在他50歲生日之際,蘇聯學界將他對物理學的十大貢獻刻在石碑上作為生日禮物,并以先知的名義稱其為“朗道十誡”:因為他是凝聚態物質的先驅,特別是液氦。 性理論,榮獲1962年諾貝爾物理學獎。
傳記
早期經歷
蘭道于 1908 年 1 月 22 日出生于里海沿岸巴庫的一個知識分子家庭。 蘭道是一位猶太裔蘇聯科學家,信仰猶太教。 他的家人特別崇尚科學。 這是一個在俄羅斯帝國時期罕見的充滿科學氣息的家庭。 他的父親是一名石油工程師,在巴庫油田工作。 我的母親在圣彼得堡接受醫學教育,并擔任教師和醫生。 他的妹妹索菲亞后來成為一名化學工程師。 蘭道從小就非常聰明。
天才成長
1912年,他4歲就能讀書,被譽為“神童”。 由于受到第一次世界大戰和蘇俄內戰的影響,學校正常的教學秩序得不到保障,知識的獲取主要依靠自學。 但這對于蘭道來說或許是一件幸運的事情。 蘭道是班里最年輕、個子最矮的,很少和朋友們一起玩。 數學書籍中的數字和幾何圖形成為他最迷人的伴侶。 朗道7歲就完成了中學數學課程,12歲就已經學會了微分,13歲就學會了積分,可以說“數學思維幾乎成了他的本能”。
學習經歷
蘭道13歲高中畢業,他的父母認為他太小了,不能上大學,特別是他的父親希望他選擇一個更“實用”的專業,所以他遵循了父親的意愿,上了學院與妹妹一起攻讀經濟與技術專業。 由于對金融缺乏興趣,呆了一年后,朗道最終于1922年轉學到巴庫大學學習數學、物理和化學,當時他只有14歲,但最終沒有完成化學專業。 。
1924年,蘭道從巴庫大學畢業后來到圣彼得堡。 此時列寧去世,圣彼得堡更名為列寧格勒,朗道進入同時更名的列寧格勒大學。 20年代,列寧格勒大學可以說是蘇聯科學尤其是物理研究的中心。 當時,一些著名的蘇聯物理學家如約菲、???、弗倫克爾等人曾在此任教。 在那里他們第一次接觸到物理學發展的浪潮。 了解仍處于形成階段的量子理論。 在列寧格勒物理系學習期間,朗道將全部熱情投入到學習中。 有時他累得睡不著,腦子里滿腦子都是公式。 蘭道后來說,在那段時間里,他完全被這些普遍聯系的難以置信的美麗迷住了。 他對海森堡、薛定諤、索末菲和狄拉克的量子力學著迷。 他著迷的不僅是它們的科學之美,還因為它們體現了人類的智慧和創造力。 他對“彎曲的空間和時間”和“不可預測的關系”特別感興趣。
蘭多曾酸溜溜地說:“漂亮的女孩子都已經嫁人了,現在我們只能追求一些不那么漂亮的女孩子了?!?這里的漂亮女孩指的是量子力學,它是現代物理學的基礎,在上個世紀被引入。 它由海森堡、薛定諤、索末菲和狄拉克等幸運者于 20 世紀 30 年代創立。 蘭道沒能趕上物理學史上這一關鍵的淘金熱,因為他比他們年輕了幾歲。 因此,有歷史學家感嘆:蘭道生不逢時。 言下之意是,如果他早出生十年、二十年,就能趕上本世紀初的物理學革命時期。 這是相對論和量子論的初級階段。 以他的才華、知識和對人類知識的貢獻,他應該能夠躋身于愛因斯坦、玻爾等世界級大師之列。 朗道還感嘆自己“生錯了時間”,沒能趕上量子力學的創立。 感到無比的遺憾。
從列寧格勒大學畢業后,他游歷了歐洲并拜訪了物理學界的領袖。
1931年回國,
1932年赴哈爾科夫從事研究和教學。
1937年春,赴莫斯科任蘇聯科學院物理問題研究所理論部主任,并在莫斯科大學任教。
1938年冬,當時的“大清洗”期間,朗道突然以“德國間諜”罪名被捕,被判處十年徒刑,送往莫斯科最嚴厲的監獄。 感謝彼得·卡皮察等人的努力營救,已經生命垂危的蘭道終于在一年后獲釋。 猶太人怎么可能成為德國的間諜?
