时间: 09 8 2013 10:58 | ||
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1924年16岁的朗道和姐姐索菲亚相偕离开巴库,去列宁格勒上大学,他们住在阿姨安妮(Анне)家。安妮是朗道母亲柳波芙的姐姐,她是一个牙医,和两个女儿在市区租住了一套很大的公寓。因此朗道和他姐姐各有一间宽敞的房间。
朗道在列宁格勒国立大学的数学和物理学院注册入学,该校创建于1724年,是俄罗斯历史最悠久的大学之一,也是俄罗斯教育、科学和文化中心之一。他在那儿遇见了不少年轻人,其中和来自波尔塔瓦的伊凡宁柯(Д. Д. Иваненко)以及从敖德萨来的伽莫夫(Г.А.Гамов)关系特别密切。他们自称为“三剑客”。彼此之间用昵名称呼,伽莫夫是“约翰尼”(Johny),伊凡宁柯是“迪莫斯”(Dimus),朗道是“道”(Dau)。据朗道自己解释“朗道”的法语拼音L´âne Dau的意思是:“道那头蠢驴”,所以他喜欢别人称呼他“道”。从1931年秋天起,加了一个从文尼察来的布隆斯坦(М. Бронштейн)成为三人的密友,“三剑客”升级为“四人帮”了。稍后从柏林来了一位佩尔斯(R. Peierls),他是泡利的学生。他俩也有各自的昵名,布隆斯坦是“方丈”(Abbot),佩尔斯是“卢迪”(Rudi)。“三剑客”的编制扩大成了“五个火枪手”。
此外和他们来往的有安谢琳(А.И. Ансельм)、克拉弗索夫(В.Кравцов)和苏柯列斯卡娅 (И.Сокольская)等。还有周末专程从莫斯科大学赶来的一位美貌少女波珂塞妮彩娃(Л.Вохминцева),伽莫夫亲昵地称她为“露”(Rho),后来成了他的第一任太太。他们借用美国的时尚名词“爵士乐队”(Джаз-банд)来称呼自己这一伙。爵士乐队的成员喜欢汇聚到莫哈瓦亚大街(Моховая улица)一栋木石结构的精致小楼中,移居法国的原主人留下两个继女看守。这是一对迷人的姐妹花:姐姐欧根.卡尼戈伊赛儿(Е.Н. Канегиссер)是数学和物理学院的学生,她俏丽的外貌,乐观的性格和智慧的魅力吸引了每一个来访的客人和朋友;妹妹妮娜.卡尼戈伊赛儿(Н.Н. Канегиссер)后来成了一位著名的生物学家。莫哈瓦亚大街位于列宁格勒市中心,文化气息十分浓厚,作曲家格林卡(М.И.Глинка,1804-1857)、诗人兼艺术家舍甫琴科(Т.Г.Шевченко,1814-1861)、化学家门捷列夫(Д. И.Менделеев,1834-1907)、作家冈察洛夫(И. А. Гончаров,1812-1891)和俄罗斯帝国内政大臣斯托雷平(П. А. Столыпин, 1862-1911)等人都曾在那儿居住过。小楼的客厅里铺着陈旧厚实的伊斯法罕地毯,这些青年学生和教师横七竖八地或坐或躺在上面,恣意忘情地谈论着芭蕾舞、诗歌、弗洛伊德和文学;伽莫夫和朗道惟妙惟肖地模仿着厚脸皮的教师在课堂上出洋相,逗得大家笑不可抑;伊凡宁柯和布隆斯坦分别负责地对大家解释着量子力学和相对论的一些最新发现;铜茶灶不停冒汽,烟斗纸烟竞相吐雾,毫无顾忌地洒下一堆堆的灰烬和斑斑驳驳的汁痕留给女仆打扫。院子周围栽种了一排四季常青的桃金娘,花朵盛开时分,灿若红霞一片。美妙的盛夏,空气清新,他们坐在院中的粗木椅上仰望宇宙苍穹和繁星皎月,思索着时间和空间的相对论意义,吟咏着“Еще майская ночь”中梦幻般的辞句(“又一个五月之夜”,俄罗斯诗人费特А.А.Фет,1820-1892的作品)。青春真是一支美丽的歌!
这些二十郎当的黄口学子可绝非等闲之辈,他们不仅满腹经纶,对于摩登的量子理论和相对论都了如指掌;而且眼高于顶,对于普朗克、爱因斯坦等声名显赫的学界大佬横加点评;更兼一个个气贯牛斗,对于那些未曾开垦过的科学处女地大肆践踏。朗道几乎和每一个伙伴都一起发表过论文:和佩尔斯合作量子电动力学(相对论量子力学) ;和伽莫夫合作天体物理学(计算星体的内部温度) ;和伊凡宁柯合作量子统计力学以及现代物理的因果律;和布隆斯坦合作对应用热力学第二定律到膨胀的宇宙问题进行诠释等,这最后两项研究曾在1928年举行的第6届莫斯科物理学讨论会上作过专题介绍。这些风华正茂的同学少年,指点江湖,激扬数字,傲视当代祖师爷。
“三剑客”为了追求他们共同喜欢的一个女孩,曾合作过一篇文章。在这三位物理学巨擘漫长的学术生涯中,这是唯一的一篇由三人共同署名的文章,有必要专门介绍一下。文章的题目是 “普适常数和有限转变” (Über die Weltkonstanten und den Grenzubergang),刊登在列宁格勒大学主编的《俄罗斯物理学和化学杂志》 的(物理学部分)上,参见Zh. Russ.Fiz.-Khim. O-va., Chast Fiz. 60, 13 (1928)。该文是以幽默方式的礼物赠送给一位他们共同喜爱的女学生。文章发表后数十年里,“三剑客”中的任何一人都未曾提及过此事,两卷本的《朗道全集》中也没有收入。对于这三位载入物理学史册的大师来说,这篇不到3页的短文自然是不足挂齿的一碟小菜。但是近来愈来愈多的物理学家们发现很多影响物理学发展的重大观念追根溯源都可以归结到这篇80多年前的短小文章。
文章缘起于爱尔兰物理学家斯栋尼(G. J. Stoney,1826–1911) 最早建议使用电子的电荷e 、 光速c和引力常数G作为基本单位来定义物理量纲中的长度[ l ] 、时间[ t ] 和质量[ m ] 。而后德国物理学家普朗克( M. Planck,1858–1947 ) 则提出用电子的电荷e、光速c、引力常数G、约化普朗克常数h (这个h上应该有一条斜杠,其值等于普朗克常数除以2π )和波尔兹曼常数k作为基本单位来定义长度[ l ] 、时间[ t ] 、质量[ m ]以及温度[ T ] 这四个物理量纲。物理学界关于这两组量纲系统的评价褒贬不一。
伽莫夫、伊凡宁柯和朗道在文中将普朗克这一组量纲系统还原为3个普适常数:光速c、引力常数G和约化普朗克常数h,并讨论了植根于这些常数的未来理论的逻辑结构。他们使用简明的计算和清楚的论证,根据普适常数的数目与量纲的数目之间的关系,讨论了在非量子化(h = 0),非相对论化(1/c = 0)和符合万有引力的(G ≠ 0)情况下电子的电荷e和质量m。得出的结论是在广义相对论框架上构筑符合万有引力的非量子化电子的理论是难以成功的(h = 0, c ≠ ∞, G ≠ 0,彼时e = m = 0)。
