在他50岁生日之际,苏联学界将他对物理学的十大贡献刻在石碑上作为生日礼物,并以先知的名义称其为“朗道十诫”:因为他是凝聚态物质的先驱,特别是液氦。 性理论,荣获1962年诺贝尔物理学奖。
传记
早期经历
兰道于 1908 年 1 月 22 日出生于里海沿岸巴库的一个知识分子家庭。 兰道是一位犹太裔苏联科学家,信仰犹太教。 他的家人特别崇尚科学。 这是一个在俄罗斯帝国时期罕见的充满科学气息的家庭。 他的父亲是一名石油工程师,在巴库油田工作。 我的母亲在圣彼得堡接受医学教育,并担任教师和医生。 他的妹妹索菲亚后来成为一名化学工程师。 兰道从小就非常聪明。
天才成长
1912年,他4岁就能读书,被誉为“神童”。 由于受到第一次世界大战和苏俄内战的影响,学校正常的教学秩序得不到保障,知识的获取主要依靠自学。 但这对于兰道来说或许是一件幸运的事情。 兰道是班里最年轻、个子最矮的,很少和朋友们一起玩。 数学书籍中的数字和几何图形成为他最迷人的伴侣。 朗道7岁就完成了中学数学课程,12岁就已经学会了微分,13岁就学会了积分,可以说“数学思维几乎成了他的本能”。
学习经历
兰道13岁高中毕业,他的父母认为他太小了,不能上大学,特别是他的父亲希望他选择一个更“实用”的专业,所以他遵循了父亲的意愿,上了学院与妹妹一起攻读经济与技术专业。 由于对金融缺乏兴趣,呆了一年后,朗道最终于1922年转学到巴库大学学习数学、物理和化学,当时他只有14岁,但最终没有完成化学专业。 。
1924年,兰道从巴库大学毕业后来到圣彼得堡。 此时列宁去世,圣彼得堡更名为列宁格勒,朗道进入同时更名的列宁格勒大学。 20年代,列宁格勒大学可以说是苏联科学尤其是物理研究的中心。 当时,一些著名的苏联物理学家如约菲、福克、弗伦克尔等人曾在此任教。 在那里他们第一次接触到物理学发展的浪潮。 了解仍处于形成阶段的量子理论。 在列宁格勒物理系学习期间,朗道将全部热情投入到学习中。 有时他累得睡不着,脑子里满脑子都是公式。 兰道后来说,在那段时间里,他完全被这些普遍联系的难以置信的美丽迷住了。 他对海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克的量子力学着迷。 他着迷的不仅是它们的科学之美,还因为它们体现了人类的智慧和创造力。 他对“弯曲的空间和时间”和“不可预测的关系”特别感兴趣。
兰多曾酸溜溜地说:“漂亮的女孩子都已经嫁人了,现在我们只能追求一些不那么漂亮的女孩子了。” 这里的漂亮女孩指的是量子力学,它是现代物理学的基础,在上个世纪被引入。 它由海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克等幸运者于 20 世纪 30 年代创立。 兰道没能赶上物理学史上这一关键的淘金热,因为他比他们年轻了几岁。 因此,有历史学家感叹:兰道生不逢时。 言下之意是,如果他早出生十年、二十年,就能赶上本世纪初的物理学革命时期。 这是相对论和量子论的初级阶段。 以他的才华、知识和对人类知识的贡献,他应该能够跻身于爱因斯坦、玻尔等世界级大师之列。 朗道还感叹自己“生错了时间”,没能赶上量子力学的创立。 感到无比的遗憾。
从列宁格勒大学毕业后,他游历了欧洲并拜访了物理学界的领袖。
1931年回国,
1932年赴哈尔科夫从事研究和教学。
1937年春,赴莫斯科任苏联科学院物理问题研究所理论部主任,并在莫斯科大学任教。
1938年冬,当时的“大清洗”期间,朗道突然以“德国间谍”罪名被捕,被判处十年徒刑,送往莫斯科最严厉的监狱。 感谢彼得·卡皮察等人的努力营救,已经生命垂危的兰道终于在一年后获释。 犹太人怎么可能成为德国的间谍?
