天才+理論物理+帥帥帥帥帥帥=列夫·朗道

在一週前落幕的柏林電影節上,最受國內關注的電影非《列夫·朗道:娜塔莎》莫屬。電影按照1:1比例搭建一座蘇聯城鎮,並用影像記錄下了人們的生活情境,也因此遭遇了巨大的爭議。讚美者將其視為“21世紀電影的里程碑”,反對者則斥責導演突破了倫理和道德的底線。


拋開爭論不談,電影最早拍攝的對象實際上是前蘇聯著名物理學家列夫·朗道(Lev Landau),電影項目的名稱DAU正取自Landau末尾的三個字母。那麼,列夫·朗道,這位被稱為蘇聯歷史上最偉大理論物理學家的人物,他究竟是誰?


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列夫·朗道 | Wikimedia Commons


神童


想要概括朗道的童年,只需要一個詞:神童


朗道7歲搞定了中學數學,13歲把微積分學完了。他在同學中年齡最小,個子最矮,智力卻超出同齡人實在太多:別人還在學1+1=2,他已經在算三角函數sin和cos了。這導致他在學校獨來獨往,沒什麼朋友。不過每次小測驗的時候,朗道都會大受歡迎,所有同學都想找這位學霸問題目。


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14歲即將進入大學的朗道 | bessmertnybarak.ru


14歲,朗道通過巴庫大學的入學考試,成為了這所大學年紀最小的學生。


在巴庫大學,朗道只花了兩年就通過了從一年級到四年級所有的數學考試。老師們都覺得已經沒什麼知識好教給這位學生了,因此16歲的朗道又被轉到了列寧格勒大學,當時蘇聯的學術中心。


這是一個完全正確的決定。在列寧格勒,朗道終於發現了值得自己奮鬥終身的事業——理論物理學


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青年時期的朗道 | ardetverbum.eu


新星


某一天,上大學的朗道偶然讀到了一篇論文《量子化即本徵值問題》,論文作者叫做薛定諤。這是薛定諤的第一篇量子力學論文。


朗道被這個叫做“量子力學”的理論深深地震撼到了。矩陣力學、波動力學、概率密度函數,這些全新的物理概念讓他著了魔。朗道將更多精力從數學轉移到了物理上。可是量子力學這門學科太新了,連學校的導師教授都沒法提供任何指導,朗道便自己研讀薛定諤、海森堡等人發表的最新論文。


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朗道(左一)與大學好友 | 《朗道傳》


很快,18歲的朗道發表了他的第一篇學術論文《關於雙原子分子光譜理論》。僅僅一年後,他又首次引入了密度矩陣的概念,可以比薛定諤提出的波函數更普遍地描述量子系統。


朗道這顆學術新星驚豔了物理學界。學者們開始引用他寫的論文,邀請他在研討會上做報告。作為優秀研究生代表,年僅21歲的朗道被派往國外留學。他拜訪了波恩、海森堡和愛因斯坦,參加了玻爾的理論物理討論班,與狄拉克、泡利等最頂尖的物理學家談笑風生。


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1930年哥本哈根舉辦理論物理討論班 ,一排從左至右:克萊因、玻爾、海森堡、泡利、伽莫夫、朗道、克拉默斯


年少成名的背後是無盡的汗水。年輕的朗道個子很高,看起來卻瘦削蒼白,這部分是因為他在大學學習太過刻苦,有時會一天學習15到18個小時,商店打烊了才想起來吃飯。出國後他仍廢寢忘食地鑽研,留學期間還發表了一篇關於抗磁性的論文。


幸運的是,超負荷的學習工作沒有太妨礙到朗道的異性緣。在一次畢業舞會上,朗道對參加晚會的人說:“請把最漂亮的姑娘介紹給我認識。”由此結識了校花科拉·德羅班採娃。兩人陷入了熱戀,並在幾年之後結為夫婦。科拉為什麼看上了朗道?可能是因為年輕的朗道實在太帥了吧。


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朗道和他的後來的妻子科拉 | russkiymir.ru


