科学传奇

作者简介

张天蓉，女，旅美物理学者，科普作家。美国得州奥斯汀大学理论物理博士，现住美国芝加哥。研究课题包括相对论、黑洞辐射、费曼路径积分等。已出版的科普读物十多本，作品曾入围中国图书评论学会 “中国好书”和 获“全国优秀科普作品”等奖项。 葛惟昆，香港科技大学荣休教授，清华大学教授，北京大学客座教授。毕业于北京大学物理系，英国曼彻斯特大学博士。曾任中科院半导体研究所副所长。著作、译作和主编书籍七本，发表论文450多篇。

内容简介

朗道：凝聚态 列夫·达维多维奇·朗道（1908—1968）是一位颇具传奇色彩的物理学家，无论他的学术生涯和学术成就，还是他六十年跌宕起伏的人生， 都充满传奇，使人赞叹、令人敬仰，也让人伤感。他由于出生在爱因 斯坦狭义相对论发现之后三年、普朗克量子假说之后八年，没有来得 及参与相对论和量子力学两大学说的创立，曾经自叹未能跻身于20世纪初期那一批伟大的物理学家之列，但他对物理学的贡献和在物理学 界的名望，却是学界公认的。这位苏联犹太天才，是一个全能的理论物理学家。 朗道对物理学的革命性贡献，在于奠基了现代凝聚态物理学。由于对凝聚态特别是液氦的先驱性理论，朗道被授予 1962 年诺贝尔物理 学奖。在他 50 寿辰之际，苏联学界把他对物理学的十大贡献刻在石板上作为寿礼，并以膜拜先知一般的礼仪，称之为“朗道十诫”。 青年奇才 朗道无疑是一位天才。他从小聪明过人，并善于自学，他 7 岁学完 了中学数学课程，12 岁时就已经学会微分，13 岁时学会了积分，14 岁上大学。16 岁他由巴库大学转入刚刚易名的列宁格勒大学（圣彼得堡大学），19 岁毕业。毕业之前他就做了两项极有分量的研究工作，特 别是在用波动力学处理韧致辐射的论文中，首次使用了后来被称为密度 矩阵的概念。密度矩阵在后来的量子力学和量子统计物理学中起了重要 的作用。在列宁格勒大学，朗道第一次触碰到了 20 世纪二三十年代物 理学发展的热浪，深深为尚处于形成阶段的量子理论所吸引。他惊叹于 海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克的量子力学的科学之美，更体验到它 们凝聚着人类的智慧和创造力。朗道本人正是一位才华横溢，对创造新 事物、新理论充满激情的人，所以相对论和量子力学初创时期的天才辈 出，引起他深深的共鸣。他尤其热衷于最富有浪漫色彩的“时空弯曲” 和“测不准关系”。朗道对于自己没能赶上量子力学创建的辉煌历史时 刻，感到极度惋惜。 在当时的苏联，朗道侥幸获得了出国游学的机会。在不到两年的时 间中，朗道先后在德国、瑞士、荷兰、英国、比利时和丹麦进修访问。 他曾回忆说，在这段时间里，除了费米之外，他有幸见到了几乎所有的 量子物理学家。在与这些著名科学家的交往中，朗道充分地展示了他独 特的才华和个性。 一个非常著名的传闻是：有一次爱因斯坦演讲，当主持人请听众对 演讲者提问时，一位年轻人从后排座位上站起来说道：“爱因斯坦教授 告诉我们的东西并不是那么愚蠢，但是第二个方程不能从第一个方程严 格推出。它需要一个未经证明的假设，而且它也不是按照应有的方式成为不变的。”与会者都惊讶地回过头来注视这位似乎不知天高地厚的年轻人。爱因斯坦用心地听着，对着黑板思索片刻后对大家说：“后面那位年轻人说得完全正确。诸位可以把我今天讲的完全忘掉。” 在丹麦的哥本哈根，朗道深受“哥本哈根精神”的感染，他在那里只待了四个月左右的时间，但却对玻尔十分敬仰，终生只承认自己是玻 尔的学生。而玻尔也对这位年轻人非常欣赏，他这样评价朗道： “他 一来就给了我们深刻的印象。他对物理课题的洞识力，以及对人类生活 的强烈见解，使许多次讨论会的水平上升了。”后来朗道和好友佩尔斯 研究了将量子理论应用于电磁场的可能性，提出了在量子理论中电磁场 量的可观测性问题，并为此又专程赶到哥本哈根，与玻尔进行了长时间 的激烈讨论，启发玻尔和罗森菲尔德撰写了关于这个问题的著名论文。 明知苏联国内局势的险恶，朗道还是执意返回自己的祖国。1931 年春天朗道回国时，对好友罗森菲尔德说：“我必须为我的国家工作。这是一次长久的离别。也许是永久的离别，除非你来访问我们。”后来，只在 1933 年和 1934 年，朗道再度短期访问过哥本哈根。 如果说朗道欧洲之行造访哥本哈根和拜会玻尔是他最重要的收获， 那么他在访问欧洲期间另外一个重要的会晤，就是在剑桥的由卢瑟福主 持的卡文迪什实验室，朗道结识了在这里工作的自己的同胞——同样是 苏联伟大的物理学家、诺贝尔物理学奖获得者——彼得·卡皮查，卡皮 查则成了朗道后来的生涯中非常重要的人物。 卡皮查在苏联物理界地位崇高。苏联政府向英国购回了卡皮查在剑 桥大学的实验设备，使他能够在国内继续从事低温领域的研究。剑桥的卢瑟福也鼎力支持，把整个实验室的设备运送给他，苏联政府专门为他成立了“物理问题研究所”。1937 年，朗道被邀请到卡皮查的研究所担任理论部主任，在那里有卡皮查的佑护，朗道如鱼得水，一直工作到 生命的终点。在这之前，朗道先后由于与顶头上司冲突而离开了列宁格 勒和哈尔科夫两个研究所。因为朗道在内心深处是个自由主义者，与当 时苏联的政治体制很难相容，同时又在学术问题上与研究所的领导有分 歧。在列宁格勒，尽管朗道是正确的，但却冒犯了这位权威的所长约飞， 使两人水火不能相容。两人的矛盾在一次朗道做学术报告后爆发，约飞 公然对朗道所讲的内容不以为然，而朗道则毫不客气地当众回敬道：“理 论物理学是一门复杂的科学，不是任何人都能理解的。”冲突到这般地 步，朗道最后不得不离开列宁格勒。 认识科学，发现传奇，人类对科学的追求和探索，是对真理和美的书写过程。科学是什么？科学和数学、物理、天文及生物的关系如何？科学是否等同于技术，科学与哲学、科学与艺术有何共同点？科学家、科学精神和科学素养又是怎样的关系？ 这本书通过39篇故事及解读，让我们对科学多了一分了解，也多了一分思考。