伽莫夫、伊凡宁柯和朗道三人的文章中引用了他们三人的好友布隆斯坦的观念(关于他的个人情况将在下面介绍),布隆斯坦用二维平面图方式对物理学理论进行了分类。在此后的半个多世纪中,这些观念得到不断的发展并被推广到三维空间。由光速c、约化普朗克常数h和万有引力常数G在三维空间中三个正交轴组成图形的顶点(0,0,0)对应于非相对论力学;顶点(c,0,0)对应于狭义相对论力学;顶点(0, h, 0)对应于非相对论量子力学;顶点(c, h,0)对应于量子场论;顶点(c, 0,G)对应于广义相对论;最令人感兴趣的顶点(c, h, G)则对应于符合相对论和量子理论的万有引力。这就是为什么近年来物理学家们致力于建立万有理论的缘故(The theory of everything),该理论试图统一自然界的4种基本相互作用:万有引力、强相互作用、弱相互作用以及电磁力。目前被认为最成功的是M理论和超弦理论。
俄罗斯科学院理论和实验物理研究所的欧铿教授(Л.Б. Окунь,1929年出生)是当代国际理论物理学界的一位前辈,基本粒子中的强子(hadron)就是他在1962年国际高能物理会议(ICHEP)上提出的。上世纪90年代初他曾打电话询问当时唯一还健在的伊凡宁柯,向他了解写作该文的过程以及那位女学生的姓名。但是伊凡宁柯没有回答,可能是他已经记不得了,也可能是他不愿回答。这位能让年轻的朗道、伽莫夫和伊凡宁柯同时拜倒在她石榴裙下的佳人芳名,我们后人是无缘得知了。可是因此留下一篇珠联璧合的佳文也是造福后世了。
上世纪30年代列宁格勒大学和研究院的学术气氛在全苏联是最活跃的,这得归功于主持学校教育与科研的领导人约飞院士。他多次精心组织各种研讨会,亲自出面邀请世界上第一流的学者包括玻尔、狄拉克、德拜、布里渊等来校演讲和苏联学者交流。朗道、伽莫夫、伊凡宁柯和布隆斯坦等科学青年广泛参与其间,打破了由于政治歧见形成的学术壁垒。然而朗道对约飞却并不待见。一次约飞请朗道对自己的课题“从理论上加以解释”,胸无城府的朗道仔细读后,一针见血地指出约飞关于极薄分子膜的电绝缘性的观念是错误的。原本约飞对自己的这个想法寄于极高的期望,最后却不得不接受这个年轻理论家的意见。虽然后来的实验证实了朗道的见解是正确的,资深望重的约飞院士在内心深处可是牢牢地记住了这个不知深浅的后生小子。有一次他在听朗道汇报工作后,就不以为然地否定了。年轻气盛的朗道当着众人的面,用他一贯的行事方式反唇相讥:“理论物理学是一门极其复杂的科学,不是每个人都能懂得的……”为了顾及上司体面他把最后半句“自然也包括您阁下”咽下了肚中,可想而知约飞勃然大怒。几乎所有的人都知道朗道看不起约飞,他故意将约飞的名字Иоффе错念为乔菲(Joffe)或者弱飞(Жоффе),而且把重音放在第一个音节上,听起来就像用法文在骂人似的。最后两人之间的矛盾趋于表面化。一次学术讨论会的专题是伽莫夫用质子代替α粒子轰击原子核的工作,朗道认为其数学演绎过程还不够漂亮,约飞毫不客气地打断他说:“不是数学方法的漂亮与否,重要的是观念的创立。”最终的结果是朗道离开列宁格勒去了哈尔科夫。
现在介绍伽莫夫其人。乔治.伽莫夫(Георгий Антонович Гамов,1904-1968)出生于敖德萨一个世代军官家庭,他的父亲是教师,母亲在他7岁的时候就教他读凡尔纳(Jules Gabriel Verne,1828-1905,法国科幻小说作家)的作品。1914-1920年他在敖德萨师范学校学习。1924年20岁的伽莫夫在红十月炮兵学校教物理时就被授予红军炮兵上校的军衔。(麦卡阿瑟时代在美国的伽莫夫还因这个军衔遭遇过困扰)1926年进列宁格勒国立大学师从著名物理学家亚力山大.弗里德曼(А. А. Фридман,1888- 1925)学习宇宙物理学。1928年获哲学博士学位。此后,分别在丹麦的哥本哈根大学和英国剑桥大学跟随著名物理学家玻尔与卢瑟福做研究工作。当国际教育委员会特派员梯思德尔(W. E. Tisdale)为洛克菲勒基金会搜索下一轮候选者时,波尔告诉他:“伽莫夫是另一个海森堡”。他成功地将量子理论应用到原子核的研究,解释了α衰变。1931年回到列宁格勒大学任教授,但是伽莫夫感到自己的天性受到压抑,心情不舒畅。1933年出席在布鲁塞尔召开的一次会议时,伽莫夫抓住机会转赴法国,在巴黎的居里研究所从事研究。在居里夫人的帮助下1934年移居美国,先任密执安大学讲师,同年秋被聘为华盛顿大学教授。1954年任加大伯克利分校教授。1956年改任科罗多大学教授。他是丹麦皇家科学院院士,美国物理学会、美国天文学会、美国哲学会、国际天文联合会会员。
伽莫夫天性调皮幽默,却又爱憎分明。列宁格勒时期,朗道和布隆斯坦由于言行出格被很多人看不惯,而且遭到了以基米尔亚琪娃(А.К. Тимирязева)和格斯娜 (Б.М. Гессена)这两个马列主义太太为首的一大帮哲学家的围攻,于是在一次院务会议上对朗道和布隆斯坦作出了暂停教学的结论。伽莫夫获悉情况后,在 1932年1月20日大义凛然地写了一封信给斯大林,毫不留情地批评了哲学家的胡作非为,并抗议院方对于朗道和布隆斯坦的迫害。奇怪的是这封措辞尖锐的信并未触犯天威,给他带来任何厄运。
当伽莫夫逾期不归,原来的护照过期之后,政府当局没有立即宣布他为叛逃者,也没有剥夺他的苏联公民。有一段时间(大约一年光景)他一直被认为是借调的苏联科学家。关于这一段时期伽莫夫和朗道之间的关系,很少被人提及。只是在朗道妻子珂拉的侄女玛娅的文字中有过一段描述:“他(朗道)被这个突如其来的消息震惊了,沉默很长时间以后,哼了一声:‘出卖给美元了!’。接着朗道说:‘ 懒鬼,他从来没有热爱过自己的工作。这是一条自我毁灭的道路。’”很多朗道的同事和学生都认为这是不可靠的,是蓄意的编造和对事实的扭曲。须知这事发生在朗道被捕之前,他是一个很诚恳和诚实的人,绝对不可能对于一个从青年时起就亲若手足的朋友作出这样的评论,他绝对不会以此取悦公众和向当局显示自己的忠诚。
伽莫夫和朗道两人之间的关系可以从朗道在1931年写给卡皮查的信中看出“亲爱的彼得.列昂尼多维奇,你需要选约翰尼为院士。毕竟在苏联他无疑是最好的理论物理学家。在这种情况下,阿勃拉姆,不是德索和乔菲(не Дюрсо, а Иоффе,这是朗道用来揶揄约飞的两个蔑称)会带着几分忌妒而提出反对的。必须遏制这个把自己想象成为什么都知道的上帝的毫无约束的老头。……我可以将这条信息和波尔的信同时发布在我们自己的“真理报”和“消息报”上。……你的L.朗道。” 卡皮查的回信是“亲爱的朗道,这对于科学院的年轻化是很有用的,我同意。约翰尼 ------- 适用的猢狲腺体,是很有可能选上的。但我不是巴甫洛夫博士,(生物学家宣称用猴子激素可以恢复青春),不能插手他们的事务,也不喜欢这样做。你的P.卡皮查。”