大師


和童年經歷比較類似,朗道的學術生涯也是一路開掛:24歲,以一名研究生的身份擔任烏克蘭物理技術研究所理論部主任;26歲,被授予物理數學科學博士學位,免予答辯;27歲,被授予教授職稱;38歲,當選為蘇聯科學院院士。


不過,教授、院士這種職稱對朗道來說太單薄了。朗道一生的著作有120多部,學術貢獻涵蓋了當時幾乎所有的理論物理學領域,從物態相變、超導理論到宇宙射線、基本粒子,沒有他不精通的。人們毫不吝嗇地為他送上皇冠似的頭銜:“蘇聯最偉大的理論物理學家”“最後一位全能的物理學家”


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朗道被譽為蘇聯最偉大的理論物理學家 | USSR Magazine Sovfoto


這位全能物理學家的研究,也因為歷史原因意外中斷過。蘇聯大清洗期間,朗道突然被克格勃帶走並被關進了監獄,警察認定他參與起草了一份反蘇傳單。幸好朗道所在的莫斯科物理問題研究所的所長卡皮查院士極力為他開脫,還給斯大林寫擔保信,才在一年後把垂死的朗道救了出來。朗道也沒有辜負所長的期望,出獄後不久就提出了液氦超流理論,對卡皮查發現的一系列液氦現象做出瞭解釋。


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獄中的朗道 | Wikimedia Commons


朗道50歲生日的時候,原子能研究所委託一位院士送給他兩塊厚厚的大理石板,石頭上以公式的形式記錄了朗道最重要的10項物理發現。這位院士表示,“我們非常希望把朗道所有的成果都刻在石板上,但遺憾的是刻不下。”石板上的10個公式後來被稱為“朗道十誡”

,名字來源於《聖經》中的摩西十誡。


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朗道十誡 | tsput.ru


朗道也不謙虛。他給物理學家按一套對數尺度打了分,0分要比1分好10倍,1分要比2分好10倍,以此類推。在朗道的評分中,牛頓得0分,愛因斯坦得0.5分,玻爾、海森堡、薛定諤等人得1分。朗道一開始給自己打2.5分,在完成一篇關於超導理論的論文後,

他宣佈自己的分數提高到了2分,只比那幫量子力學的祖師爺低一檔。


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朗道習慣的工作姿勢 | SPL


不過,即使是天才也會因為自負而犯錯。有個學生曾遞給朗道一篇論文,認為在介子衰變過程中出現了宇稱不守恆現象,

但朗道認為這違背了他的物理直覺,看了幾眼就把論文扔到了一邊。幾個月後,李政道、楊振寧、吳健雄等人提出並用實驗驗證了弱相互作用的宇稱不守恆理論,狠狠打了朗道等一大堆物理學家的臉。


嚴師


很多天才不喜歡當老師,比如愛因斯坦,他們要麼覺得帶學生太麻煩,要麼覺得學生愚蠢得無藥可救。朗道是一個例外,他認為自己有義務將有才華的年輕人引入科學的殿堂。受到玻爾的哥本哈根學派的影響,他在蘇聯建立了自己的“朗道學派”,吸引眾多學生前來聽課學習。


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朗道在討論班上 | kapitza.ras.ru


為了考察學生,朗道自創了一套名為“理論物理最低標準”的考試大綱。顧名思義,想當我的學生,超過了最低標準再說。考試科目包括1門數學、8門物理,涵蓋了幾乎所有物理學領域,難度極其之大。朗道會親自監考,並記下通過考試的學生的名字。


25年的時間裡,總共只有43個學生的名字被朗道記了下來,其中有20多人後來成為了院士。


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通過“理論物理最低標準”考試的學生名單 | kapitza.ras.ru


多說一句,考試的必備材料之一,是朗道和他的得意門生利夫希茨編寫的《理論物理學教程》。這套被稱為“朗道十卷”的教材總共4600多頁,前前後後用了40年才最終完成。教程以精煉的數學語言、深邃的物理思想,成為了無數物理研究者心中的“聖經”。


