格迪也夫(Ρ.З.CaΓдeeв, 1932出生,苏联科学院院士)、
27.贝克拉维奇(И.Л.Бekapeвич ) 、
28.桑契克( ШaHчиk ) 、
29.布契柯夫(Ю.A.Бычkοв ) 、
30.沙波瓦尔(Ε.A.Шaποвaл) 、
31.法尔科夫斯基 (Л.A. Φaльkοвckий,1936出生,博士)、
32.阿德列也夫 (A.Φ.AHдpeeв,1939出生,苏联科学院院士)、
33.孔特拉登柯(Π.C. ΚοHдpaTeHkο,博士)、
34.鲁辛诺夫(A.И.ΡycиHοв,博士)、
35.马林诺(Μ.C. ΜapиHοв,1939-2000,教授)、
36.布尔科斯(A.B.Бepkοв,教授)、
37.巴尔库达罗夫(T.Κ. Μeлиk-Бapxyдapοв) 、
38.莫斯卡林珂(A.M.ΜοckaлeHkο, 1937-1998,博士)、
39.伊格纳托维奇(B.Κ.ИΓHaTοвич) 、
40.布达克( Бyдьkο) 、
41.曼科(B.И. ΜaHьkο,1940出生,教授)、
42.马尔金(И.A. ΜaлkиH ,1940-198?,博士)、
43.柯里巴索夫(B.Μ.Κοлыбacοв)。
上述名单是按通过考试的年代顺序排列的。必须指出的是第5个通过考试的其实是列
昂尼德. 皮亚季戈尔斯基(参见本系列之第四篇),因为与朗道关系不和被逐出教门,所以
他的姓名被划去,代之以蒂萨。拉斯洛.蒂萨( Laszlo Tisza,1907 - 2009) 是43名朗道
势垒通过者中唯一的外国人,他1907年出生於匈牙利,1932年毕业於布达佩斯大学,因为
同情共产党被捕坐了14个月监狱,释放後去了苏联哈尔科夫,跟随朗道做研究生。1941年
移民到美国,在麻省理工学院任教,从事热力学、量子力学和统计物理研究。直到1973年
退休,是麻省理工学院的荣誉教授。
蒂萨2009年去世享年101岁( 他出生日期是1907年7月7日,去世日期是2009年4月15
日),真所谓期颐之寿,於愿足矣。蒂萨教授从来没有失去对生活的热情,他喜爱美食和
美酒,一直坚持徒步旅行和登山。虽然他在美国生活了几十年,他的妻子说,“蒂萨感到
自豪的是说一口流利的匈牙利话,并且频繁地前往布达佩斯旅游。”
此外,莱斯大学( Rise Univ.) 的物理学和天文系教授Douglas Natelson的博客上
有一条留帖,言之凿凿地说唯一通过朗道“理论物理最低标准”考试的女学生的姓名是
柳德米拉.安德列也芙娜.普洛卓罗娃( Only one woman passed the Landau theoretical
minimum her name is Lyudmila Andreevna Prozorova ... )。
从国立莫斯科大学的网页(Bce ο ΜοckοвckοM YHивepcиTe
Te) 上可以查得她的真实姓名是ЛюдMилa AHдpeeвHa. Πpοзοp
οвa,1928年出生,1952年毕业於莫斯科大学物理系,1955年获得博士学位。她长期
任职莫斯科物理问题研究所,曾在朗道的研究小组工作过,是该组唯一的实验物理学家,
职务是教授级工程师,发表论文90多篇。显然柳德米拉未曾参加过“理论物理最低标准”
考试。事实上确实没有一位女性穿越过朗道势垒。
对於上述现像,朗道的及门弟子哈拉特尼克夫的回答是:
“为什麽参加考试的学生中,有许多犹太人?
因为,首先他们确切地知道什麽样的考官才会是公平的。其次如果考试成功,有权
威的朗道将置他们於他的保护之下,有利於找到条件优越的工作。当时麽,还存在明确的
歧视,反对犹太人入读名牌大学,进入研究学术机构。唔,是的,我就是一个地道的犹太
学生。还是在第聂伯罗彼得罗夫斯克大学念书期间,我刚通过最低(标准)後就得到了
斯大林奖学金,母亲非常自豪,一下子变得富有了,能请女朋友吃巧克力。……借用数学
语言来表示的话,联合概率是通过了最低(标准)考试的话,条件概率则是参加考试人员
种族(犹太人,俄罗斯人)相对固定的频率发生的日期,但自身概率呢,自然是最重要的
因素。……
至於学生的性别麽: 100%的男学生。朗道专门挑男学生吗?他限制女学生?当然不是。
我甚至认为他期待着第一个通过考试的女学生。但我不知道女学生为什麽不来?
