1932年,列夫 · 达维多维奇 · 朗道(Lev Davidovich Landau)从列宁格勒迁居哈尔科夫。他在哈尔科夫的授课立即吸引了学生们的注意力。了解朗道的那些人不难想象他所散发的超凡魅力。此外,这些年是理论物理的黄金时代。量子力学已经创立,但其广大应用领域仍有待探索。特别是,固态量子论那时刚刚萌芽。朗道那喜爱交际的气质和他的乐意讨论物理,很快就促成了一个青年物理学家们和学生们的群体,他们渴望同他一起工作。
然而,关于在朗道指导下提前研究,他们并非全都具有一种足够良好的理论物理基础。朗道知道这一点。那时他已经把理论物理想象为某种不可分的科学,因为它本身的逻辑是以某些一般原理为基础的。后来,他把这个想象变换为他与李弗席茨(Evgenii M. Lifshitz)—起发展的理论物理课程。课程计划成为学生们的“理论最低量”;它还包括一批数学问题,那是朗道认为是必不可少的知识而从各个理论家那儿弄来的。渴求与朗道一起工作的年轻人通过了一次以该课程为基础的考试。后来,物理问题研究所的卡皮查(Peter L. Kapitsa)开玩笑地把朗道的课程叫做“技术最低量”。
朗道学派
尽管关于理论最低量已写了很多,但我还想再次提它,因为事实上这是我们现在叫做朗道学派由之出现的种籽。他的所有学生和助手实际上都受这理论最低量的检验。朗道给任何一个渴望成为他学生的人第一个考试就是数学。考试要求申请者能计算任何可按基本函数表示的不定积分,能解任何普通的微分方程,并具有向量分析、张量代数以及复变函数原理的知识。朗道认为,张量分析和群论必须同其能找到应用的理论物理领域一起加以研究。只有通过这个考试,申请者才能够继续往前去研究七组理论最低量。这种研究需要理论物理各个领域的基础知识。朗道认为所有理论家都必须精通这个基础知识,不管他们最终的专业领域如何。
朗道学派并不是自然而然成长的:它被构想——像我们现在说的规划,——并且理论最低量成为一种使人才能够有选择地收集起来的机制、这学派成为许多苏联理论物理学家的诞生地,他们中的一些人已建立他们自己的学派,赋予它们以专门的特点。随着理论物理的前进,朗道学派也逐渐发展。我想谈谈战后我幸运地有机会同朗道一起工作的那些年朗道及其学生们的工作风格。
1940年下半年我第一次见到朗道,当时我到莫斯科物理问题研究所去见他,我带了我的第一个物理老师、德涅普罗彼得罗夫斯克大学的芬克尔(Boris N. Finkel)的推荐信,并表示我想参加理论最低量的考试。1940年下半年和1941年春季,我通过了两段考试。
在我通过最后测验时,朗道推荐我进入研究生课程。但是战争干扰了我的学习。只是1945年下半年我才成为物理问题研究所的一名研究生)我与朗道紧密合作,直到1962年1月他遭到悲惨的车祸。
朗道讨论班
朗道讨论班每星期四在物理问题研究所的会议厅举行。出席讨论班要服从一条未成文的规定,这是每个人都严格遵守的:对于朗道的学生们来说,不管在研究所理论室工作或者在他们已当了理论小组头头的其他研究所工作,出席都是强制性的。讨论班常常在11点正开始。
