奇异的液体朗道与超流体

奇异的液体朗道与超流体

奇异的液体朗道与超流体

929年10月的一天，柏林威廉科学

研究所的报告厅里，人满为患，到处挤满了热情的听众，甚至报告厅的过道都坐满了人。进不了报告厅的人索性站在窗外，倾听着从高高窗户里传出来的声音。

这是在进行一场什么报告？原来，伟大的科学巨人爱因斯坦正在报告厅里进行演讲。报告厅里的讲台上，爱因斯坦侃侃而谈他那神奇的相对论，他讲得是那样的深奥，对于广大听众来说，不啻无限遥远天国的佛语纶音。人们越是听不懂伟人的话语，就越崇拜他。报告厅的前排座椅上，坐着德国科学界的权威、教授，他们极其虔诚而尊敬地做着笔记，仰视着伟大的演讲者。

爱因斯坦的演讲在暴风雨般的掌声中结束，按照科学报告的惯例，主持者请大家对演讲者提问题，会场一片寂静。这时，从后排站起一位瘦弱矮小的青年，他说：“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为不变的……”

会场的人都回过头去注视着这位不知天高地厚的青年人，然而爱因斯坦是例外的，他对着黑板思索了一会儿，然后转过身来说道：“后排那位青年人说得完全正确，他的意见值得考虑。”爱因斯坦从讲台走下来，缓缓穿过向他欢呼致敬的人群，来到唯一向他提问的青年身旁，两个人一见如故，便愉快地交谈起来。

这位毛头青年人就是前苏联著名物理学家、超流性理论的奠基人朗道，这是一段20世纪30年代传为佳话的故事。

1908年1月22日，朗道生于俄国的巴库，父亲是石油工程师，母亲是医生。从孩提时起，朗道就聪明过人，4岁就能阅读，少年时代就初步掌握了微积分，13岁时完成了中学课程的学习，很想到大学去学习数学，但他父母认为他年岁太小，而且父亲希望他选一个更加“实用”的职业，于是就送他进了一所经济专科学校。他在那里学了一年，觉得学不下去，于是在1922年进了巴库大学，兼学数学、物理和化学。两年以后，他在巴库大学毕业，当时他渴望学习更多的东西，于是去了彼得堡。

朗道1924年到达彼得堡，当时正值列宁逝世，彼得堡刚刚改名列宁格勒，彼得堡大学也随之改名为列宁格勒大学。前苏联最著名的物理学家约飞、福克等人当时正在该校任教，讲解刚形成中的量子力学。1927年19岁的朗道在列宁格勒大学毕业，并且成了该校物理技术研究所的正式研究生。

朗道

从此，在列宁格勒大学的校园，一个所谓的“爵士乐队”逐渐增大知名度，变成了人们注意的中心，朗道和三个要好的朋友，组成了一个四人科学小组，他们戏称其为“爵士乐队”。其中除了朗道，还有伽莫夫、伊凡宁柯、布朗施坦。这些年轻人在严肃的科学研究之余，一起打打闹闹，互相讽刺和开玩笑，活跃气氛，这种在活泼浪漫中探索真理的作风，对世界科学界影响至深。

朗道从成为职业科学工作者之后，就坚定地决心为探索自然规律而不惜惊世骇俗，为了培养他的不畏众言能力，朗道闹出了许多的笑话。一天，朗道在他的帽子上系了一个红气球，然后到繁华的闹市街道上去散步，引逗得许多人围观跟着他，同事们问他这是为什么，他回答道：“这一切表明，朗道想在帽子上系个红气球，他就可以系上红气球。”弄得人们哭笑不得。

爱因斯坦（右）和德国著名物理学家，量子理论的创始人普朗克（左）

20年代，前苏联还十分注意和西方的交往，前苏联青年到国外留学也比较容易。1929年10月，经过几次申请之后，朗道获准到欧洲各国访学。在不到两年的时间里，朗道访问了欧洲几乎所有的物理学中心，见到了几乎所有的量子物理学家。他最先到达柏林，见到了普朗克和爱因斯坦，经过和量子物理学前辈的交流，聪慧绝伦的朗道，很快就站到了量子物理学的前沿。