1946年朗道当选为苏联科学院院士并获得斯大林奖。
1962年,他因液氦理论研究获得诺贝尔物理学奖。 兰道因身体原因无法出国领奖。 结果,诺贝尔奖基金会打破了惯例。 该奖项历史上首次不是由瑞典首都国王颁发,而是由瑞典驻莫斯科大使颁发。 兰道荣获物理研究领域的最高荣誉。
1968年4月1日逝世于莫斯科。
欧洲留学
1927 年,他还在上大学时就发表了第一篇学术论文,内容涉及双原子分子的光谱学。 同年,在他关于利用波力学处理轫致辐射的论文中,他首次使用了后来被称为密度矩阵的概念,该概念在后来的量子力学和量子统计物理中发挥了重要作用。 19岁生日前两天,朗道从列宁格勒大学毕业,成为苏联科学院列宁格勒技术物理研究所的研究生。
1931 年,兰道和他的父母
经过多次申请,兰道于1929年10月获准出国。不到两年的时间,兰道就访问了德国、瑞士、荷兰、英国、比利时和丹麦进行深造。 他曾回忆,在这期间,他遇到了除了费米之外几乎所有的量子物理学家。 在与这些著名科学家的交往中,朗道充分展示了他的才华和个性。
有一次,爱因斯坦在演讲时,主持人让观众向演讲者提问时,一位年轻人从座位上站起来说:“爱因斯坦教授告诉我们的并没有那么愚蠢,但是第二个方程不能成立。”严格遵循第一个方程。它需要一个未经证实的假设,并且它并不是应有的不变性。” 在场的人都惊讶的回头,看着这个仿佛深谙世事高深的年轻人。 爱因斯坦认真地听着,在黑板前想了想,然后对大家说道:“后面那位年轻人说得一点也没错,你们完全可以忘记我今天说的话。”
在丹麦哥本哈根,朗道深受“哥本哈根精神”的感染,成为玻尔研究班的积极成员。 玻尔和哥本哈根精神给朗道留下了难忘的印象,并对他后来的发展发挥了重要作用。 尽管玻尔和朗道性格截然不同,但他们成为了好朋友。 玻尔后来这样评价兰道:“他一到就给我们留下了深刻的印象。他对物理话题的洞察力和他对人类生活的强烈见解提高了许多研讨会的水平。”尽管兰道一生接触过无数的物理学家而他只在玻尔身边待了四个月左右,他非常崇拜玻尔,一生只承认自己是玻尔的学生。 。
在欧洲培训访问期间,兰道在金属理论方面做了重要的工作。 1930年发表的论文《金属的抗磁性》中,朗道应用量子力学处理金属中的简并理想电子气,提出理想电子气具有抗磁性磁化率。 这种性质现在被称为朗道抗磁性。 据说,在瑞士苏黎世的一次研讨会上,朗道做完关于抗磁性的报告后,他的朋友珀尔斯评论道:“朋友们,让我们面对现实吧,现在我们只能靠朗道吃饭了。” 同时,朗道和珀尔斯还研究了量子理论应用于电磁场的可能性,并提出了量子理论中电磁场量的可观测性问题。 两人曾专程到哥本哈根就这个问题与玻尔进行了马拉松式的激烈讨论,导致玻尔和罗森菲尔德就此问题写出了一篇著名的论文。
在剑桥欧内斯特·卢瑟福主持的卡文迪什实验室,兰道遇到了在卡文迪什实验室工作的同胞彼得·卡皮察,彼得·卡皮察是他未来的救世主。 。
报效祖国
1931 年春天俄物理学家,兰道准备启程回国。 尽管有人建议他不要回去,但兰多有自己的看法。 临行前,他对罗森菲尔德说:“我必须为我的国家工作。这是第一次。漫长的分离。也许是永久的分离,除非你来看望我们。” 此后,仅在1933年和1934年,朗道再次短暂访问哥本哈根。 回国后,兰道最初仍在列宁格勒物理研究所工作。 很快,苏联政府从英国购买了卡皮察在剑桥大学的实验设备,让他可以在国内继续从事低温领域的研究。 剑桥的卢瑟福非常热心支持他的弟子,将整个实验室设备运给他,苏联政府还专门为他建立了“物理问题研究所”。 朗道内心深处赞成革命,并按照自己的理解相信马克思主义。 但他反对中世纪式的思想专制和愚昧残忍,因此与当权者发生冲突。 另外,由于他与研究所领导于飞在学术问题上存在分歧,兰道虽然是正确的,但他得罪了这个权威。 兰道作完学术报告后,约夫声称兰道所说的内容无关紧要。 朗道在公开场合毫不客气地回应:“理论物理学是一门复杂的科学,不是每个人都能做到的。” 明白了”。由于这些原因,兰道最终不得不离开列宁格勒。