1946年朗道當選為蘇聯科學院院士并獲得斯大林獎。
1962年,他因液氦理論研究獲得諾貝爾物理學獎。 蘭道因身體原因無法出國領獎。 結果,諾貝爾獎基金會打破了慣例。 該獎項歷史上首次不是由瑞典首都國王頒發,而是由瑞典駐莫斯科大使頒發。 蘭道榮獲物理研究領域的最高榮譽。
1968年4月1日逝世于莫斯科。
歐洲留學
1927 年,他還在上大學時就發表了第一篇學術論文,內容涉及雙原子分子的光譜學。 同年,在他關于利用波力學處理軔致輻射的論文中,他首次使用了后來被稱為密度矩陣的概念,該概念在后來的量子力學和量子統計物理中發揮了重要作用。 19歲生日前兩天,朗道從列寧格勒大學畢業,成為蘇聯科學院列寧格勒技術物理研究所的研究生。
1931 年,蘭道和他的父母
經過多次申請,蘭道于1929年10月獲準出國。不到兩年的時間,蘭道就訪問了德國、瑞士、荷蘭、英國、比利時和丹麥進行深造。 他曾回憶,在這期間,他遇到了除了費米之外幾乎所有的量子物理學家。 在與這些著名科學家的交往中,朗道充分展示了他的才華和個性。
有一次,愛因斯坦在演講時,主持人讓觀眾向演講者提問時,一位年輕人從座位上站起來說:“愛因斯坦教授告訴我們的并沒有那么愚蠢,但是第二個方程不能成立?!眹栏褡裱谝粋€方程。它需要一個未經證實的假設,并且它并不是應有的不變性?!?在場的人都驚訝的回頭,看著這個仿佛深諳世事高深的年輕人。 愛因斯坦認真地聽著,在黑板前想了想,然后對大家說道:“后面那位年輕人說得一點也沒錯,你們完全可以忘記我今天說的話?!?span style="display:none">KNq物理好資源網(原物理ok網)
在丹麥哥本哈根,朗道深受“哥本哈根精神”的感染,成為玻爾研究班的積極成員。 玻爾和哥本哈根精神給朗道留下了難忘的印象,并對他后來的發展發揮了重要作用。 盡管玻爾和朗道性格截然不同,但他們成為了好朋友。 玻爾后來這樣評價蘭道:“他一到就給我們留下了深刻的印象。他對物理話題的洞察力和他對人類生活的強烈見解提高了許多研討會的水平。”盡管蘭道一生接觸過無數的物理學家而他只在玻爾身邊待了四個月左右,他非常崇拜玻爾,一生只承認自己是玻爾的學生。 。
在歐洲培訓訪問期間,蘭道在金屬理論方面做了重要的工作。 1930年發表的論文《金屬的抗磁性》中,朗道應用量子力學處理金屬中的簡并理想電子氣,提出理想電子氣具有抗磁性磁化率。 這種性質現在被稱為朗道抗磁性。 據說,在瑞士蘇黎世的一次研討會上,朗道做完關于抗磁性的報告后,他的朋友珀爾斯評論道:“朋友們,讓我們面對現實吧,現在我們只能靠朗道吃飯了。” 同時,朗道和珀爾斯還研究了量子理論應用于電磁場的可能性,并提出了量子理論中電磁場量的可觀測性問題。 兩人曾專程到哥本哈根就這個問題與玻爾進行了馬拉松式的激烈討論,導致玻爾和羅森菲爾德就此問題寫出了一篇著名的論文。
在劍橋歐內斯特·盧瑟福主持的卡文迪什實驗室,蘭道遇到了在卡文迪什實驗室工作的同胞彼得·卡皮察,彼得·卡皮察是他未來的救世主。 。
報效祖國