关于原始论文的报告,有时就在讨论班发表,但更为经常的是概括地评述来自权威的科学杂志上的文章。朗道按字母顺序叫讨论班参加者,逐一提问最近杂志的论点(有些人经常带着《物理评论》)。朗道浏览杂志,标出他觉得特别兴趣的文章。因为他的科学兴趣并不局限于物理学的任何专门领域,所以他挑选的论文涉及所有领域,从固态物理到广义相对论等,朗道喜爱属于物理的一切东西。
在讨论班提出一个报告不是一件简单的任务;准备是非常费时间的,并且需要一种广阔的背景。一个是在完全理解题目的基础上概括所挑选论文的内容。
没有一个人能够因为题目陌生而辩护缺乏调研这篇那篇论文是正当的。这就是理论最低量本身所保证的训练所在:朗道立足于理论物理的所有领域,他要求他的学生和同事同样如此。
只要朗道或讨论班其他任何参加者还有问题,则演讲者就无权放弃“舞台”。演讲之后朗道会对评述论文中获得的结果给予评价。如果结果是突出的,它们就被写进“金书”。如果在讨论过程牛出现了需要进一步调查研究的问题,则这些问题就插入“疑书”(这些书直到1962年还保存着,青年物理学家经常从中找到重要的研究题目)。
几年过去了,讨论班参加者的圈子逐渐扩大到通过理论最低量考试的更多的物理学家。讨论班成员多到需要去讲台桌子旁就座;他们占满了物理问题研究所会议厅的角落。
每个已通过理论最低量考试的物理学家都有权利和义务。他获得由朗道支持的权利,但同时又承担了在讨论班提出报告的义务。如果一个演讲者不能对有关评论材料提出的问题给予明白的回答,或者不能清楚地阐述他的思想,他的处境就不令人羡慕了。有时倒霉的伙伴被从演讲者名单上除掉名字,并且被剥夺了评论科学杂志上文章的权利(这发生得相当突然)。在朗道的圈子里,这个措施被看作是判处死刑:朗道看不起这样的理论家并立即撤回对他的支持。
不是所有的讨论班都专门用于评论文章:朗道的学生以及来自其他研究所和其他城市的物理学家也报告原始工作。像是一个规则,朗道在讨论班之前就开始了解原始工作;如果他发现一篇有趣的论文,就加以介绍。在讨论班上,朗道亲自讲他自己的所有工作。
在讨论班上发表讲话是困难的,但又是很大的光荣。演讲者遭受到断断续续的提问。听众有权打断演讲者的话;整个演出与其说是报告,不如说更像是演讲者与听众(由朗道领导)之间的对话。常常在对话过程中,错误、逻辑缺陷、不一致,以及关于论文基本主张的不同意见都给暴露出来。朗道是一个很有批评才智的人:他的批评总是帮助找到真理。如果一个作者是讨论班上的一个成功者,就可以肯定他的工作在逻辑上不是不一贯的,他具有新的成果。这就是为什么理论家们都急切地要在朗道的讨论班上报告他们的工作:他们知道,他们总会得到公正的、没有偏见的估价他们的工作,而且出自最高的可能权威。
虽说是一个很有批评才智的人,但朗道也自我批评。大家都了解朗道有一种喜欢对周围各种东西,包括对物理学家加以分类的缺点,但是在他排列物理学家时,他给自己分配的位置却比他应得的要谦让得多。当我有一次告诉他,我多么钦佩他的批评才智时,他回答说:“你没有见过泡利(Pauli)那才是个伟大才智!”