1932年起,兰道在位于哈尔科夫的乌克兰科学院物理技术研究所工作,担任理论物理系主任。 1934 年,兰道无需论文答辩就获得了博士学位。 1935年,他成为哈尔科夫大学教授。 1937年,他与 结婚。 他们唯一的儿子后来成为一名实验物理学家。 在哈尔科夫期间,兰道开始计划一部理论物理学的杰作。 这本多卷本《理论物理教程》主要由朗道构思,由朗道和他的学生River 完成,自1938年起陆续出版。这部几乎包罗万象的物理学巨著已被翻译成近十种语言并于1962年获得列宁奖。在哈尔科夫,朗道还创作了著名的《理论物理指令》,后来也被称为“朗道屏障”。 除了数学内容外,这个考试大纲几乎涵盖了理论物理的所有重要分支。 在朗道去世之前,只有43人跨越了这个“障碍”,其中许多人后来成为苏联科学院的医生、教授和院士。 在朗道周围,一种独特的“朗道学派”也开始形成。 成为一名“朗道学生”是年轻的苏联物理学家既渴望又感到畏惧的目标。
在哈尔科夫期间,兰道的科研工作继续深入开展。 他发展了普适的二次相变理论,不仅解释了许多当时被认为奇怪的现象,而且为后来各种新相变的研究开辟了道路。 他是关于铁磁畴结构的。 发表了一系列关于铁磁共振理论和反铁磁态理论的重要文章。 此外,他还进行了原子碰撞理论、核物理、天体物理、量子电动力学、气体分子动力学理论、化学反应理论和库仑相互作用下的运动方程等方面的研究。
1937年,在与理工学院院长再次争吵后,朗道果断离开哈尔科夫,并应莫斯科物理问题研究所所长卡皮察之邀,负责该所的理论物理工作。 之后,Peter 给了 研究所理论部主任的职位。 他在那里工作直至去世。 他在哈尔科夫的一些最有才华的学生同事也和他一起离开了。
英年早逝
不幸的是,正当朗道步入科学硕果期时,一场意外的车祸剥夺了他的工作能力。 1962年1月7日上午俄物理学家,兰道前往位于杜布纳的联合核研究所。 途中,他驾驶汽车与一辆卡车相撞。 其他人都安全,但兰多由于反应迟缓,多处受伤。 兰道在事故中 11 根骨头骨折,头骨骨折。 苏联最好的医生竭尽全力挽救兰道的生命。 得知消息后,捷克、法国、加拿大等多位医学教授前来咨询。 来自世界各地的许多物理学家也送来了珍贵的药材。 经历了多次临床死亡判决和精心治疗,虽然保住了生命,但留下了严重的后遗症。 他已经失去了进行物理研究的能力。 也许兰道的车祸让瑞典诺贝尔委员会产生了“紧迫感”。 今年年底。 他们决定将当年的物理学奖授予兰道,以表彰他24年前提出的理论。 由于兰道的健康状况不允许他出远门,颁奖仪式破例在莫斯科举行。 瑞典驻苏联大使代表国王颁奖。 尽管兰多在事故后恢复了一些职责,但事故结束了他的学术生涯,此后他从未完全重返工作岗位。 他的生命仅仅维持了6年,于1968年4月3日在莫斯科去世,享年60岁。
兰道也许是上世纪最独特的物理学家。 作为一名物理学家,莫斯科物理问题研究所所长卡皮察说:“朗道在整个理论物理领域都做了工作,所有这些工作都可以用一个词来形容——卓越。”作为一个普通人,他是“简单化风格和民主风格、无限偏执和过度自信的完美结合”。 这种复杂或矛盾的性格在他的生活中处处体现。
主要的成就
朗道头脑敏锐,知识面广,精通理论物理的许多分支。 在他50岁生日时,朋友们列出了他对物理学的十大重要贡献:①引入量子力学中的密度矩阵概念(1927年); ②金属电子抗磁性的量子理论(1930); ③第二阶段相变理论(1936~1937); ④铁磁体的磁畴结构和反铁磁性的解释(1935); ⑤超导混合态理论(1943); ⑥原子核统计理论(1937); ⑦液氦Ⅱ超流性量子理论(1940~1941); ⑧真空对电荷的屏蔽效应理论(1954); ⑨费米液体的量子理论(1956); ⑩弱相互作用复合反演理论(1957)。 尤其是他的贡献在量子液体理论(参见液氦)方面更为突出。