1931 年春天俄物理學家,蘭道準備啟程回國。 盡管有人建議他不要回去,但蘭多有自己的看法。 臨行前,他對羅森菲爾德說:“我必須為我的國家工作。這是第一次。漫長的分離。也許是永久的分離,除非你來看望我們。” 此后,僅在1933年和1934年,朗道再次短暫訪問哥本哈根。 回國后,蘭道最初仍在列寧格勒物理研究所工作。 很快,蘇聯政府從英國購買了卡皮察在劍橋大學的實驗設備,讓他可以在國內繼續從事低溫領域的研究。 劍橋的盧瑟福非常熱心支持他的弟子,將整個實驗室設備運給他,蘇聯政府還專門為他建立了“物理問題研究所”。 朗道內心深處贊成革命,并按照自己的理解相信馬克思主義。 但他反對中世紀式的思想專制和愚昧殘忍,因此與當權者發生沖突。 另外,由于他與研究所領導于飛在學術問題上存在分歧,蘭道雖然是正確的,但他得罪了這個權威。 蘭道作完學術報告后,約夫聲稱蘭道所說的內容無關緊要。 朗道在公開場合毫不客氣地回應:“理論物理學是一門復雜的科學,不是每個人都能做到的?!?明白了”。由于這些原因,蘭道最終不得不離開列寧格勒。
1932年起,蘭道在位于哈爾科夫的烏克蘭科學院物理技術研究所工作,擔任理論物理系主任。 1934 年,蘭道無需論文答辯就獲得了博士學位。 1935年,他成為哈爾科夫大學教授。 1937年,他與 結婚。 他們唯一的兒子后來成為一名實驗物理學家。 在哈爾科夫期間,蘭道開始計劃一部理論物理學的杰作。 這本多卷本《理論物理教程》主要由朗道構思,由朗道和他的學生River 完成,自1938年起陸續出版。這部幾乎包羅萬象的物理學巨著已被翻譯成近十種語言??并于1962年獲得列寧獎。在哈爾科夫,朗道還創作了著名的《理論物理指令》,后來也被稱為“朗道屏障”。 除了數學內容外,這個考試大綱幾乎涵蓋了理論物理的所有重要分支。 在朗道去世之前,只有43人跨越了這個“障礙”,其中許多人后來成為蘇聯科學院的醫生、教授和院士。 在朗道周圍,一種獨特的“朗道學派”也開始形成。 成為一名“朗道學生”是年輕的蘇聯物理學家既渴望又感到畏懼的目標。
在哈爾科夫期間,蘭道的科研工作繼續深入開展。 他發展了普適的二次相變理論,不僅解釋了許多當時被認為奇怪的現象,而且為后來各種新相變的研究開辟了道路。 他是關于鐵磁疇結構的。 發表了一系列關于鐵磁共振理論和反鐵磁態理論的重要文章。 此外,他還進行了原子碰撞理論、核物理、天體物理、量子電動力學、氣體分子動力學理論、化學反應理論和庫侖相互作用下的運動方程等??方面的研究。
1937年,在與理工學院院長再次爭吵后,朗道果斷離開哈爾科夫,并應莫斯科物理問題研究所所長卡皮察之邀,負責該所的理論物理工作。 之后,Peter 給了 研究所理論部主任的職位。 他在那里工作直至去世。 他在哈爾科夫的一些最有才華的學生同事也和他一起離開了。
英年早逝
不幸的是,正當朗道步入科學碩果期時,一場意外的車禍剝奪了他的工作能力。 1962年1月7日上午俄物理學家,蘭道前往位于杜布納的聯合核研究所。 途中,他駕駛汽車與一輛卡車相撞。 其他人都安全,但蘭多由于反應遲緩,多處受傷。 蘭道在事故中 11 根骨頭骨折,頭骨骨折。 蘇聯最好的醫生竭盡全力挽救蘭道的生命。 得知消息后,捷克、法國、加拿大等多位醫學教授前來咨詢。 來自世界各地的許多物理學家也送來了珍貴的藥材。 