在法籍俄裔物理学家阿勃拉姆( А.Абрахам1914 –2011) 的回忆录中也有一段提及三人之间的关系:“我告诉伽莫夫去俄罗斯的旅行并且和朗道会面的情形,他沉浸在对往事的回忆中,然后说道我们三人,朗道、伊凡宁柯和我曾经是密不可分的朋友,我们自称三剑客。现在呢? 朗道 -------- 一个天才。伊凡宁柯,每个人都知道他是谁。至于我,在这儿,他趴在沙发上指指镜子。”
伽莫夫是一位兴趣广泛的天才。他早年在核物理领域中研究α衰变,其后又在天体物理学上提出“大爆炸”理论,还探索过生物学中的“遗传密码”问题。这三项研究都取得了巨大的成就。毫不夸张地说,伽莫夫三大贡献中任意一项都可以问鼎诺贝尔奖,因此做出了重要成就但未获诺奖者常把伽莫夫当作典范来求得自己内心的安慰。
卢瑟福用α粒子探索原子内部结构时碰到一个问题:α粒子是带两个正电荷的粒子,在距原子核中心3乘10的负12次方厘米处库仑力形成的势垒将阻止核内的任何α粒子向外射出,因为α粒子的能量大大地小于库仑势垒。但是在半衰期中α粒子却能不断地从原子核发射出来,对此卢瑟福无法解释。1928 年伽莫夫用量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect)成功地解释了这一现象。在量子力学里,粒子可以概率性地穿过势垒,逸出原子核的束缚。伽莫夫因此创立出一个原子核的势垒模型,并导出了粒子半衰期与能量的关系式(就是被朗道认为数学上不够漂亮的那个式子)。
现代宇宙大爆炸理论是在1932年由比利时牧师勒梅特(G. H. J. É. Lemaître,1894-1966)首次提出的。1940年代,伽莫夫与他的两个学生阿尔菲(R. A. Alpher,1921-2007)和赫尔曼(R. Herman,1914-1997)一道将相对论引入宇宙学,提出了热大爆炸宇宙学模型,还预言了宇宙微波背景辐射的存在。1964年美国无线电工程师彭齐亚斯(A. Penzias,1933年出生)和威尔逊(R. Wilson 1936年出生)使用一具为早期通讯卫星设计的天线,接收到了来自天空的均匀、且不随时间变化的讯号。1965年,他们二人在《天体物理学报》上发表了题为《在4080兆赫上额外天线温度的测量》的论文,宣布了这个发现。随后普林斯顿大学的狄克(R. H. Dicke ,1916 -1997 ) 等人在同一杂志上解释道,这就是宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射的发现为伽莫夫他们提出的宇宙大爆炸理论提供了有力证据。彭齐亚斯和威尔逊因此获得1978年诺贝尔物理学奖。
1953年,伽莫夫出席了在冷泉港召开的一次生物科学研讨会,会上沃森(J. D. Watson,1928年出生)和克里克(F. H. C. Crick,1916-2004)介绍了他们新发现的DNA双螺旋结构。会后伽莫夫写信给他们,提出自己的想法。DNA由腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和鸟嘌呤等4种核苷酸组成,蛋白质却由20种氨基酸组成。4种碱基是如何排列和组合形成每一种氨基酸的呢?这就是分子遗传学中的“遗传密码”问题。伽莫夫应用排列组合计算来研究遗传密码。DNA中的4种核苷酸,每次取3个来进行组合,其组合数是: (4+3-1)!/3!(4-1)! = 20恰好与蛋白质中氨基酸的种数20相应。他于是提出遗传密码的三联体(triplet)假说。伽莫夫认为DNA的3个核苷酸组成一个密码子(coden)来决定蛋白质中的一个氨基酸,后来证明是对的。但伽莫夫的计算前提是“组合”(不计核苷酸的排列顺序),后来则被证明是错误的。遗传密码的三联体是核苷酸按一定顺序排列而成的。沃森和克里克二人也因此与威尔金斯(M. H. F. Wilkins,1916-2004出生于新西兰的英国分子生物学家)共同获得了1962年诺贝尔生理及医学奖。
伽莫夫还是一位杰出的科普作家,在他一生正式出版的25部著作中,就有18部是科普作品。他的许多科普作品风靡全球,重要的有:《宇宙间原子能与人类生活》(1946)、《宇宙的产生》(1952)、《物理学基础与新领域》(1960)、《物理学发展过程》(1961)等。《物理世界奇遇记》更是他的代表作。由于他在普及科学知识方面所作出的杰出贡献,1956年,他荣获联合国教科文组织颁发的卡林伽科普奖( Kalinga Prize )。
下面再介绍三剑客中的伊凡宁柯。德米特里.伊凡宁柯(Дмитрий Дмитриевич Иваненко,1904-1992) 出生于乌克兰的波尔塔瓦。1927年毕业于列宁格勒大学的物理与数学学院(ЛФТИ)。1927到1929年间,他与朗道一起工作。1929-1931年间,他任职乌克兰物理技术研究所(УФТИ),然后又回到列宁格勒物理技术研究所(ЛФТИ)。1935年伊凡宁柯作为“社会的危险因素”在列宁格勒被内务人民委员部НКВД(Народный Комиссариат Внутренних Дел的缩写)逮捕。被捕的罪名是“从事谋杀基洛夫同志的(反革命)活动”,判处有期徒刑三年。可笑成天思考原子结构和相对论时空的书生竟然会被按上一个阴谋杀手的罪名,这些从事国家政治保卫工作的专家实在是高明得紧! 经科学院院长瓦维洛夫(С.И. Вавилов,1891-1951)和约飞院士(А.Ф. Иоффе,1880-1960)的联合说情,于同年12月从监狱中释放,并流放到西伯利亚的托木斯克。他在托木斯克大学教过物理,然后又前去斯维尔德洛夫斯克州,基辅和莫斯科等地工作。从1943年起到1990年退休,他一直是莫斯科国立大学物理系教授。根据1983年出版的“物理手册”介绍,伊凡宁柯从事理论物理研究,对于二十世纪的物理科学作出了巨大的贡献,尤其是在核物理,场论和重力理论方面。
几乎所有关于伊凡宁柯的资料中均未提及他的家庭出身,但是从他年幼时和母亲以及妹妹奥卡萨娜 (Оксана 1906–1997,一个很有才华的乌克兰作家) 的照片看起来,家庭条件应该相当优渥。1935年他被捕后写给苏共党中央的一封申辩信中提及:“…… 说我出生于贵族家庭是不确切的。其实我父亲是一个乡村执事和牧师的儿子,他大学毕业后,当了一名小官吏,主要做些统计工作,也兼任《波尔塔瓦之声》不拿薪的记者和编辑。”看来我党讲阶级路线看家庭成份这一套政策也是从老大哥那儿进口的舶来品。