他的其他一些值得注意的贡献是:1937年,他使用费米气体模型推测了恒星塌缩的质量,1946年,他从理论上预测了等离子体静电振荡中不是由碰撞引起的耗散机制(称为朗道阻尼) )。 这个预言花了18年的时间才被一些美国物理学家通过实验证实。
兰道的十诫
正如有人曾经说过的,兰道是一位“典型的浪漫科学家”。 他在多个科学领域拥有百科全书般的知识,尤其对边缘科学表现出浓厚的兴趣,这使他热衷于观察事物,深刻、全面地分析问题,并富有创造力。 兰道认为费米是一位罕见的“全能物理学家”。 费米去世后,他感叹道:“现在我是最后一个全能物理学家了。” 应该承认,他的观点并非自吹自擂,而是有不容怀疑的真实依据。
朗道因其在理论物理学许多方面的贡献而在国际物理学界享有很高的声誉。 他于1962年获得诺贝尔物理学奖。提到的关于凝聚态和液氦的理论工作只是他工作的冰山一角。
在物理学方面,朗道的贡献是多方面的。 也许他借用了摩西十诫的名字。 1958年,为了庆祝朗道50岁生日,苏联原子能研究所送给他一块大理石板,上面刻有朗道的名字。 朗道一生工作中最重要的10项科学成就被概括为他对物理学的贡献为“朗道十诫”。 这10项成就是:
1)量子力学中的密度矩阵和统计物理(1927);
2)自由电子抗磁性理论(1930);
3)二次相变研究(1936-1937);
4)铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935);
5)超导体混合态理论(1934);
6)原子核概率论(1937);
7)氦II超流性量子理论(1940-1941);
8)基本粒子的电荷约束理论(1954);
9)费米液体的量子理论(1956);
10)弱相互作用的CP不变性(1957)。
兰道被公认为物理学界的天才。 他发表的文章涉及低温物理、不同类型的磁性、等离子体中粒子的运动、冲击波、湍流、炸药爆炸、谱线分析和量子场论等意想不到的主题。 朗道对物理学的贡献几乎跨越了所有领域,如核物理、固体物理、等离子体物理、宇宙射线物理、高能物理等。在这些领域中,有很多术语以他的姓氏命名,如朗道阻尼、朗道能量等。级、朗道退磁等。 然而,著名的是,1940年至1941年间,他在研究等离子体问题时,抓住了前人忽视的粘度,并用数学方法成功解释了4He在温度低于2K时完全失去粘度,具有导热系数大。 他预言,在超流氦中,声音会以两种不同的速度传播,这意味着声波有两种类型,一种是通常的压力波;另一种是通常的压力波。 另一种是温度波,即所谓的“次声波”。 这一预测在 1944 年被实验证实。
朗道在凝聚态物质的研究方面进行了大量的基础工作,甚至有人说,从固态物理到凝聚态物理的转变可以认为是从朗道的工作开始的。 他本人对自己在超流方面的工作特别满意。 当有人问他“你一生中最引以为豪的工作是什么?”时,他回答说:“当然是超流理论,因为目前还没有人能够真正理解它。”
1943-1946。 朗道还广泛致力于基本粒子物理学和核相互作用理论。 他研究了电子簇射级联理论和超导体混合态等问题。 他发展了介质中高速粒子的燃烧与爆炸、质子-质子散射和电离损失理论,还提出了等离子体振动理论。
1947年至1953年间,朗道在电动力学方面进行了一系列工作,研究了氦II的粘度理论、超导唯象理论以及高速碰撞中粒子的多重起源理论。 前者在低温物理中起着推动作用,后者在宇宙射线物理中非常重要。
1954年,朗道研究了与量子场论原理相关的一些问题,证明量子电动力学和量子场论中使用的微扰方法在某些情况下是不自洽的。 1956年至1958年,朗道创建了所谓费米液体的一般理论,试图概括金属中的氦III和电子。 1957年,李政道、杨振宁否定宇称守恒定律得到验证。 朗道提出了CP守恒定律来取代它。 1959年,朗道提出了基本粒子理论中的一种方法。 确定粒子相互作用幅度的基本值。
兰道学校
