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朗道排名與朗道勢壘

出生于1908122日的列夫·朗道(Lev Landau)是蘇聯(lián)最偉大的理論物理學家,他一生可謂死過兩次:發(fā)生于196217日的一場車禍葬送了作為物理學家的朗道,因為他從此無法再進行任何深刻的思辨;另一方面,朗道的心臟于196841日停止跳動,享年60歲。

 

 

朗道是個性情怪異、脾氣暴躁的人,恃才傲物。無論在生活中還是在科學上,他都喜歡大發(fā)煽情的議論,經(jīng)常出言不遜,以吸引公眾的注意力,或者引發(fā)別人對他的憤怒,因此一生樹敵眾多。朗道是前蘇聯(lián)少有的對酒精飲料不感興趣的男人,這歸因于他在巴庫國立大學讀書時,未能完成化學專業(yè)的學習,從而對與化學相關(guān)的飲品心懷抵觸。朗道甚至在老前輩玻爾面前也無法控制自己喋喋不休的毛病,以至于后者不得不時常提醒他,“朗道,現(xiàn)在該輪到我說幾句了。”

 

盡管朗道自視甚高,瞧不起同時代的絕大多數(shù)理論物理學家,但是他所發(fā)明的那個著名的“朗道排名”(Landau’s list)卻顯示了他相當自謙的一面。他把每個理論物理學家所做的重要科學貢獻以對數(shù)坐標表示出來,籍此將他們分為幾個等級,從05,處于上一個等級的人要比下一個等級的人對物理學的貢獻大10倍。按照這個排名,愛因斯坦屬于“半流”,領(lǐng)先于其他人;玻爾、海森伯、狄拉克和薛定諤等量子力學的創(chuàng)始人屬于“一流”。朗道起初將自己定位于“二流半”,直到他完成了二級相變的工作后,才把自己的排名提高到“二流”。毫無疑問,朗道堪稱有史以來最偉大的“二流”理論物理學家。

 

 

1932年至1937年期間,朗道擔任哈爾科夫理工學院的理論部主任,同時開始與他的學生葉夫根尼·利夫希茨(Evgeny Lifshitz)編寫八卷本的、包羅萬象的《理論物理學教程》。這套叢書成為二十世紀理論物理學的經(jīng)典教材,后來被翻譯成多國文字出版?;谧约旱闹?,朗道發(fā)明了著名的“朗道勢壘”(Landau’s barrier),即一套全面測試學生對理論物理學知識掌握程度的方法?!皠輭尽庇删欧N測試組成,頭兩種測試學生的數(shù)學能力,包括如何計算微積分,相當于入門測驗;其他七種涵蓋了《理論物理學教程》幾乎全部內(nèi)容,諸如理論力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、相對論與場論、非相對論量子力學、量子場論與粒子物理學、連續(xù)介質(zhì)的電動力學、流體力學與彈性理論等。在如此森嚴的壁壘面前,大部分學生要么無功而返,要么半途而廢。直到朗道去世,總共僅有43人成功地穿越了“勢壘”而成為他的學生,這其中的一部分人后來成名成家。朗道在每次考試時不問學生任何問題,也不和學生討論相關(guān)的理論,他只是把應(yīng)試者關(guān)進自己的書房,讓他或她一個人數(shù)小時苦思冥想,去解決試卷中的難題。這使得應(yīng)試者不得不運用自己的全部智慧和精力,花費數(shù)年去艱難地攻克全部“勢壘”。如此殘酷的考試,其副作用也是顯而易見的:一些勇于挑戰(zhàn)自我的學生在過關(guān)斬將之后精疲力竭,失去了對理論物理學的興趣,甚至從物理學界銷聲匿跡。

 

朗道從小就不喜歡語文,這后來體現(xiàn)在他自己不喜歡動筆寫論文上,因此他的大部分學術(shù)文章和專著都是與別人合作完成的。他在與人合作時所做的主要貢獻包括:物理想法、推導和計算、進度計劃、對文稿不遺余力的批評和修改。在被問及《理論物理學教程》到底是誰撰寫的這樣尖銳的問題時,利夫希茨幽默地回答道,“動筆的活是我干的,而所有的想法歸功于朗道?!?/span>

 

 

193728日,因考試問題與哈爾科夫理工學院鬧翻了的朗道給莫斯科物理問題研究所的彼得·卡皮察(Pyotr Kapitsa)所長寫了一封超短的求職信,內(nèi)容只有一句話,“請接受我成為你們研究所的科學家”。久聞朗道大名的卡皮察二話沒說,馬上請他擔任研究所的理論部主任。在蘇聯(lián)肅反運動期間,朗道受到官方調(diào)查,于19384因“煽動反革命罪”而被捕入獄。為了保釋朗道,卡皮察本人親赴克里姆林宮為他說情。卡皮察提出的一個重要理由是,只有朗道才能解決自己一年前在實驗中所發(fā)現(xiàn)的液氦超流態(tài)的物理機制問題。一年后,朗道獲釋,他不負卡皮察厚望,很快就建立了液氦超流態(tài)的理論。

 

196217日,朗道經(jīng)歷了一場致命的車禍,昏迷了大約兩個月后才蘇醒過來,但智力已嚴重受損。諾貝爾獎評委會擔心朗道可能不久于人世,便在這一年的年底將物理學獎授予病床上的他,以表彰他在液超流態(tài)的理論方面所做出的重要貢獻。由于朗道本人無法前往斯德哥爾摩領(lǐng)獎,破例由瑞典駐前蘇聯(lián)大使在莫斯科向他頒獎。1978年,在朗道去世10年之后,卡皮察則因為率先發(fā)現(xiàn)液氦超流態(tài)而榮獲了當年的諾貝爾物理學獎。

 

     本文已正式發(fā)表在《科學世界》2014年8月號。

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