朗道早在18岁时，就发表了一篇分析双原子分子光谱的论文，科学研究意识比较强烈。当时朗道作为一个年轻的大学生感到，有关量子力学的各种问题是科学发展的重要标志，可是许多最根本的问题已经被别人抢先解决了，大有“余生也晚”之憾。可是，在他游学欧洲时，幸运地赶上了量子物理学发展的另一班车。他及时抓住了历史的契机，没有虚度此生，为理论物理学作出了杰出的贡献。

卡皮查

1908年，在荷兰物理学家卡末林·昂内斯成功地液化了氦以后，极低温的现象一直是世界上一些有名实验室的主要研究对象。前苏联杰出的科学家卡皮查在这方面作出了重大贡献。1934年，前苏联政府为卡皮查购买了他在英国剑桥所使用的全套设备，卡皮查继续从事研究工作。1938年，卡皮查发现，当液氦从极低温4K冷却到超低温2K时，突然变成一种过去从未见过的液体。液氦的这种液体可以从盖得很严的容器中逃逸出来，可以迅速地流过很细的毛细管和裂缝，几乎没有粘滞性。

卡皮查把液氦的这种性质称作超流动性，此后，各国科学家相继发现超流液体的各种特殊性质和现象，一时间低温物理学成为科学界的热点领域，朗道恰好赶上了这—时代。

1937年，卡皮查邀请朗道到他担任所长的莫斯科物理研究所负责理论部工作，于是朗道从此转到了莫斯科，和卡皮查一道研究超导和超流现象。卡皮查是一个卓越的实验物理学家，朗道则是一个理论物理修养精湛的青年，两个人的工作十分和谐，在低温物理学领域取得了一系列成绩。

但是不幸的是，当时前苏联的“清洗”已经愈演愈烈，知识分子人人自危，而朗道的性格仍然是直言不讳，常常发表一些批评性的言论。1938年冬天，朗道突然被以“德国间谍罪”的名义，判处监禁10年，送到了莫斯科最严厉的监狱。当时卡皮查不在莫斯科，等他回来时，朗道已在狱中受了将近一年的折磨。他获准去探望朗道，发现朗道已经奄奄一息了。卡皮查气得满脸发白，于是他作出了一个不要命的举动，他从监狱出来以后直接驱车去克里姆林宫，向前苏联高级官员，外交部长莫洛托夫提出了一个“最后通牒”：如果不立即释放朗道并彻底平反，他卡皮查就停止工作。卡皮查当时已经是国际知名的科学家了，这种举动在当时是十分危险的，然而结果出人意料：卡皮查并未遭到非难，而且朗道也很快被释放了。

狱中的朗道

监狱生括使朗道了解了许多事情，但是却没有毁掉他对科学的忠诚。从那以后，他在莫斯科工作了20多年，对前苏联的科学、国防和教育都做出了不可估价的贡献，成了全世界引人注目的理论物理学家。

朗道在卡皮查低温物理实验的基础上，1941年提出了超流性理论的二流体模型，这是朗道把量子理论应用于液氦因而成功地解释了液氦的超流以及其他许多奇异现象，预言了新的事实。1944年，朗道的理论预言得到了实验证实。

20世纪40年代的前5年，是第二次世界大战激烈进行的时期，这一段时间，朗道的科学研究环境和条件并不好，当时前苏联为了赢得战争，许多重要部门向东部疏散，科学机构的搬迁工作破坏了正常的研究条件；与此同时，朗道还蹲了将近一年的监狱。就是在这样艰苦的条件下，朗道却做出了荣膺诺贝尔奖的研究工作，难怪人们—直称颂他是世界物理学界一个最有特色、最有个性和不平凡的人物。