經歷了多次臨床死亡判決和精心治療,雖然保住了生命,但留下了嚴重的后遺癥。 他已經失去了進行物理研究的能力。 也許蘭道的車禍讓瑞典諾貝爾委員會產生了“緊迫感”。 今年年底。 他們決定將當年的物理學獎授予蘭道,以表彰他24年前提出的理論。 由于蘭道的健康狀況不允許他出遠門,頒獎儀式破例在莫斯科舉行。 瑞典駐蘇聯大使代表國王頒獎。 盡管蘭多在事故后恢復了一些職責,但事故結束了他的學術生涯,此后他從未完全重返工作崗位。 他的生命僅僅維持了6年,于1968年4月3日在莫斯科去世,享年60歲。
蘭道也許是上世紀最獨特的物理學家。 作為一名物理學家,莫斯科物理問題研究所所長卡皮察說:“朗道在整個理論物理領域都做了工作,所有這些工作都可以用一個詞來形容——卓越?!弊鳛橐粋€普通人,他是“簡單化風格和民主風格、無限偏執和過度自信的完美結合”。 這種復雜或矛盾的性格在他的生活中處處體現。
主要的成就
朗道頭腦敏銳,知識面廣,精通理論物理的許多分支。 在他50歲生日時,朋友們列出了他對物理學的十大重要貢獻:①引入量子力學中的密度矩陣概念(1927年); ②金屬電子抗磁性的量子理論(1930); ③第二階段相變理論(1936~1937); ④鐵磁體的磁疇結構和反鐵磁性的解釋(1935); ⑤超導混合態理論(1943); ⑥原子核統計理論(1937); ⑦液氦Ⅱ超流性量子理論(1940~1941); ⑧真空對電荷的屏蔽效應理論(1954); ⑨費米液體的量子理論(1956); ⑩弱相互作用復合反演理論(1957)。 尤其是他的貢獻在量子液體理論(參見液氦)方面更為突出。
他的其他一些值得注意的貢獻是:1937年,他使用費米氣體模型推測了恒星塌縮的質量,1946年,他從理論上預測了等離子體靜電振蕩中不是由碰撞引起的耗散機制(稱為朗道阻尼) )。 這個預言花了18年的時間才被一些美國物理學家通過實驗證實。
蘭道的十誡
正如有人曾經說過的,蘭道是一位“典型的浪漫科學家”。 他在多個科學領域擁有百科全書般的知識,尤其對邊緣科學表現出濃厚的興趣,這使他熱衷于觀察事物,深刻、全面地分析問題,并富有創造力。 蘭道認為費米是一位罕見的“全能物理學家”。 費米去世后,他感嘆道:“現在我是最后一個全能物理學家了。” 應該承認,他的觀點并非自吹自擂,而是有不容懷疑的真實依據。
朗道因其在理論物理學許多方面的貢獻而在國際物理學界享有很高的聲譽。 他于1962年獲得諾貝爾物理學獎。提到的關于凝聚態和液氦的理論工作只是他工作的冰山一角。
在物理學方面,朗道的貢獻是多方面的。 也許他借用了摩西十誡的名字。 1958年,為了慶祝朗道50歲生日,蘇聯原子能研究所送給他一塊大理石板,上面刻有朗道的名字。 朗道一生工作中最重要的10項科學成就被概括為他對物理學的貢獻為“朗道十誡”。 這10項成就是:
1)量子力學中的密度矩陣和統計物理(1927);
2)自由電子抗磁性理論(1930);
3)二次相變研究(1936-1937);
4)鐵磁性的磁疇理論和反鐵磁性的理論解釋(1935);
5)超導體混合態理論(1934);
6)原子核概率論(1937);
7)氦II超流性量子理論(1940-1941);