伊凡宁柯在申辩信中一再表明他曾踏踏实实地为苏联物理学的发展工作过:“我的科学工作领域包括量子理论和相对论以及原子核理论的联系。我已在苏联和外国发表了大约30篇论文。我的许多方法被证明是卓有成效的(关于量子几何的观念以及量化空间),并已取得了一些成效,远远超越了通常使用的方法。…… 我在1932年提出的原子核模型,( 为此我曾与狄拉克探讨争辩和切磋了数月之久) 不仅被反复引用而且始终被认为是最前沿的理论 ( 参见狄拉克、海森堡、薛定谔以及其他人的评价) ……我亲自翻译和编辑了十几本书,包括各种德语和英语版本。” 申诉信的抬头是苏共党中央,最终自然落入叶若夫( Н. И. Ежов,1895 - 1940)的手中。这个血腥的侏儒( Кровавый карлик,因其杀人如麻,且身材矮小,比斯大林还矮一个头,而获此美称)的教育程度仅仅达到小学水平,又何尝知道什么狄拉克、海森堡、薛定谔?至于翻译和编辑德语和英语版的书本在他眼里更是“里通外国”的罪证! 可怜书生最误计。
但是,伊凡宁柯在上世纪四十到五十年代被苏联科学界公认为一个令人憎恶的形象。1948年成立了全苏大学和高等研究所物理系主任委员会( ВСЗКФУИB) 这样一个机构,旨在与唯心主义,阿谀西方,泛世界主义等物理学界的不良倾向做坚决的斗争。仿效臭名昭著的苏联农科院在李森可主持下展开的对于“资产阶级生物科学理论”的讨伐。在主持者的策划下。从哲学和政治上对一些物理学内容进行否定性的评价,包括约飞院士、马尔科夫( М.А.Марков; 1908 - 1994 ) 和法兰克( Я.И.Френкель1894-1952 ) 等大批优秀的物理学家成了批判的对象和靶子。
1949年举行的第42次会议伊凡宁柯上台发言,他说:“苏维埃的理论物理学家有一切理由和义务,承担起创造世界图像的任务。国内物理学界盲目追随西方的资产阶级物理学的由来已久……” 伊凡宁柯认为在物理学的各个领域中都必须首先突出苏联科学家的影响,强调苏联科学家的贡献。半个多小时的整篇发言充斥了“马赫主义”、“投降主义”、“资产阶级的机械唯物观阻碍了苏维埃物理学的健康发展”等标签和帽子,当然发言的中心内容是伊凡宁柯抱怨由于某些人利用自己权威的影响,使得苏联的物理学教科书从来不提他创立的质子-中子的原子核模型。尽管他谴责的具体对象是列昂多维奇( М.А.Леонтович ,1903 -1981) 和金茨堡,但是大家都知道站在他们两人背后的正是朗道。伊凡宁柯的讲话遭到了普遍的反对,包括塔姆(И. Е. Тамм,1895-1971,1958年获诺贝尔物理学奖),福克(В. А. Фок,1898–1974) 等都强烈抵制他的讲话。伊凡宁柯在这次会上的表演与那位“不幸生在中国”的何祚庥院士颇为相似。只不过伊凡宁柯是有真才实学的科学大师,他创立的质子-中子的原子核模型已载入科学史册,何祚庥是个“无所不能”的政治打手,他提出的 “无子”(无产阶级子)和“毛子”(不是“老毛子”、“二毛子”而是“毛泽东子”)的概念则可荣登舔痔吮痈的无耻榜首。
关于朗道和伊凡宁柯是怎样交恶的,目前仍然不清楚。但是两人都表明他们的友谊终止于20世纪30年代中期。有各种版本的传闻,其中之一是伊凡宁柯谴责朗道,当他1935年被捕时,始终有一个女人“贯穿”在他们之间。而朗道则认为伊凡宁柯是将自己送进监狱的重要推手。在40年代中期,朗道和伊凡宁柯已成仇敌,彼此不遗余力地攻击对方。伊凡宁柯的名字是和物理学上原子核的质子-中子模型密切相关的。在《物理百科词典》(ФЭС)中载有:“1932年英国科学家J.查德威克用α粒子轰击铍证实中子的存在后,伊凡宁柯随即提出原子核是由由质子和中子组成的观点”。对此朗道不屑地说过:“中子发现后,大家都知道原子核是由质子和中子组成的,但只有他伊凡宁柯把这个东西拿去发表了。”事实当然不像朗道说的那样轻巧。其实海森堡在1932年也提出了同样的想法,不过他从更深的层次进行了探讨,引进了同位素自旋的概念,并表明存在核力。伊凡宁柯另一著名的工作是与塔姆同时应用场论对核力进行研究,但是伊凡宁柯的工作更胜一筹,他得出了定量的计算结果。
物理学家和历史学家索尼娅( А.С. Сонин ) 认为:“伊凡宁柯的研究涉及理论物理学的很多不同领域。广为人知的质子-中子的原子核模型,对同步辐射的预测,和以及许多其他领域,包括在量子理论和万有引力理论方面的开创性工作等都是同时代的最高水准。”斯大林去世后,苏联科学院和高等教育部的领导班子作了调整,对科学界的意识形态领域进行清洗的一些头面人物都下去了。但伊凡宁柯的地位并没有受到什么影响,他仍然在莫斯科国立大学物理系任教授一直到他去世为止。毕竟他是国际上第一流的物理学大师。可是享寿88高龄的伊凡宁柯一直未曾评上科学院学士。相比之下,朗道则早在36岁那年已经戴上了院士的桂冠,伽莫夫年仅28岁即当选为苏联科学院通讯院士,是苏联科学院历史上最年轻的成员之一。
接下去提一下布隆斯坦这个人,这个话题很沉重。马特维.布隆斯坦(1906-1938)出生于乌克兰中西部文尼察市的一个犹太医生家庭,他有一个姐姐米哈丽娜 ( Михалина )和一个孪生兄弟伊斯多尔( Исидор Бронштейны ,经济学家 )。布隆斯坦毕业于列宁格勒国立大学,他的导师弗里德曼是膨胀宇宙学说的先驱,从爱因斯坦的相对论出发,研究了“穹形”结构,讨论了曲率分别为正、负、零时的三种情况,即弗里德曼宇宙模型。布隆斯坦和伽莫夫被称为弗里德曼门下的双子星座。布隆斯坦在天体物理学、半导体、量子电动力学和宇宙学等领域中都作出了杰出的成就,最早确定太阳表面温度的计算被称为霍普夫–布隆斯坦关系(Хопфа–Бронштейна формульной),他和伽莫法创立的cGh物理学体系试图统一相对论、重力理论和量子力学(c代表光速,G代表引力常数,h 代表普朗克常数),如前段介绍。1937年,他证明了光子不可能衰变和宇宙膨胀之间的联系。他还撰写了《太阳物质》、《X射线》和《无线电发明家》等科普书籍。1937年8月6日他和妻子在基辅度假时被逮捕, 1938年2月18日被判死刑,并在同一天枪决。布隆斯坦的遗孀利迪娅(Лидия Корнеевна Чуковская,1907-1996)是一个作家和人权斗士,她与安娜.阿赫玛托娃、帕斯捷尔纳克、索尔仁尼琴以及萨哈罗夫等都是好朋友。