也许这些考试的难度是非常高的障碍,她们就害怕了。但是那就是另一个问题了。”
作为苏联最大的理论物理学派宗师朗道一生在物理学上的建树和业绩可以用他50大
寿时同事赠送的那对大理石匾上隽刻的《十诫》来概括,这儿就不再赘述了。那麽朗道
在学术上是否犯过错误呢?答案是显然的,朗道并非圣贤,孰能无过?生活中的朗道口
无遮拦,率性而为,有时候他对於一些并不了解的新理论或者科学上的新发现,往往会
简单地拒绝。
例如他曾说过:“不可逆过程热力学是不可逆的垃圾。”
然而1968年美国的昂萨格( Lars Onsager, 1903-1976) 却因为研究不可逆过程热
力学而获得诺贝尔奖。
当等离子态的概念提出来时,朗道说过:“世界上的物质只有三种状态,固态、液态
和气态,没有第四种状态存在或者能够存在。”朗道通常是受制於既定的经典和量子物理
学的观念,他并不真的相信大自然的某些方面确实可以偏离它所产生的定律。只有当他
自己打破了已知和未知之间的墙时,他才进入了思想自由的境界,於是他能创造奇迹。
然而朗道一生也确实犯过两次错误,那可是两桩关乎诺贝尔奖得失的大事,分别是
对於他的两个学生阿布里科索夫和沙皮罗研究成果的处置。
阿布里科索夫(Aлekceй Aлekceeвич Aбpиkοcοв)可以
说是朗道门下最有成就的弟子,他1928年出生於莫斯科。他的曾祖父是俄罗斯最古老的
糖果企业“阿布里科索夫父子合伙公司” (TοвapищecTвο A. И. Aбp
иkοcοвa и CыHοвeй现名Бaбaeвckий)的创始人,老先生白手
起家将一个家庭糕点作坊发展成年产量为四千万吨的糖果、甜食、巧克力和饼干的庞大
企业。他的父亲阿列克谢(Aлekceй ИвaHοвич Aбpиkοcοв,
1875 -1955)和母亲珐妮雅(ΦaHя ДaвидοвHa Byльф,1895-1965)
都是杰出的病理学家。阿列克谢是莫斯科国立大学医学系教授,也是莫斯科病理学家学
会自1938年以来的组织者和名誉主席。珐妮雅是克里姆林宫医院的首席病理解剖专家。
1952年蒙古的乔巴山元帅在莫斯科去世,其死亡医学证明书上就有阿布里科索夫父母
亲的签名,他母亲还获准参加乔巴山屍体的病理解剖研究小组。然而他的父母亲在不久
的一场运动中就被作为“害虫”(вpeдиTeлeй)双双清除出医生队伍。阿布
里科索夫1948年从莫斯科国立大学毕业後就进入列夫.朗道领导的物理问题研究所进修,
1951年因等离子体里的热扩散研究通过博士资格考试,1955年以高温下的量子电动力学
研究获得物理和数学博士学位。
1951年阿布里科索夫在分析玻璃底板上所镀金属薄膜的实验数据时,援用金兹堡-朗
道方程(Teοpия ΓиHзбypΓa -ЛaHдay)做理论上的解释。金兹堡
和朗道在朗道二级相变理论基础上认为在临界相变点附近,超导体的自由能 F 可以按复
数序参量( kοMπлekcHый πapaMeTp ποpядka)ψ展开,让F
取极小值,可得到2个相应的关系式,称为“金兹堡-朗道方程”。
第一方程与薛定谔(Schrödinger)方程相似,由此可以算出ψ。第二方程能确定超导