就是这样一个出色的物理学家，当人们期待他在战后和平岁月里为科学做出更大的贡献时，一件不幸的事件发生了。

早在1906年，巴黎的—辆马车夺走了物理学家皮埃尔·居里的生命。1962年莫斯科的一场车祸，过早的终止了朗道的科学生涯，这两次车祸都给人类科学和文明造成了巨大的损失。

1962年1月6日，一向寒冷的莫斯科突然转暖，夜间淅淅沥沥地下了一场雨。1月7日凌晨，天气骤变，气候转冷，在房屋、树木、道路上都结了一层薄冰，紧接着又盖上了一层冻雪，路上很滑。那天，朗道要去前苏联核物理研究中心杜布纳，于是搭乘一位同事驾驶的伏尔加轿车。当车开到莫斯科北郊时，人烟稀少，司机稍稍加快了速度。突然有一个小女孩横穿马路，司机紧急刹车，但是车子失去控制，滑到马路一旁，这时恰好迎面驶来一辆卡车，两车都在奋力刹车的情况下，缓缓撞在一起。别人都安然无恙，朗道却身负重伤。

通过检查，发现颅骨破碎等一系列致命的重伤，朗道所有的伤势，每一种都可能造成致命的结果，卓越的物理学家危在旦夕。

1962年的朗道不再是1938年被随便指控为“德国间谍”的朗道了，他早已成了前苏联科学界的明星。前苏联政府十分重视科学人才，于是就在前苏联开展了一场从死神手中夺回朗道生命的战斗，这是一场持久的、艰苦的、大规模的战斗。在前苏联，只要涉及抢救朗道，一切都成了专用的，人们把抢救朗道当成了最重要的任务。

经过人们艰苦的努力，朗道总算活了下来。在他受伤整整3个月以后，他终于脱离了危险，说出了伤病痊愈后的第一句话。由于脑神经受伤，朗道天才地创造力已大不如从前了，车祸过早地结束了这位理论物理学家科学创造的黄金时代，为了检验他的思维能力，人们有时问他一些物理问题，他一般都能回答，但是记得不完全。有一次，朗道的朋友问他一个问题，他回答了，大家都觉得朗道答错了，很失望。但是，人们仔细想一会儿以后，又发现朗道是对的，不过思路非常奇特。

1962年11月1日，国外给朗道打来了一份电报。电文说：“瑞典皇家科学院今天决定授予您1962年度诺贝尔物理学奖，以表彰您的关于凝聚态物质特别是液氦的开创性理论。”

朗道的身体不适宜出国旅行，科学院安排他的夫人去领奖，但是贤慧的朗道夫人不肯离开痊愈不久的丈夫，拒绝前往。最后，诺贝尔基金会打破了惯例，同意由瑞典大使在莫斯科为朗道授奖。

朗道对于世界科学的最主要贡献，就是他对凝聚物理学理论的深入研究和开拓性探索。他发展了关于物质磁性的理论，提出了后人称之为“朗道抗磁理论”的创见。他一生撰著了许多书，最著名的是他与他的学生弗西斯合著的《理论物理学教程》，这套9卷本的巨著，在全世界久享盛名。

朗道经历了不平凡的一生，他除了获得诺贝尔物理学奖以外，还获得列宁奖金和社会主义劳动英雄称号。1968年3月24日，朗道的病情恶化，作了一次手术，但没有根本好转。4月1日，病情突然加剧，朗道不幸逝世，终年60岁。

朗道对凝聚态物理学的研究，特别是以此为源头的一系列超低温实验，使人们有可能发现基本粒子物理学的性质。后来物理学家从中精确地探测出宇称破坏的宏观形式，推动了宏观量子现象研究的进展。

上了年纪的朗道，深邃的眼神中透出淡淡的悲哀

在朗道逝世十年之后，他的良师益友卡皮查也由于低温物理学领域基本发明和发现而荣获诺贝尔物理学奖，如果朗道在世，一定非常高兴。