2000年诺贝尔物理学奖获得者阿尔费洛夫院士(Жорес Иванович Алфёров, 1930年出生)在给利迪娅的信中指出:“回顾我们国家科学的损失,谋杀布隆斯坦无疑是最悲惨和无限沉痛的。我们已经失去的不仅是一个伟大的科学家和作家,我们已经失去的是整个国家科学领域的未来。”朗道认为如果不是大清洗骤然夺去布隆斯坦的生命,他肯定会是苏联最杰出的理论物理学家之一。朗道还说过方丈是唯一用“风格的发展”(выработке стиля)影响了他的人。与布隆斯坦差不多同时被捕的还有他的好友福克(В. А. Фок, 1898-1974)。福克与朗道两人被卡皮查誉为全苏联最重要的理论物理学家。因为在第一次世界大战中受伤,从青年时起福克就已经是个聋子。这样一个完全听不到人间闲话杂声,整个身心埋首于物理世界的书生竟然被逮捕过二次。第一次是1935年3月8日,但是在同一天被释放。第二次是1937年2月11日,因为牵连到普尔科沃天文台(Пулковская астрономи́ческая обсервато́рия)事件。福克认为布朗斯坦的研究证明了他对于物理学作出了宝贵的贡献,他是苏联理论物理领域的一个才华横溢,特别博学的年轻科学家。福克和朗道都经卡皮查写信给斯大林力保而侥幸逃生,布隆斯坦则在最有作为的年龄就惨遭枪决。一批又一批天才的精灵降生在神奇的俄罗斯大地上,一拨又一拨邪恶的政治运动将他们视作草芥无情地铲除掉了。
走笔至此,意犹未尽,最后想简单交代一下第五位火枪手的命运。莫哈瓦亚大街小楼两姐妹中的姐姐欧根.卡尼戈伊赛儿( Е.Н.Канегиссер,1908-1986)与佩尔斯结婚了。后来他们一齐返回德国,适值纳粹上台。佩尔斯有犹太血统,他们不得不转往英国。他们的小家安在牛津,二女一男三个宝宝的相继降生,给他们增添了无穷的乐趣。1940年3月佩尔斯与奥地利的弗里许(O. R. Frisch,1904-1979)发表了一篇短文介绍了利用少量可融的铀235可以建造原子弹,他们的估算量值是建造一颗原子弹需要1公斤左右的铀。这以前,物理学家认为一颗原子弹至少需要好几吨铀,因此是一个不切实际的空想。该文引起了英美两国研究原子武器的权威部门的重视。1943年8月佩尔斯加入曼哈顿计划。值得一提的是当核材料被运往洛斯阿拉莫斯国家实验室后,是佩尔斯用手装入炸弹中的。这颗原子弹被取名为 “小男孩”(Little Boy), 1945年8月6日在日本广岛上空爆炸。死于这颗原子弹的直接袭击及核辐射伤害的人数总计超过20万! 然而包括洛仑兹奖章以及恩里科.费米特殊奖等各种荣誉和桂冠却接踵而至地降临到佩尔斯的头上。 佩尔斯也被遴选为英国皇家学会会员,并于1968年被封为爵士。当年漂亮的列宁格勒姑娘欧根.卡尼戈伊赛儿也成为了优雅的英国佩尔斯爵士夫人。顺便说一句,佩尔斯的副手克劳斯.福克斯(Klaus Fuchs),一个年轻,有礼貌,沉默寡言,有才华和勤奋的物理学家是英国间谍,他将原子弹的图纸和技术出卖给苏联。1950年1月,福克斯承认自己是间谍,被判处14年监禁,并剥夺英国公民身份,1959年获释。 1968年后移居德意志民主共和国(原东德),当选为科学院院士和德国统一社会党(SED,东德执政党)的中央委员,1979年退休;在柏林墙倒塌之前的1988年去世,倒也死得其时!
这些都是题外的后话了。正所谓:是非成败转头空,浪花淘尽英雄。
朗道在列宁格勒国立大学的数学和物理学院注册入学,该校创建于1724年,是俄罗斯历史最悠久的大学之一,也是俄罗斯教育、科学和文化中心之一。他在那儿遇见了不少年轻人,其中和来自波尔塔瓦的伊凡宁柯(Д. Д. Иваненко)以及从敖德萨来的伽莫夫(Г.А.Гамов)关系特别密切。他们自称为“三剑客”。彼此之间用昵名称呼,伽莫夫是“约翰尼”(Johny),伊凡宁柯是“迪莫斯”(Dimus),朗道是“道”(Dau)。据朗道自己解释“朗道”的法语拼音L´âne Dau的意思是:“道那头蠢驴”,所以他喜欢别人称呼他“道”。从1931年秋天起,加了一个从文尼察来的布隆斯坦(М. Бронштейн)成为三人的密友,“三剑客”升级为“四人帮”了。稍后从柏林来了一位佩尔斯(R. Peierls),他是泡利的学生。他俩也有各自的昵名,布隆斯坦是“方丈”(Abbot),佩尔斯是“卢迪”(Rudi)。“三剑客”的编制扩大成了“五个火枪手”。
此外和他们来往的有安谢琳(А.И. Ансельм)、克拉弗索夫(В.Кравцов)和苏柯列斯卡娅 (И.Сокольская)等。还有周末专程从莫斯科大学赶来的一位美貌少女波珂塞妮彩娃(Л.Вохминцева),伽莫夫亲昵地称她为“露”(Rho),后来成了他的第一任太太。他们借用美国的时尚名词“爵士乐队”(Джаз-банд)来称呼自己这一伙。爵士乐队的成员喜欢汇聚到莫哈瓦亚大街(Моховая улица)一栋木石结构的精致小楼中,移居法国的原主人留下两个继女看守。这是一对迷人的姐妹花:姐姐欧根.卡尼戈伊赛儿(Е.Н. Канегиссер)是数学和物理学院的学生,她俏丽的外貌,乐观的性格和智慧的魅力吸引了每一个来访的客人和朋友;妹妹妮娜.卡尼戈伊赛儿(Н.Н. Канегиссер)后来成了一位著名的生物学家。莫哈瓦亚大街位于列宁格勒市中心,文化气息十分浓厚,作曲家格林卡(М.И.Глинка,1804-1857)、诗人兼艺术家舍甫琴科(Т.Г.Шевченко,1814-1861)、化学家门捷列夫(Д. И.Менделеев,1834-1907)、作家冈察洛夫(И. А. Гончаров,1812-1891)和俄罗斯帝国内政大臣斯托雷平(П. А. Столыпин, 1862-1911)等人都曾在那儿居住过。小楼的客厅里铺着陈旧厚实的伊斯法罕地毯,这些青年学生和教师横七竖八地或坐或躺在上面,恣意忘情地谈论着芭蕾舞、诗歌、弗洛伊德和文学;伽莫夫和朗道惟妙惟肖地模仿着厚脸皮的教师在课堂上出洋相,逗得大家笑不可抑;伊凡宁柯和布隆斯坦分别负责地对大家解释着量子力学和相对论的一些最新发现;铜茶灶不停冒汽,烟斗纸烟竞相吐雾,毫无顾忌地洒下一堆堆的灰烬和斑斑驳驳的汁痕留给女仆打扫。院子周围栽种了一排四季常青的桃金娘,花朵盛开时分,灿若红霞一片。美妙的盛夏,空气清新,他们坐在院中的粗木椅上仰望宇宙苍穹和繁星皎月,思索着时间和空间的相对论意义,吟咏着“Еще майская ночь”中梦幻般的辞句(“又一个五月之夜”,俄罗斯诗人费特А.А.Фет,1820-1892的作品)。青春真是一支美丽的歌!