天才+理論物理+帥帥帥帥帥帥=列夫·朗道

《理論物理學教程》十卷(中文版)


話說回來,當朗道的學生是什麼體驗?如果有人連續3次都沒通過最低標準考試,朗道會直截了當地發出勸退:“您是無法從事物理學研究的。”朗道在每週四上午組織討論班,讓學生們報告最新的物理學進展。如果學生回答得不好,或者報告做得太差,朗道甚至會當場就把學生從講臺上拉下來。


儘管如此,同學們都很愛戴這位老師。他的嚴格乃至刻薄更多出於他的責任心,想把自己的學生培養成真正優秀的物理學家。比如朗道曾經因為一個學生沒做出題目而大罵了他一頓,自己卻想這道問題想了一個晚上,第二天一大早就打電話告訴那位同學正確的做法。因此學生們還是不停地找這位老師問問題,即使自己的想法往往只能換來幾聲呵斥:“胡扯!”“愚蠢至極!”


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漫畫《對驢講經圖》臺上的朗道在對底下的驢(也就是他的學生們)講經 | kapitza.ras.ru


拋去物理上的爭論,朗道本人還是非常善良親和的。與很多閉門造車的科學家不同,他熱愛與同事、學生聊天,還總結出一套幸福公式:“工作+愛情+交際”,認為每個人都應該把三分之一的時間用來和他人交流。更可貴的是,

數十年的理論物理學研究沒有對他的顏值造成太大的影響,這和許多物理學家形成了極為鮮明的對比。


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朗道的青年與老年 | person-info & AIP


隕落


天才可能總是會受到上天的嫉妒。在一次看望學生的路上,53歲的朗道遭遇了車禍,被送到醫院時已經瀕臨死亡。“病人的傷勢是致命的。”朗道的病歷裡如此寫道。


這是物理學史上最可怕的災難之一,全世界的物理學家都在為朗道祈禱。醫院換上了人工呼吸機、卡皮查院士從加拿大請來了最好的神經外科醫生、身在丹麥的玻爾寄來了藥品。終於,在長達57天的昏迷後,朗道甦醒了過來。


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遭遇車禍後的朗道與妻子科拉 | tsput.ru


因為頭部遭受撞擊,朗道的智力受到了嚴重損害,他再也沒能恢復到之前做物理研究的狀態。儘管如此,每當有人用微積分題目測試他的恢復情況,得到的答案只有無情的怒吼:“我不想回答這些愚蠢的問題!滾開!”畢竟這些是他13歲就學會的東西,難度相當於普通人算10×10=100。


出車禍的這一年年底,朗道因液氦的超流體理論被授予了諾貝爾物理學獎。諾獎委員會還極為罕見地將頒獎地點改到了朗道所在的醫院,由瑞典駐蘇聯大使向他頒發了金色獎章。比起恭喜朗道,我們更應該恭喜諾貝爾獎沒有錯過這一位劃時代的物理學宗師


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朗道接受諾貝爾獎 | kommersant.ru


然而,諾貝爾獎並不能彌補車禍造成的傷害。朗道不僅再也沒能從事物理研究,他的健康狀況也在不斷惡化。6年後,一場突發的疾病徹底擊倒了他。臨別之際,這位絕世的天才和偉大的導師非常平靜。


“我這一生過得不錯。我總是事事成功。”這是他在世上留下的最後一句話。


1968年4月1日,蘇聯理論物理學派開創人、20世紀最偉大的理論物理學家之一——列夫·朗道逝世,年僅60歲。


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20世紀最偉大的理論物理學家之一 列夫·朗道 | Wikimedia Commons


參考文獻

[1][俄]邁婭·比薩拉比.朗道傳.李雪瑩譯.北京:高等教育出版社,2018.

[2] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1962/landau/biographical

[3] https://www.britannica.com/biography/Lev-Landau

[4]王洪鵬.漫話朗道——全能物理學家朗道的傳奇一生.現代物理知識,2005(05):60-63.

[5]郝柏林.朗道百年.物理,2008(09):666-671.


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