8)基本粒子的電荷約束理論(1954);
9)費米液體的量子理論(1956);
10)弱相互作用的CP不變性(1957)。
蘭道被公認為物理學界的天才。 他發表的文章涉及低溫物理、不同類型的磁性、等離子體中粒子的運動、沖擊波、湍流、炸藥爆炸、譜線分析和量子場論等意想不到的主題。 朗道對物理學的貢獻幾乎跨越了所有領域,如核物理、固體物理、等離子體物理、宇宙射線物理、高能物理等。在這些領域中,有很多術語以他的姓氏命名,如朗道阻尼、朗道能量等。級、朗道退磁等。 然而,著名的是,1940年至1941年間,他在研究等離子體問題時,抓住了前人忽視的粘度,并用數學方法成功解釋了4He在溫度低于2K時完全失去粘度,具有導熱系數大。 他預言,在超流氦中,聲音會以兩種不同的速度傳播,這意味著聲波有兩種類型,一種是通常的壓力波;另一種是通常的壓力波。 另一種是溫度波,即所謂的“次聲波”。 這一預測在 1944 年被實驗證實。
朗道在凝聚態物質的研究方面進行了大量的基礎工作,甚至有人說,從固態物理到凝聚態物理的轉變可以認為是從朗道的工作開始的。 他本人對自己在超流方面的工作特別滿意。 當有人問他“你一生中最引以為豪的工作是什么?”時,他回答說:“當然是超流理論,因為目前還沒有人能夠真正理解它。”
1943-1946。 朗道還廣泛致力于基本粒子物理學和核相互作用理論。 他研究了電子簇射級聯理論和超導體混合態等問題。 他發展了介質中高速粒子的燃燒與爆炸、質子-質子散射和電離損失理論,還提出了等離子體振動理論。
1947年至1953年間,朗道在電動力學方面進行了一系列工作,研究了氦II的粘度理論、超導唯象理論以及高速碰撞中粒子的多重起源理論。 前者在低溫物理中起著推動作用,后者在宇宙射線物理中非常重要。
1954年,朗道研究了與量子場論原理相關的一些問題,證明量子電動力學和量子場論中使用的微擾方法在某些情況下是不自洽的。 1956年至1958年,朗道創建了所謂費米液體的一般理論,試圖概括金屬中的氦III和電子。 1957年,李政道、楊振寧否定宇稱守恒定律得到驗證。 朗道提出了CP守恒定律來取代它。 1959年,朗道提出了基本粒子理論中的一種方法。 確定粒子相互作用幅度的基本值。
蘭道學校
蘭道對自己和學生提出了很高的要求。 他要求自己的每篇論文都有基本的重要性,從不關注無關緊要的瑣碎話題。 他鄙視那些為了世俗名利而“學習”的庸人,稱這樣的人為“科學的吞噬者”,即“靠科學養活自己的人”。 他還鄙視華而不實的學術“論文”,認為它們只是“無稽之談”和“空氣中的震動”。 他非常重視思想交流(包括國際交流),并稱那些傲慢、自詡為“病態物理學家”的人。 他熱愛自己的工作,并在獄中堅持不懈。 當他的生命和榮譽受到極其嚴重威脅時,他常常沉浸在學術思考中廢寢忘食。 在學術討論中,他經常一針見血地指出別人的錯誤和不足。 他思想的敏銳和嚴謹甚至對一些人構成了“嚴重威脅”。 對此,人們常常將他與泡利相比較,而就態度的冷酷和語言的尖銳直率而言,浪刀甚至比泡利更勝一籌。
蘭道晚年