这些二十郎当的黄口学子可绝非等闲之辈,他们不仅满腹经纶,对于摩登的量子理论和相对论都了如指掌;而且眼高于顶,对于普朗克、爱因斯坦等声名显赫的学界大佬横加点评;更兼一个个气贯牛斗,对于那些未曾开垦过的科学处女地大肆践踏。朗道几乎和每一个伙伴都一起发表过论文:和佩尔斯合作量子电动力学(相对论量子力学) ;和伽莫夫合作天体物理学(计算星体的内部温度) ;和伊凡宁柯合作量子统计力学以及现代物理的因果律;和布隆斯坦合作对应用热力学第二定律到膨胀的宇宙问题进行诠释等,这最后两项研究曾在1928年举行的第6届莫斯科物理学讨论会上作过专题介绍。这些风华正茂的同学少年,指点江湖,激扬数字,傲视当代祖师爷。
“三剑客”为了追求他们共同喜欢的一个女孩,曾合作过一篇文章。在这三位物理学巨擘漫长的学术生涯中,这是唯一的一篇由三人共同署名的文章,有必要专门介绍一下。文章的题目是 “普适常数和有限转变” (Über die Weltkonstanten und den Grenzubergang),刊登在列宁格勒大学主编的《俄罗斯物理学和化学杂志》 的(物理学部分)上,参见Zh. Russ.Fiz.-Khim. O-va., Chast Fiz. 60, 13 (1928)。该文是以幽默方式的礼物赠送给一位他们共同喜爱的女学生。文章发表后数十年里,“三剑客”中的任何一人都未曾提及过此事,两卷本的《朗道全集》中也没有收入。对于这三位载入物理学史册的大师来说,这篇不到3页的短文自然是不足挂齿的一碟小菜。但是近来愈来愈多的物理学家们发现很多影响物理学发展的重大观念追根溯源都可以归结到这篇80多年前的短小文章。
文章缘起于爱尔兰物理学家斯栋尼(G. J. Stoney,1826–1911) 最早建议使用电子的电荷e 、 光速c和引力常数G作为基本单位来定义物理量纲中的长度[ l ] 、时间[ t ] 和质量[ m ] 。而后德国物理学家普朗克( M. Planck,1858–1947 ) 则提出用电子的电荷e、光速c、引力常数G、约化普朗克常数h (这个h上应该有一条斜杠,其值等于普朗克常数除以2π )和波尔兹曼常数k作为基本单位来定义长度[ l ] 、时间[ t ] 、质量[ m ]以及温度[ T ] 这四个物理量纲。物理学界关于这两组量纲系统的评价褒贬不一。
伽莫夫、伊凡宁柯和朗道在文中将普朗克这一组量纲系统还原为3个普适常数:光速c、引力常数G和约化普朗克常数h,并讨论了植根于这些常数的未来理论的逻辑结构。他们使用简明的计算和清楚的论证,根据普适常数的数目与量纲的数目之间的关系,讨论了在非量子化(h = 0),非相对论化(1/c = 0)和符合万有引力的(G ≠ 0)情况下电子的电荷e和质量m。得出的结论是在广义相对论框架上构筑符合万有引力的非量子化电子的理论是难以成功的(h = 0, c ≠ ∞, G ≠ 0,彼时e = m = 0)。
伽莫夫、伊凡宁柯和朗道三人的文章中引用了他们三人的好友布隆斯坦的观念(关于他的个人情况将在下面介绍),布隆斯坦用二维平面图方式对物理学理论进行了分类。在此后的半个多世纪中,这些观念得到不断的发展并被推广到三维空间。由光速c、约化普朗克常数h和万有引力常数G在三维空间中三个正交轴组成图形的顶点(0,0,0)对应于非相对论力学;顶点(c,0,0)对应于狭义相对论力学;顶点(0, h, 0)对应于非相对论量子力学;顶点(c, h,0)对应于量子场论;顶点(c, 0,G)对应于广义相对论;最令人感兴趣的顶点(c, h, G)则对应于符合相对论和量子理论的万有引力。这就是为什么近年来物理学家们致力于建立万有理论的缘故(The theory of everything),该理论试图统一自然界的4种基本相互作用:万有引力、强相互作用、弱相互作用以及电磁力。目前被认为最成功的是M理论和超弦理论。
俄罗斯科学院理论和实验物理研究所的欧铿教授(Л.Б. Окунь,1929年出生)是当代国际理论物理学界的一位前辈,基本粒子中的强子(hadron)就是他在1962年国际高能物理会议(ICHEP)上提出的。上世纪90年代初他曾打电话询问当时唯一还健在的伊凡宁柯,向他了解写作该文的过程以及那位女学生的姓名。但是伊凡宁柯没有回答,可能是他已经记不得了,也可能是他不愿回答。这位能让年轻的朗道、伽莫夫和伊凡宁柯同时拜倒在她石榴裙下的佳人芳名,我们后人是无缘得知了。可是因此留下一篇珠联璧合的佳文也是造福后世了。
上世纪30年代列宁格勒大学和研究院的学术气氛在全苏联是最活跃的,这得归功于主持学校教育与科研的领导人约飞院士。他多次精心组织各种研讨会,亲自出面邀请世界上第一流的学者包括玻尔、狄拉克、德拜、布里渊等来校演讲和苏联学者交流。朗道、伽莫夫、伊凡宁柯和布隆斯坦等科学青年广泛参与其间,打破了由于政治歧见形成的学术壁垒。然而朗道对约飞却并不待见。一次约飞请朗道对自己的课题“从理论上加以解释”,胸无城府的朗道仔细读后,一针见血地指出约飞关于极薄分子膜的电绝缘性的观念是错误的。原本约飞对自己的这个想法寄于极高的期望,最后却不得不接受这个年轻理论家的意见。虽然后来的实验证实了朗道的见解是正确的,资深望重的约飞院士在内心深处可是牢牢地记住了这个不知深浅的后生小子。有一次他在听朗道汇报工作后,就不以为然地否定了。年轻气盛的朗道当着众人的面,用他一贯的行事方式反唇相讥:“理论物理学是一门极其复杂的科学,不是每个人都能懂得的……”为了顾及上司体面他把最后半句“自然也包括您阁下”咽下了肚中,可想而知约飞勃然大怒。几乎所有的人都知道朗道看不起约飞,他故意将约飞的名字Иоффе错念为乔菲(Joffe)或者弱飞(Жоффе),而且把重音放在第一个音节上,听起来就像用法文在骂人似的。最后两人之间的矛盾趋于表面化。一次学术讨论会的专题是伽莫夫用质子代替α粒子轰击原子核的工作,朗道认为其数学演绎过程还不够漂亮,约飞毫不客气地打断他说:“不是数学方法的漂亮与否,重要的是观念的创立。”最终的结果是朗道离开列宁格勒去了哈尔科夫。