电流j 的分布,所得结果与量子力学描述的非常相似。当超导体表面的磁场强度达到某
个临界磁场强度Hc时,超导态即转变为正常态;若磁场降低到Hc以下时又进入超导态,
彼时磁通量被完全排斥,因而这类超导体又称为完全抗磁体。阿布里科索夫用迭代近似
方法求解非线性的金兹堡-朗道方程,他发现有一个参数是穿透深度(ΓлyбиHa π
pοHиkHοвeHия)和相干长度( длиHa kοΓepeHTHοcTи)
的比κ , 现在称为“金兹堡-朗道参数”(πapaMeTpοM ΓиHзбypΓa
-ЛaHдay)。
当这个值 0 < κ <1>1/√2 时,是第二类超导体。对应的物理现像是对於第一类超导
体,当外磁场低於临界磁场强度Hc1时,呈超导态。对於第二类超导体,当外磁场高於临界
磁场强度Hc1时,出现超导和正常共存的混合态(也称涡旋态),当外磁场高於临界磁场
强度Hc2时才回复到正常态。他还研究了混合态中涡旋点阵(格子)分布结构和涡旋线结
构,又称为阿布里科索夫涡旋点阵(Bиxpи Aбpиkοcοвa),并给出了明
显形式,为拓宽和进深研究奠定了基础,并在应用上提供了理论依据。
超导体中的磁力线在涡流中以集束形式分布,不像想像的分布那麽均匀,这些磁通
束排成点阵,而且是量子化的。由於包括纳米在内的新技术的发展,阿布里科索夫的涡
旋点阵近10年来在科技界引起更大的关注。今天几乎所有产生强大磁场的超导磁铁都是
由第二类超导体制造的。而没有强大的磁场,就没有磁共振成像技术。第二类超导体可
以成为完善和检验固体物理所有基本概念的试验场。
此外,制造特殊超导体已成为可能,这种材料在高温和磁场的情况下可以保持自己的
特性。 这种材料如今可以用来制造医疗器械,如磁共振设备,还可以广泛用於物理研究
中的粒子加速器。
可是1951年阿布里科索夫研究的结果刚出来时朗道不相信,於是他暂时放在了一边
没有发表,并暂转向了其它研究领域。後来由於受到费曼(R. Feynnman,1918-1988,美国
物理学家,1968年诺贝尔物理学奖得主)的液氦理论中“无涡旋”概念的启发,他又重新
与朗道讨论第二类超导体的问题。这次,朗道没有再表示反对意见。他发现了在20世纪30
年代另外几位苏联物理学家的有关实验结果正好构成了对他的理论的支持,这样,直到
1957年才发表他关於第二类超导体的理论。这一理论成了人们认识更加实用的第二类超
导体的基础,并被认为是低温物理学中最杰出的成就之一。
1991年阿布里科索夫移民美国,在阿尔贡国家实验室(ANL)的材料科学研究部任职。
他与金茨堡以及拥有英美双重国籍的物理学家莱格特(Anthony James Leggett,1938出
生)共同获得了2003年诺贝尔物理学奖,以表彰他们在超导体和超流体理论上作出的开创
性贡献。
《真理报》记者采访获得诺奖的阿布里科索夫时,就朗道推迟他的论文发表一事直言
相问:“(论文)被推迟发表实际上是什麽意思?谁拿去发表的,你自己吗?因为他们
没有找到如何应对朗道的任何异议?或者朗道的一条简单的行政禁令,就像说‘不要试图
打印这些没有意思的东西!’有其它选择吗?把关的(原文xиpypΓ是外科医生的意
思)是欧根.栗弗席兹吗?”