朗道同学生们的相互影响
同朗道的任何关系都以他对物理学的兴趣为基础。他的工作日总是从访问物理问题研究所楼房底层的实验室开始的。他匆匆穿过实验室以寻找最新消息,又来往徘徊,以便有什么人想从他那儿随时得到理论帮助。朗道相信实验家新近解决的问题优先于理论家的问题。无论什么时候,当一个实验家问他哪怕是某些较次要的计算问题,他总会中断任何一项活动。与实验家的合作引发了朗道的许多杰出工作。的确,他的主要艺术品——超流体理论的公式——就是他与实验家卡皮查天天紧密合作的果实,卡皮查曾经揭示和研究了氦-4的这种现象。
同实验家的工作关系,也是朗道最亲密同事的准则。在我成为研究生后不久,我同研究所的液氦小组接触,小组的彼什科夫(Vasili P. Peshkov)和安德罗尼什维里(E. L. Andronishvili)已经从他们关于超流体工作中得到一些令人兴趣的成果。他们需要一种有关他们对想象上“无粘滞性”超流体所注意到的粘滞性效应的解释。我第一个以朗道的超流体理论为基础的尝试性计算提供了一种定性的解释。然而,花了一些时间才使朗道确信这计算是正确的。在最后的分析中,液态量子动力学系数的温度依赖关系证明是很不同于根据众所周知的气体动力学理论所得到的那样。
为了“思维经济”,朗道常常会采用基本的一般原理,拒绝那些不受这类原理限制的任何东西。但任何新的异常结果都使他深深陷入思考之中。在这种情况下,朗道会应用他处理问题的方式,或是再证实或是拒绝这个结果。正是这个方式,使朗道对一个液态量子的初级激发的动力学方程变得感兴趣;我们立即找它的精确解。我们对超流体氦的粘滞性理论的共同工作从这项研究里显露出来。
诸如这样的一个贡献并不一定意味着朗道会同意把他的名字包括在作者的名单上。他慷慨大方,并且常常送掉他的成果。只有当他的成果是有价值的,并且他的贡献是重要时,他才会同意作为一名合作者。
朗道从来不为他的学生做那些他认为他们自己应该做的事情。有时,一个学生在尝试解一个题的许多失败之后,会请求朗道帮助并听到这样的回答:“这是你的问题。为什么我必须替你做?”在朗道断然拒绝之后,显然就不会有外界帮助了;如果幸运,会得到启发,问题也会立即解决的。朗道既不为他的学生们提供问题,也不把学位论文题目提供给他的研究生:他们对自己的任务负责,他这样训练他们独立,像未来的科学领导人那样教育他们。
1956年我目睹了朗道对量子Fermi液体理论的创造。那时许多实验数据已在氦-3的液相研究上积累了。这种证据与所期待的费米子理想气体的行为并不一致。有一天朗道出现在物理问题研究所我的办公室,并且在黑板上迅速写下守恒定律,开头是动力学方程,按照他的计算,显示了动量守恒定律并不自动地满足要求。大约第二天,他解决了这问题。理想气体图像没有抓住;这从很早到考虑费米子之间相互作用是必然的。这是朗道最漂亮的理论之一如何创立的情况。由于我们这些朗道的学生们实际上目睹了它的创造并且参与一些讨论,我们感到有点像是朗道的同谋似的。阿勃里科索夫和我立即把朗道理论应用于研究Fermi液体的具体特性。
清晰时逻辑和简单性都是朗道工作的特点。他彻底思考他的讲稿和论文,正如大家都知道的,他自己不写论文:他的助手们——经常主要是李弗席茨——被委托这个受尊敬的任务 · 我幸运地有一个机会同朗道一起写他的两篇著名论文,一篇关于双组成的中微子,另一篇关于宇称守恒的结合。朗道考虑和论述我写下的每一段;只有最好的最清晰的看法才容许写进最后文章中。按这种方式工作,他既完善了他的书写风格,又准确地定出需要另外解释的各点。这种处理是朗道的典型操作方式。总之,他同学生们的关系不是一个产生思想的大师对夺取它们并进一步发展它们的学生们那类关系。
理论物理研究所
当1962年那次使朗道再也不能继续研究理论物理的汽车事故之后,他的亲密同事与助手们面对着保护朗道学派及其传统的严肃问题,就变得明显了。虽然在朗道的学生们当中已经有了成熟的物理学家和知名的科学家,但没有一个人敢于设想他能代替朗道的领导者地位。最重要、最困难的问题是保护学派中固有的高科学标准并且维持一支能保证这些高标准的科学家队伍。终于我们得出了自然结论,即只有我们联合集体智慧才能够在某种程度上代替我们老师的强有力的批判智慧。我们的想法得到苏联科学院的支持,并且在1964年下半年成立了理论物理研究所。