现在介绍伽莫夫其人。乔治.伽莫夫(Георгий Антонович Гамов,1904-1968)出生于敖德萨一个世代军官家庭,他的父亲是教师,母亲在他7岁的时候就教他读凡尔纳(Jules Gabriel Verne,1828-1905,法国科幻小说作家)的作品。1914-1920年他在敖德萨师范学校学习。1924年20岁的伽莫夫在红十月炮兵学校教物理时就被授予红军炮兵上校的军衔。(麦卡阿瑟时代在美国的伽莫夫还因这个军衔遭遇过困扰)1926年进列宁格勒国立大学师从著名物理学家亚力山大.弗里德曼(А. А. Фридман,1888- 1925)学习宇宙物理学。1928年获哲学博士学位。此后,分别在丹麦的哥本哈根大学和英国剑桥大学跟随著名物理学家玻尔与卢瑟福做研究工作。当国际教育委员会特派员梯思德尔(W. E. Tisdale)为洛克菲勒基金会搜索下一轮候选者时,波尔告诉他:“伽莫夫是另一个海森堡”。他成功地将量子理论应用到原子核的研究,解释了α衰变。1931年回到列宁格勒大学任教授,但是伽莫夫感到自己的天性受到压抑,心情不舒畅。1933年出席在布鲁塞尔召开的一次会议时,伽莫夫抓住机会转赴法国,在巴黎的居里研究所从事研究。在居里夫人的帮助下1934年移居美国,先任密执安大学讲师,同年秋被聘为华盛顿大学教授。1954年任加大伯克利分校教授。1956年改任科罗多大学教授。他是丹麦皇家科学院院士,美国物理学会、美国天文学会、美国哲学会、国际天文联合会会员。
伽莫夫天性调皮幽默,却又爱憎分明。列宁格勒时期,朗道和布隆斯坦由于言行出格被很多人看不惯,而且遭到了以基米尔亚琪娃(А.К. Тимирязева)和格斯娜 (Б.М. Гессена)这两个马列主义太太为首的一大帮哲学家的围攻,于是在一次院务会议上对朗道和布隆斯坦作出了暂停教学的结论。伽莫夫获悉情况后,在 1932年1月20日大义凛然地写了一封信给斯大林,毫不留情地批评了哲学家的胡作非为,并抗议院方对于朗道和布隆斯坦的迫害。奇怪的是这封措辞尖锐的信并未触犯天威,给他带来任何厄运。
当伽莫夫逾期不归,原来的护照过期之后,政府当局没有立即宣布他为叛逃者,也没有剥夺他的苏联公民。有一段时间(大约一年光景)他一直被认为是借调的苏联科学家。关于这一段时期伽莫夫和朗道之间的关系,很少被人提及。只是在朗道妻子珂拉的侄女玛娅的文字中有过一段描述:“他(朗道)被这个突如其来的消息震惊了,沉默很长时间以后,哼了一声:‘出卖给美元了!’。接着朗道说:‘ 懒鬼,他从来没有热爱过自己的工作。这是一条自我毁灭的道路。’”很多朗道的同事和学生都认为这是不可靠的,是蓄意的编造和对事实的扭曲。须知这事发生在朗道被捕之前,他是一个很诚恳和诚实的人,绝对不可能对于一个从青年时起就亲若手足的朋友作出这样的评论,他绝对不会以此取悦公众和向当局显示自己的忠诚。
伽莫夫和朗道两人之间的关系可以从朗道在1931年写给卡皮查的信中看出“亲爱的彼得.列昂尼多维奇,你需要选约翰尼为院士。毕竟在苏联他无疑是最好的理论物理学家。在这种情况下,阿勃拉姆,不是德索和乔菲(не Дюрсо, а Иоффе,这是朗道用来揶揄约飞的两个蔑称)会带着几分忌妒而提出反对的。必须遏制这个把自己想象成为什么都知道的上帝的毫无约束的老头。……我可以将这条信息和波尔的信同时发布在我们自己的“真理报”和“消息报”上。……你的L.朗道。” 卡皮查的回信是“亲爱的朗道,这对于科学院的年轻化是很有用的,我同意。约翰尼 ------- 适用的猢狲腺体,是很有可能选上的。但我不是巴甫洛夫博士,(生物学家宣称用猴子激素可以恢复青春),不能插手他们的事务,也不喜欢这样做。你的P.卡皮查。”
在法籍俄裔物理学家阿勃拉姆( А.Абрахам1914 –2011) 的回忆录中也有一段提及三人之间的关系:“我告诉伽莫夫去俄罗斯的旅行并且和朗道会面的情形,他沉浸在对往事的回忆中,然后说道我们三人,朗道、伊凡宁柯和我曾经是密不可分的朋友,我们自称三剑客。现在呢? 朗道 -------- 一个天才。伊凡宁柯,每个人都知道他是谁。至于我,在这儿,他趴在沙发上指指镜子。”
伽莫夫是一位兴趣广泛的天才。他早年在核物理领域中研究α衰变,其后又在天体物理学上提出“大爆炸”理论,还探索过生物学中的“遗传密码”问题。这三项研究都取得了巨大的成就。毫不夸张地说,伽莫夫三大贡献中任意一项都可以问鼎诺贝尔奖,因此做出了重要成就但未获诺奖者常把伽莫夫当作典范来求得自己内心的安慰。
卢瑟福用α粒子探索原子内部结构时碰到一个问题:α粒子是带两个正电荷的粒子,在距原子核中心3乘10的负12次方厘米处库仑力形成的势垒将阻止核内的任何α粒子向外射出,因为α粒子的能量大大地小于库仑势垒。但是在半衰期中α粒子却能不断地从原子核发射出来,对此卢瑟福无法解释。1928 年伽莫夫用量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect)成功地解释了这一现象。在量子力学里,粒子可以概率性地穿过势垒,逸出原子核的束缚。伽莫夫因此创立出一个原子核的势垒模型,并导出了粒子半衰期与能量的关系式(就是被朗道认为数学上不够漂亮的那个式子)。
现代宇宙大爆炸理论是在1932年由比利时牧师勒梅特(G. H. J. É. Lemaître,1894-1966)首次提出的。1940年代,伽莫夫与他的两个学生阿尔菲(R. A. Alpher,1921-2007)和赫尔曼(R. Herman,1914-1997)一道将相对论引入宇宙学,提出了热大爆炸宇宙学模型,还预言了宇宙微波背景辐射的存在。1964年美国无线电工程师彭齐亚斯(A. Penzias,1933年出生)和威尔逊(R. Wilson 1936年出生)使用一具为早期通讯卫星设计的天线,接收到了来自天空的均匀、且不随时间变化的讯号。1965年,他们二人在《天体物理学报》上发表了题为《在4080兆赫上额外天线温度的测量》的论文,宣布了这个发现。随后普林斯顿大学的狄克(R. H. Dicke ,1916 -1997 ) 等人在同一杂志上解释道,这就是宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射的发现为伽莫夫他们提出的宇宙大爆炸理论提供了有力证据。彭齐亚斯和威尔逊因此获得1978年诺贝尔物理学奖。