阿布里科索夫的回答是:“这是一个棘手的问题。事过那麽多年,具体的细节我已经
记不太清楚了,行政处置的运作嚒,我始终不了解。
事实上我们学生信任朗道超过我们自己的判断,甚至从来没有尝试发表任何他不同意
的东西。在我能够找出一个简单的论据说服他以前,我把稿纸搁在桌子里面,一直等到一
个更合宜的时机。此外,当时我忙於从事其它一些被认为更重要的问题。”
阿布里科索夫不仅是一个伟大的理论物理学家,而且也是一个性格色彩非常强烈的
人物。上世纪60年代中,法国物理学家努西埃尔(Philippe Pierre Gaston François
Nozieres)携带妻子安妮去苏联参加一次低温物理学研讨会。安妮是位绝色女子,父亲
是法国人母亲是越南人,她既有西方人的身材,又有东方人的秀美。尽管与努西埃尔育
有两个孩子,安妮依然仪态万方。人到中年的阿布里科索夫可是彻底惊艳了,他不顾一
切地开始进攻这位混血美女。机会终於来了,会议组织大家去巴库里阿尼(Бakypи
aHи,位於格鲁吉亚的旅游胜地)登山。
据说努西埃尔的腿被当地的狗咬伤了,於是他的娇妻就由自告奋勇的阿布里科索夫代
为照拂了。幽谷深壑,山地露宿,篝火干柴,结果是作成了男女之间的那段好事。如果
仅仅是在风光旖旎的高加索营地偷一两次情,倒也算了。问题是郎有情来妾也有意,这对
萍水相逢的风流冤家不光想曾经拥有,还想要天长地久。於是阿布里科索夫借出差之机
长期滞留法国,安妮也不顾丈夫孩子,公然与阿布里科索夫双宿双栖。法国社会舆论为之
哗然,《巴黎竞赛周刊》(Paris Match )刊出了一组阿布里科索夫与安妮在普罗旺斯
艳阳下亲昵的照片,说安妮是“身材颀长,眉眼如画的天生尤物”,
称阿布里科索夫是“莫斯科来的唐璜”。
鉴於国际脸面苏联政府也不得不出面谴责阿布里科索夫的所作所为有违苏维埃公民
的道德。对於官方的道德说教阿布里科索夫自然不屑作答,因为他深谙政府官员的操守。
当大使馆指责阿布里科索夫逾期不归有负党的关怀和国家的培养时,阿布里科索夫据理力
争,细细叙说他这几十年来教书研究做出的回报,既培育了人才,也为国家争光。阿布里
科索夫在法国的日子过得滋润逍遥,他才不想回苏联呢。尽管他曾祖父开创的巧克力王国
早在1918年就被收归国有,但老太爷和老太太特别能生育,膝下一共有10位公子和12位
小姐,大部分移居法国,其中17位都活到耄耋之年,法国朝野各界都有他们的子女儿孙。
如此丰厚的人脉,再加阿布里科索夫的杰出才能,找一份优越的工作简直是唾手可得。
士在外,君命有所不受,大使馆对他也无计可施。莫斯科不相信眼泪,但已懂得珍
惜人才,最後只得与阿布里科索夫谈妥要他与安妮正式结婚。结果是阿布里科索夫昂然
抱得美人归,圈内的朋友把盏庆贺他掠艳成功时,都笑着说要为高加索山上的那条狗的
健康干上一杯。可怜的努西埃尔守着年幼的儿女,还翘首期盼娇妻归来。
阿布里科索夫和安妮这段情缘持续了整整13年,安妮才返回法国,与努西埃尔和孩子
重新生活。安妮归巢後,阿布里科索夫又娶了比他小49岁的斯维特兰娜(CвeTлaH
a ЮpьeвHa БyHьkοвa,1977出生)。
其实努西埃尔绝非平庸之辈,他是巴黎大学教授,在固体物理和粒子物理学方面的贡
献很大,荣获1984年度的沃尔夫物理学奖(Wolf Prize in Physics ),任劳厄-郎之万
研究所(l'Institut Laue-Langevin)的荣誉教授,被美国国家科学院(NAS)和美国科
学与艺术院(AAAS)选为双重院士。如今阿布里科索夫也已高龄85岁了,可是他老当益
壮,头脑清楚,精力过人,率领一支基本上由俄罗斯人组成的团队,不断发表新的研究
成果。
2008年还领衔写了一篇充满温馨的文章庆贺当年在朗道麾下共事的普洛卓罗娃的80大
寿。信马由缰地兜了一大圈,就此打住,下面再说说沙皮罗的那档子事。
沙皮罗(Иοcиф CοлοMοHοвич Шaπиpο,1918-1999)1918年
出生在基辅的一个犹太平民家庭,1941年毕业於国立莫斯科大学物理系,1950年後跟随
朗道做研究,1979年被选为苏联科学院通讯院士。1956年初沙皮罗计划研究所谓的τ-Θ
之谜,并深入讨论了一些β衰变的效应。