朗道出色的演講技巧和才華所散發出的耀眼光芒深深吸引了同學們。 確實,偉大的老師培養出偉大的學生,這些學生后來成為蘇聯物理和空間科學領域的領軍人物。 成為院士的有十幾人。 2003年諾貝爾獎獲得者阿布里科索夫和金茲堡都是蘭道的學生。
蘭道非常關心中學的物理教學。 為了幫助學生從小打好物理基礎,他與人合編了一套《大眾物理》,以通俗易懂、有趣的形式介紹物理基本定理。 這使他們對相對論、量子力學、原子核結構等方面的最新成果有了初步的、比較扎實的概念。
朗道一生寫了120多部著作,可以說涉及了當時物理學的各個領域。 朗道出版的大學教科書和理論物理專著具有闡述精確、科學信息豐富的特點。 可以說,論點清晰,敘述簡潔,結論明確。 尤其是寫得深入淺出,一掃當時盛行的假裝深奧的不良風氣。 他對物理學產生深遠影響的另一個更重要的原因是他與學生利夫希茨合著的九卷本理論物理教程。 這部寫于 20 世紀 40 年代和 1950 年代的杰作,不僅培育了整個蘇聯物理學派碩果累累的成果,也教導了世界各地一代又一代的物理學生。 朗道與人合著的理論物理教科書《量子力學》于1948年問世,同時出版了《場論》的修訂版。 1951年,他發表了一本全新的統計物理學著作。 1953年,“彈性理論”問世。 蘭道與人合著的《普通物理學課程》于 1949 年問世,不久之后他與人合著的《核理論課程》問世。 該系列的另一卷《連續電動力學》于1957年出版。蘭道不斷地修改和完善他的這些著作,花費的精力和精力就像寫一本新書一樣。 他的許多作品已在美國、日本、中國、英國、波蘭和南斯拉夫翻譯出版。 特別是在英國,他的全套理論物理教程被翻譯出版。 朗道的物理教科書可以在網上找到,但是連續電動力學沒有中文版。
白玉帶輕微瑕疵
盡管朗道在科學上取得了空前的成功,但他的聲譽主要局限于學術界。 盡管朗道在學術上仍然帶有幾分“學術”風格,但被朗道擊落的一些論文后來被證明是極其重要的。 蘭道給后人留下了太多的遺憾,讓后人為他感到遺憾。 蘭道的天才和才華成就讓他過于自負。 他對自己的智慧和直覺太過自信,這讓他眼花繚亂。 在他眼里,世界上物理學家寥寥無幾。 他擔任蘇聯科學院物理系主任后,在科學研究上更加固執、武斷,缺乏民主精神。
1956年,他過于自信的性格使前蘇聯科學院遭受了難以挽回的損失。 事情是這樣的:今年,蘇聯物理學家夏皮羅在介子衰變研究中發現了介子衰變過程中宇稱不守恒的現象。 他向蘭道介紹了他的發現。 蘭多過于相信自己的直覺,以至于無法被說服。 他認為宇稱始終是守恒的,無論是在宏觀狀態還是微觀狀態。 他相信。 任何與他的物理直覺不一致的想法一定是錯誤的。 所以當夏皮羅把他的研究成果寫成一篇論文并請他審閱時。 但他連看都沒有看,就當作什么事都沒有發生過一樣,扔到了一邊。
幾個月后。 旅美華人學者楊振寧和李政道提出了夏皮羅發現的弱相互作用下宇稱不守恒理論。 很快,吳健雄用實驗證明了這一點。 次年,楊振寧和李政道獲得諾貝爾物理學獎。 ,而夏皮羅最終因為蘭道的不經意的一擲而與諾貝爾獎失之交臂,盡管他先找到了它。 當楊振寧和李政道獲得諾貝爾獎的消息傳到蘭道耳中時,他猛然醒悟,意識到自己扔掉了什么。 但花兒無助地落下,已經晚了。 天才和成就的家長作風導致蘭道毀掉了蘇聯科學家獲得諾貝爾獎的寶貴機會。