朗道排名与朗道势垒

2014-08-07

出生于1908122日的列夫·朗道(Lev Landau)是苏联最伟大的理论物理学家,他一生可谓死过两次:发生于196217日的一场车祸葬送了作为物理学家的朗道,因为他从此无法再进行任何深刻的思辨;另一方面,朗道的心脏于196841日停止跳动,享年60岁。

 

 

朗道是个性情怪异、脾气暴躁的人,恃才傲物。无论在生活中还是在科学上,他都喜欢大发煽情的议论,经常出言不逊,以吸引公众的注意力,或者引发别人对他的愤怒,因此一生树敌众多。朗道是前苏联少有的对酒精饮料不感兴趣的男人,这归因于他在巴库国立大学读书时,未能完成化学专业的学习,从而对与化学相关的饮品心怀抵触。朗道甚至在老前辈玻尔面前也无法控制自己喋喋不休的毛病,以至于后者不得不时常提醒他,“朗道,现在该轮到我说几句了。”

 

尽管朗道自视甚高,瞧不起同时代的绝大多数理论物理学家,但是他所发明的那个著名的“朗道排名”(Landau’s list)却显示了他相当自谦的一面。他把每个理论物理学家所做的重要科学贡献以对数坐标表示出来,籍此将他们分为几个等级,从05,处于上一个等级的人要比下一个等级的人对物理学的贡献大10倍。按照这个排名,爱因斯坦属于“半流”,领先于其他人;玻尔、海森伯、狄拉克和薛定谔等量子力学的创始人属于“一流”。朗道起初将自己定位于“二流半”,直到他完成了二级相变的工作后,才把自己的排名提高到“二流”。毫无疑问,朗道堪称有史以来最伟大的“二流”理论物理学家。

 

 

1932年至1937年期间,朗道担任哈尔科夫理工学院的理论部主任,同时开始与他的学生叶夫根尼·利夫希茨(Evgeny Lifshitz)编写八卷本的、包罗万象的《理论物理学教程》。这套丛书成为二十世纪理论物理学的经典教材,后来被翻译成多国文字出版。基于自己的著作,朗道发明了著名的“朗道势垒”(Landau’s barrier),即一套全面测试学生对理论物理学知识掌握程度的方法。“势垒”由九种测试组成,头两种测试学生的数学能力,包括如何计算微积分,相当于入门测验;其他七种涵盖了《理论物理学教程》几乎全部内容,诸如理论力学、热力学与统计物理学、相对论与场论、非相对论量子力学、量子场论与粒子物理学、连续介质的电动力学、流体力学与弹性理论等。在如此森严的壁垒面前,大部分学生要么无功而返,要么半途而废。直到朗道去世,总共仅有43人成功地穿越了“势垒”而成为他的学生,这其中的一部分人后来成名成家。朗道在每次考试时不问学生任何问题,也不和学生讨论相关的理论,他只是把应试者关进自己的书房,让他或她一个人数小时苦思冥想,去解决试卷中的难题。这使得应试者不得不运用自己的全部智慧和精力,花费数年去艰难地攻克全部“势垒”。如此残酷的考试,其副作用也是显而易见的:一些勇于挑战自我的学生在过关斩将之后精疲力竭,失去了对理论物理学的兴趣,甚至从物理学界销声匿迹。

 

朗道从小就不喜欢语文,这后来体现在他自己不喜欢动笔写论文上,因此他的大部分学术文章和专著都是与别人合作完成的。他在与人合作时所做的主要贡献包括:物理想法、推导和计算、进度计划、对文稿不遗余力的批评和修改。在被问及《理论物理学教程》到底是谁撰写的这样尖锐的问题时,利夫希茨幽默地回答道,“动笔的活是我干的,而所有的想法归功于朗道。”

 

 

193728日,因考试问题与哈尔科夫理工学院闹翻了的朗道给莫斯科物理问题研究所的彼得·卡皮察(Pyotr Kapitsa)所长写了一封超短的求职信,内容只有一句话,“请接受我成为你们研究所的科学家”。久闻朗道大名的卡皮察二话没说,马上请他担任研究所的理论部主任。在苏联肃反运动期间,朗道受到官方调查,于19384因“煽动反革命罪”而被捕入狱。为了保释朗道,卡皮察本人亲赴克里姆林宫为他说情。卡皮察提出的一个重要理由是,只有朗道才能解决自己一年前在实验中所发现的液氦超流态的物理机制问题。一年后,朗道获释,他不负卡皮察厚望,很快就建立了液氦超流态的理论。

 

196217日,朗道经历了一场致命的车祸,昏迷了大约两个月后才苏醒过来,但智力已严重受损。诺贝尔奖评委会担心朗道可能不久于人世,便在这一年的年底将物理学奖授予病床上的他,以表彰他在液超流态的理论方面所做出的重要贡献。由于朗道本人无法前往斯德哥尔摩领奖,破例由瑞典驻前苏联大使在莫斯科向他颁奖。1978年,在朗道去世10年之后,卡皮察则因为率先发现液氦超流态而荣获了当年的诺贝尔物理学奖。

 

     本文已正式发表在《科学世界》2014年8月号。

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来自:yangmill  > 物理学
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