先简单介绍一下何谓τ-Θ之谜。早在1924年美籍德裔物理学家拉普特( Otto Laporte,
1902-1971 ) 在研究铁原子的谱线时发现原子的态可以分成两类,称为受折的
( gestrichene ) 和未受折的( ungestrichene ),只有当原子从上述的一种态转变成
另一种态时才有辐射。
1927年美籍匈牙利裔物理学家维格纳( Eugene Wigner,1902-1995,狄拉克的大舅子,
1963年诺贝尔物理学奖获得者 ) 认为拉普特的两种态实际上是正宇称态和负正宇称态,
只有在原子的宇称从正变负时才发射光子,或者反之。换句话说就是系统的总宇称是守恒
的。这一概念很快成为物理学界确定的定律。但是基本粒子的实验现像表明,两种带电荷
的奇异介子Θ和τ的衰变模式得到的终态具有不同的宇称。根据宇称是守恒,这两种初态
应该是不同种类的粒子,亦即Θ介子和τ介子是两种有区别的粒子。但是在愈来愈准确
的测量下,都没有发现两者之间的质量与寿命有什麽差别,由此显示它们是同一种粒子,
也就意味着宇称不守恒了,这就是所谓的τ-Θ之谜 (τ-Θ puzzle )。上面的这段话十
分粗糙,要详细解释清楚,必须借助於图和表示自旋宇称的标识符号,那样的话非得抄
上好几段书。我写的是闲散文字,就不费这个劲了。
摆脱这种困境的一种解释是宇称不严格守恒,Θ介子和τ介子是同一粒子的两种不同
的衰变模式,这样它们的质量与寿命就可以相同。因此沙皮罗怀疑可以用粒子在弱相互
作用下不守恒来合乎逻辑地解释τ-Θ问题,但是38岁的沙皮罗心中无数,毕竟宇称是守
恒是物理学界的金科玉律,被约当 ( Ernst Pascual Jordan, 1902-1980 ,德国物理学家)
称为神圣的牛,即不可侵犯或批评的事物。於是他向朗道请教自己的设想是否合理。朗道
的观念里始终认为存在着角动量的宇称守恒,於是他一口否定沙皮罗的想法,并且举了一
个例子,无论杂技演员怎麽翻滚,他的心脏还是留在左面。旋转的行列式 = +1,镜像的
行列式 = -1。
因此旋转对称不会产生镜像对称。总之当时朗道并没有对宇称不守恒这个概念引起
关注。他含糊地说了一句“原则上这或许是可能的,但是我非常不喜欢这种畸形的世界
(ckοcοбοчeHHοΓο Mиpa, 俄语ckοcοбοчeHHый有畸形
或渐行渐远的意思),我宁可不去思考它。”事实上朗道此後一直致力於研究CP守恒
(Charge Parity conservation)的问题,自然他在这方面也取得了十分卓越的成就。
沙皮罗却只得把手稿扔在抽屉里,用他自己的话来说:“我的工作留在那儿始终没
有发表,因为我不明白一个物理学上的左右不对称如何可以出现在欧几里得空间。当然
我想到了光学中的活性介质,伴随着左旋体,永远存在着一个右旋体。但是关於基本粒
子并没有类似的情况为人所知。所有这一切反复的疑问和痛苦的折腾,迫使我未曾把自
己的手稿送去发表。”
数月後李政道和杨振宁就发表了 “弱相互作用中的宇称守恒质疑”一文,参见
T.D.Lee and C.N.Yang, Phys, Rev. 104 (1956), 254。不久得到吴健雄的实验验证,於
是他们在1957年获得诺贝尔物理学奖。 时隔数十年,沙皮罗解释说:“如果朗道喜欢这
个主意,我可能会发表这篇文章,而不管一些特殊规定的疑虑。我的工作没有发表,是
因为有人阻止,同时因为我自己也并不完全相信它的物理合法性。我强调这一点,是为
了避免引起不必要的误解。”从沙皮罗这段话中不难看出前苏联的一些陈规陋习束缚了
学者的思想,至於朗道自负的个性和家长式的作风更使他完全听不得与自己直觉相背的意
见,甚至“宁可不去思考它”。对於沙皮罗而言,可就直接断送了他获得诺贝尔奖的宝
贵机会了。朗道已经去世多年,沙皮罗还想申报院士,审批的意见均出於朗道门下的弟
子。
“为了避免引起不必要的误解”所以沙皮罗要强调
“自己也并不完全相信它的物理合法性”这番话里面的苦衷须由读者去细细体会了。
朗道对学生的要求由严格而近於苛刻。每逢星期四上午举行的讨论班上,学生做学术
报告时,朗道和助手们不停地提问,问题涉及各个方面,务必使报告臻於完美。朗道认为