我们的研究所成为当时已建立固态物理研究所的科学院诺津斯克(Noginsk)科学中心的一部分,自然,我们的研究所把自己限制在固态理论而顾不上那个作为朗道及其学派特征的普遍兴趣范围。然而,研究工作一点一点地在研究所内部开始成长,进入核物理、相对论天体物理、量子场论、等离子体物理和其他领域,还建立了数学和数学物理研究室。
因为在研究所我们工作在这样广阔问题领域上,我们主要任务之一是保证各个科学领域专家们当中的相互了解。我们承认,像朗道那样受到如此宽广教育的年代已经过去。物理学已成为这样一种广泛的、无所不包的科学,知识的多方面性似乎只有在一个挑选出来的讲一种共同的科学语言的人们群体内才是可能的。理论物理在过去几十年中的演化已表明,重大不同的物理学领域如何能够彼此影响。拿一个众所周知的例子,量子场论中所发展的方法在固态理论,特别在解决相位跃迁问题中扮演了一个决定性的角色。
共同科学语言只有在一个细心挑选的专家们小集体内才能起作用。一个例子特别适合于证明我们在得到这种共同语言方面的成功。最近几年,我们研究所理论家和数学家的共同努力,导致了在量子场论方面和在最近发现的氨-3超流体现象的理论方面的重大进展。这两个进展都应用了来自拓扑学的方法。我们把这些成就归功于在理论物理研究所得到训练的新一代理论家。这个新一代——朗道学生的学生——是朗道的事业在未来若干年将继续存在的保证。
数学
在数学方面,朗道对那些能解决具体物理问题的方法比对现有定理更为重视。作为一个“真正”数学的例子,朗道常常引用Hopf-Wiener求解半无穷积分方程的方法。在50年代中期,鲁特(Gerald Reuter)和桑德海默(Ernest Sondheimer)根据一种复变函数理论,把这个方法应用于不规则表皮的效应。结果,霍普夫(Eber-hard Hopf)和维纳(Norbert Wiener)的名字在50年代专门研究金属量子理论的物理学家们当中享有很大名望;朗道特别赞美这方法的漂亮和效能。
朗道低估了那些还没有在物理学中广泛采用的抽象数学。有时他开玩笑对我说,“我们知道,20世纪的数学除了理论物理外没有任何东西。”当时我也具有他的观点;然而,后来20年,现代数学方法——拓扑学、代数几何、簇理论——在现代物理学中变得有用了。我不知道朗道对于这个发展会说什么,但我不怀疑,如果他活到今天,他会掌握这些方法并评价它们的重要性。
朗道是一个高度熟练的数学家。他非常精通复变函数论、群论、概率论。他还作了一个主要贡献,保证了流体动力学和热导性方程的数值积分方程的稳定(John von Neumann同时独立作了贡献)。
但理论物理的某些新方法朗道还是没有达到。例如,当阿勃里科索夫和我正试图应用量子电动力学中费因曼图式方法去找出高能状态Green函数的渐近行为时,朗道立即抓住了事情的要点,并给了我们概括最重要图式的思想;然而他没做自己的计算。当工作做完了,朗道这位我们工作的合法的合作者对我们的共同朋友梅曼(Naum Meiman)说:“这是我第一个自己不能进行计算的工作。”这是一位有权被认为是他时代现代理论物理技巧大师的人所说的。当他称自己是技巧冠军时,他意思是,他能比其他任何人更快地解一个理论物理题。追溯这一点时,应该加上一句,可通过他熟悉的那些方法去解题。
当时朗道认为,他计算过其中二维Ising模型热力学特征的奥恩塞格(Lars Onsager)的工作是理论物理的顶点,哪项工作包括相位跃迁问题的精确解;朗道承认他从未能够解它。
艺术
朗道读书贪得无厌;他喜爱绘画,又是一个影迷。作为一个崇尚理性的人,他接受的只是现实主义艺术。50年代的苏联,德国作家雷马克(Erich Maria Remarque)的书极为流行。我记得朗道如何因为雷马克《生命的火花》而激动。雷马克给朗道予强烈的印象,他狂喜,常常一再地说,“就是那本书”。朗道爱好诗歌,并且喜欢朗诵诗。
有一次,叶甫图申科到物理问题研究所朗诵他的诗作。他朗诵得非常之好,诗的社会内容具有一种独特的强烈效果。他听了这些他非常热衷的诗对我说:“我们全都必须当着叶甫图申科的面脱掉帽子!”对一个诗人能有比这更高的赞美吗?