兰道对自己和学生提出了很高的要求。 他要求自己的每篇论文都有基本的重要性,从不关注无关紧要的琐碎话题。 他鄙视那些为了世俗名利而“学习”的庸人,称这样的人为“科学的吞噬者”,即“靠科学养活自己的人”。 他还鄙视华而不实的学术“论文”,认为它们只是“无稽之谈”和“空气中的震动”。 他非常重视思想交流(包括国际交流),并称那些傲慢、自诩为“病态物理学家”的人。 他热爱自己的工作,并在狱中坚持不懈。 当他的生命和荣誉受到极其严重威胁时,他常常沉浸在学术思考中废寝忘食。 在学术讨论中,他经常一针见血地指出别人的错误和不足。 他思想的敏锐和严谨甚至对一些人构成了“严重威胁”。 对此,人们常常将他与泡利相比较,而就态度的冷酷和语言的尖锐直率而言,浪刀甚至比泡利更胜一筹。
兰道晚年
朗道出色的演讲技巧和才华所散发出的耀眼光芒深深吸引了同学们。 确实,伟大的老师培养出伟大的学生,这些学生后来成为苏联物理和空间科学领域的领军人物。 成为院士的有十几人。 2003年诺贝尔奖获得者阿布里科索夫和金兹堡都是兰道的学生。
兰道非常关心中学的物理教学。 为了帮助学生从小打好物理基础,他与人合编了一套《大众物理》,以通俗易懂、有趣的形式介绍物理基本定理。 这使他们对相对论、量子力学、原子核结构等方面的最新成果有了初步的、比较扎实的概念。
朗道一生写了120多部著作,可以说涉及了当时物理学的各个领域。 朗道出版的大学教科书和理论物理专着具有阐述精确、科学信息丰富的特点。 可以说,论点清晰,叙述简洁,结论明确。 尤其是写得深入浅出,一扫当时盛行的假装深奥的不良风气。 他对物理学产生深远影响的另一个更重要的原因是他与学生利夫希茨合着的九卷本理论物理教程。 这部写于 20 世纪 40 年代和 1950 年代的杰作,不仅培育了整个苏联物理学派硕果累累的成果,也教导了世界各地一代又一代的物理学生。 朗道与人合着的理论物理教科书《量子力学》于1948年问世,同时出版了《场论》的修订版。 1951年,他发表了一本全新的统计物理学著作。 1953年,“弹性理论”问世。 兰道与人合着的《普通物理学课程》于 1949 年问世,不久之后他与人合着的《核理论课程》问世。 该系列的另一卷《连续电动力学》于1957年出版。兰道不断地修改和完善他的这些著作,花费的精力和精力就像写一本新书一样。 他的许多作品已在美国、日本、中国、英国、波兰和南斯拉夫翻译出版。 特别是在英国,他的全套理论物理教程被翻译出版。 朗道的物理教科书可以在网上找到,但是连续电动力学没有中文版。
白玉带轻微瑕疵
尽管朗道在科学上取得了空前的成功,但他的声誉主要局限于学术界。 尽管朗道在学术上仍然带有几分“学术”风格,但被朗道击落的一些论文后来被证明是极其重要的。 兰道给后人留下了太多的遗憾,让后人为他感到遗憾。 兰道的天才和才华成就让他过于自负。 他对自己的智慧和直觉太过自信,这让他眼花缭乱。 在他眼里,世界上物理学家寥寥无几。 他担任苏联科学院物理系主任后,在科学研究上更加固执、武断,缺乏民主精神。
1956年,他过于自信的性格使前苏联科学院遭受了难以挽回的损失。 事情是这样的:今年,苏联物理学家夏皮罗在介子衰变研究中发现了介子衰变过程中宇称不守恒的现象。 他向兰道介绍了他的发现。 兰多过于相信自己的直觉,以至于无法被说服。 他认为宇称始终是守恒的,无论是在宏观状态还是微观状态。 他相信。 任何与他的物理直觉不一致的想法一定是错误的。 所以当夏皮罗把他的研究成果写成一篇论文并请他审阅时。 但他连看都没有看,就当作什么事都没有发生过一样,扔到了一边。
几个月后。 旅美华人学者杨振宁和李政道提出了夏皮罗发现的弱相互作用下宇称不守恒理论。 很快,吴健雄用实验证明了这一点。 次年,杨振宁和李政道获得诺贝尔物理学奖。 ,而夏皮罗最终因为兰道的不经意的一掷而与诺贝尔奖失之交臂,尽管他先找到了它。 当杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的消息传到兰道耳中时,他猛然醒悟,意识到自己扔掉了什么。 但花儿无助地落下,已经晚了。 天才和成就的家长作风导致兰道毁掉了苏联科学家获得诺贝尔奖的宝贵机会。