应该答出的问题学生答不出,或者报告的内容含糊,讲述的逻辑混乱,就会当场被朗道
赶下来,严加训斥。所以朗道的学生都对他敬畏有加,甚至偷偷地在他办公室的门上贴
了一张告示:“当心,咬人!” (ΟcTοpοжHο, kycaeTcя!),暗示里
边关着一条恶犬。还有一幅描写朗道讲课的漫画,讲台後面的靠背椅子上坐着朗道,背上
长着一对天使翅膀,他专注地盯着自己竖起的右手食指,口中滔滔不绝地吐出一圈代表
波函数的ψ,学生们全是头上竖着长耳朵的驴子,战战兢兢地坐在下面。这幅漫画传神
地反映出了曾受过他贬斥的学生心目中的师生关系。
1961年玻尔访问苏联科学研究院物理研究所,应邀发表演讲。当下面有人问波尔如
何经营才创建出一个第一流的物理学派时,他回答说:“显然,因为我从来不羞於对自
己的弟子说‘我是一个傻瓜…… ’
”(Apparently, because I was never ashamed to admit to my disciples, I'm a
fool ...)。作翻译的栗弗席兹把这段话脱口说成:
“显然,因为我从来不羞於对自己的弟子说,‘你们是傻瓜…… ’
”(Πο-видиMοMy, ποTοMy, чTο я HиkοΓдa He cTec
Hялcя зaявиTь cвοиM yчeHиkaM, чTο οHи дypa
kи... )。
在一片哄笑声中栗弗席兹才意识到自己的失误,赶紧为自己的口误向波尔道歉。然而
坐在大厅里的卡皮查却若有所思地说了句:“他没有失言,这实际上反映了玻尔学派和栗
弗席兹所属的朗道学派属的根本区别。”如果沙皮罗有幸投到波尔门下,那麽1957年的
诺贝尔物理学奖很可能就是沙皮罗和李杨分享了。
在结束本篇之前,想再提一下朗道是否遇见过爱因斯坦的事。
关於朗道曾遇见过爱因斯坦的说法流传着很多版本。珂拉的外甥女玛娅撰写的朗道
传记中就记有此事:“学生去那里问朗道:‘列夫多维奇,你与爱因斯坦见过面,这是
真的吗?’‘这是真的。’朗道认真地点了点头。‘你跟他争论了吗?’……”。
玛娅是个作家,擅长使用文学语言代替历史事实,她的文字可信度不是很高。
然而也还有不少信誉良好的来源,例如金兹堡写过:“朗道说了好多次,尤其是对
我提到,他一生中曾有一次与爱因斯坦交谈过,我记得是在柏林,在1930年代。朗道,
用他的话来说,在一次研讨会上试图对爱因斯坦‘解释’量子力学,但未能如愿。”
另一位朗道的弟子也记叙过,1960年在莫斯科国立大学主楼11楼的“Б ”宿舍区的
大厅里面,朗道和大约150名大学生座谈。他用真诚的悲伤谈到爱因斯坦,谈到爱因斯坦
对开创统一场论可能性的根深蒂固的错觉,谈到爱因斯坦在他生命最後三十年中徒劳无
益的努力。朗道试图对爱因斯坦解释,为什麽这样的理论在原则上是不可能的,但爱因
斯坦无法理解。很显然,朗道的话表明他曾经见过爱因斯坦并且与他争论过统一场论。
鲁默尔的信件表明1929年12月朗道和他经艾伦菲斯特(Paul Ehrenfest,1880-1933,
奥地利数学家和物理学家)介绍在柏林会面。他们参加过一个讨论会并坐在一起。但是
鲁默尔回忆金兹堡说的这事并没有发生,他说“我比别人更加了解。我绝对知道那次讨
论会爱因斯坦未曾出席!与传说的相反,他朗道从来没有见过爱因斯坦。”
那次会见的唯一“目击者”鲁默尔否认朗道与爱因斯坦见过面。
看来,朗道非常希望在他青年时代能有机会与他一生最钦佩的爱因斯坦就统一场论
的问题争辨。他不停地设想着与爱因斯坦讨论的场面,他不断地修正自己的观念,他从
各个角度改进自己的陈述方式……。渐渐地朗道在潜意识中认为自己确实曾经与爱因斯
坦有过一番具有历史意义的讨论,最终也说服自己接受了这种设想。实际上这是朗道一
次又一次地用自己的观念和爱因斯坦的观念进行交锋的思想实验,是基於固定的信念和
持续的想像派生出来的一种与己无碍也不为害他人的幻思幻念而已。
(第六篇完)
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1F:→ Lindemann: 最是朗道不同群(五)就很怪,电脑很慢ORZ 09/08 07:38
2F:推 Philethan: 推 09/08 10:15