朗道喜欢旅行。他常常同李弗席茨一起,利用假期坐李弗席茨的汽车旅行。有时他爬山:冬天他在伏罗比也夫丘陵滑雪。夏天他在物理问题研究所的院子里打网球。对运动他是为了乐趣而不是为了成绩。朗道不玩国际象棋,尽管他懂得规则;他认为这种游戏是纯粹浪费时间。这一点他与卡皮查不同,卡皮查直到生命终结,对国际象棋一直是认真的、热衷的。卡皮查玩国际象棋是终生习惯。
冷酷无情吗?
关于理论最低量及其在朗道学派中的角色已经写过许多。朗道掌握了所有通过理论最低量考试的人而不作任何记号,唯一记下来的是考试通过的日期。在某些情况下,他在学生的名字下面记了感叹号和问号;如果一个学生得到三个问号,他想在朗道指导下学习理论物理的要求就被拒绝了。接着,一个最不愉快的时刻就到来了:告诉学生的时候。朗道总是自己做这件事;他不把这个使命交给任何人。可以想象,听到朗道这种令人辛酸的宣布,对于一个初学者来说意味着什么。
在科学讨论时,朗道对很受尊敬的物理学家从不留情;他的批评总是尖锐的,但是很应该很及时。例如,他不总是持有巴丁(John Bardeen)非常重要的见解,并且在讨论班上明确表达了他的看法。1957年以前,在巴丁与施力弗(J. Robert Schrieffer)、库伯(Leon Cooper)—起创立了超导理论之后(巴丁由于这工作而获得他的第二次诺贝尔奖),朗道改变了他的看法,并承认这位物理学家的高科学水平。
另一方面,在日常生活中朗道是一个细致的、有礼貌的人;他会在大街上停下来,对陌生人予以细致的指导。
我同朗道最后一次科学讨论是1962年1月5日星期五在物理问题研究所我的小办公室里进行的,我们谈了宇宙学中的单一性:他对李弗席茨和我已取得的结果感到高兴。1月27日的惨案发生了;事故之后,朗道再也不能搞科学了。关于朗道事故后的精神能力有着不同看法。后来几个月,一个精神病医生来给朗道作检查。当精神病医生开始问他一些通常向精神迟钝儿童提的问题时,朗道要求“这个白痴”立即滚蛋。但事故后的几年中,朗道回避了科学讨论和那些可能会提出讨论的人,以他的腿痛为借口。他对我例外:通常,当我要离开时,他要我再来。我们的谈话大多是些标准的玩笑和老话。
1968年1月22日朗道60岁。当时我因为业务在印度而离开。卡皮查决定等我回来庆祝——他要我组织这个欢庆节日。1968年3月6日,朗道的所有朋友聚在物理问题研究所庆祝这个周年喜庆并且向他祝贺。总的情绪并不非常喜悦:我们大家都感到,我们正在向他告别。朗道不到一个月就去了。
我最后一次见到朗道是3月31日,在他进行一次手术之后。他的健康状况已经大大恶化。医院把李弗席茨和我叫去;我们得利通知,实际上没有办法能够救他。当我进入他的病房时,朗道正侧卧着,他的脸向着墙。他听到我的脚步声,头转过来说,“赫拉特,请,救救我”。这些就是我听到的他的最后几个字;他死于当天夜里。
[Physics Today,Vol,42,1989,No. 5]
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*作者是莫斯科L. D. 朗道理论物理研究所负责人,本文系作者根据他在北欧纪念朗道诞辰专题讨论会(1988. 6. 13~17,哥本哈根)的报告整理成的。该文还将发表于《Landan:The Physicist and the Man》(1989,牛津,本文作者任主编)一书中。
—译者注