1953年,伽莫夫出席了在冷泉港召开的一次生物科学研讨会,会上沃森(J. D. Watson,1928年出生)和克里克(F. H. C. Crick,1916-2004)介绍了他们新发现的DNA双螺旋结构。会后伽莫夫写信给他们,提出自己的想法。DNA由腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和鸟嘌呤等4种核苷酸组成,蛋白质却由20种氨基酸组成。4种碱基是如何排列和组合形成每一种氨基酸的呢?这就是分子遗传学中的“遗传密码”问题。伽莫夫应用排列组合计算来研究遗传密码。DNA中的4种核苷酸,每次取3个来进行组合,其组合数是: (4+3-1)!/3!(4-1)! = 20恰好与蛋白质中氨基酸的种数20相应。他于是提出遗传密码的三联体(triplet)假说。伽莫夫认为DNA的3个核苷酸组成一个密码子(coden)来决定蛋白质中的一个氨基酸,后来证明是对的。但伽莫夫的计算前提是“组合”(不计核苷酸的排列顺序),后来则被证明是错误的。遗传密码的三联体是核苷酸按一定顺序排列而成的。沃森和克里克二人也因此与威尔金斯(M. H. F. Wilkins,1916-2004出生于新西兰的英国分子生物学家)共同获得了1962年诺贝尔生理及医学奖。
伽莫夫还是一位杰出的科普作家,在他一生正式出版的25部著作中,就有18部是科普作品。他的许多科普作品风靡全球,重要的有:《宇宙间原子能与人类生活》(1946)、《宇宙的产生》(1952)、《物理学基础与新领域》(1960)、《物理学发展过程》(1961)等。《物理世界奇遇记》更是他的代表作。由于他在普及科学知识方面所作出的杰出贡献,1956年,他荣获联合国教科文组织颁发的卡林伽科普奖( Kalinga Prize )。
下面再介绍三剑客中的伊凡宁柯。德米特里.伊凡宁柯(Дмитрий Дмитриевич Иваненко,1904-1992) 出生于乌克兰的波尔塔瓦。1927年毕业于列宁格勒大学的物理与数学学院(ЛФТИ)。1927到1929年间,他与朗道一起工作。1929-1931年间,他任职乌克兰物理技术研究所(УФТИ),然后又回到列宁格勒物理技术研究所(ЛФТИ)。1935年伊凡宁柯作为“社会的危险因素”在列宁格勒被内务人民委员部НКВД(Народный Комиссариат Внутренних Дел的缩写)逮捕。被捕的罪名是“从事谋杀基洛夫同志的(反革命)活动”,判处有期徒刑三年。可笑成天思考原子结构和相对论时空的书生竟然会被按上一个阴谋杀手的罪名,这些从事国家政治保卫工作的专家实在是高明得紧! 经科学院院长瓦维洛夫(С.И. Вавилов,1891-1951)和约飞院士(А.Ф. Иоффе,1880-1960)的联合说情,于同年12月从监狱中释放,并流放到西伯利亚的托木斯克。他在托木斯克大学教过物理,然后又前去斯维尔德洛夫斯克州,基辅和莫斯科等地工作。从1943年起到1990年退休,他一直是莫斯科国立大学物理系教授。根据1983年出版的“物理手册”介绍,伊凡宁柯从事理论物理研究,对于二十世纪的物理科学作出了巨大的贡献,尤其是在核物理,场论和重力理论方面。
几乎所有关于伊凡宁柯的资料中均未提及他的家庭出身,但是从他年幼时和母亲以及妹妹奥卡萨娜 (Оксана 1906–1997,一个很有才华的乌克兰作家) 的照片看起来,家庭条件应该相当优渥。1935年他被捕后写给苏共党中央的一封申辩信中提及:“…… 说我出生于贵族家庭是不确切的。其实我父亲是一个乡村执事和牧师的儿子,他大学毕业后,当了一名小官吏,主要做些统计工作,也兼任《波尔塔瓦之声》不拿薪的记者和编辑。”看来我党讲阶级路线看家庭成份这一套政策也是从老大哥那儿进口的舶来品。
伊凡宁柯在申辩信中一再表明他曾踏踏实实地为苏联物理学的发展工作过:“我的科学工作领域包括量子理论和相对论以及原子核理论的联系。我已在苏联和外国发表了大约30篇论文。我的许多方法被证明是卓有成效的(关于量子几何的观念以及量化空间),并已取得了一些成效,远远超越了通常使用的方法。…… 我在1932年提出的原子核模型,( 为此我曾与狄拉克探讨争辩和切磋了数月之久) 不仅被反复引用而且始终被认为是最前沿的理论 ( 参见狄拉克、海森堡、薛定谔以及其他人的评价) ……我亲自翻译和编辑了十几本书,包括各种德语和英语版本。” 申诉信的抬头是苏共党中央,最终自然落入叶若夫( Н. И. Ежов,1895 - 1940)的手中。这个血腥的侏儒( Кровавый карлик,因其杀人如麻,且身材矮小,比斯大林还矮一个头,而获此美称)的教育程度仅仅达到小学水平,又何尝知道什么狄拉克、海森堡、薛定谔?至于翻译和编辑德语和英语版的书本在他眼里更是“里通外国”的罪证! 可怜书生最误计。
但是,伊凡宁柯在上世纪四十到五十年代被苏联科学界公认为一个令人憎恶的形象。1948年成立了全苏大学和高等研究所物理系主任委员会( ВСЗКФУИB) 这样一个机构,旨在与唯心主义,阿谀西方,泛世界主义等物理学界的不良倾向做坚决的斗争。仿效臭名昭著的苏联农科院在李森可主持下展开的对于“资产阶级生物科学理论”的讨伐。在主持者的策划下。从哲学和政治上对一些物理学内容进行否定性的评价,包括约飞院士、马尔科夫( М.А.Марков; 1908 - 1994 ) 和法兰克( Я.И.Френкель1894-1952 ) 等大批优秀的物理学家成了批判的对象和靶子。
1949年举行的第42次会议伊凡宁柯上台发言,他说:“苏维埃的理论物理学家有一切理由和义务,承担起创造世界图像的任务。国内物理学界盲目追随西方的资产阶级物理学的由来已久……” 伊凡宁柯认为在物理学的各个领域中都必须首先突出苏联科学家的影响,强调苏联科学家的贡献。半个多小时的整篇发言充斥了“马赫主义”、“投降主义”、“资产阶级的机械唯物观阻碍了苏维埃物理学的健康发展”等标签和帽子,当然发言的中心内容是伊凡宁柯抱怨由于某些人利用自己权威的影响,使得苏联的物理学教科书从来不提他创立的质子-中子的原子核模型。尽管他谴责的具体对象是列昂多维奇( М.А.Леонтович ,1903 -1981) 和金茨堡,但是大家都知道站在他们两人背后的正是朗道。伊凡宁柯的讲话遭到了普遍的反对,包括塔姆(И. Е. Тамм,1895-1971,1958年获诺贝尔物理学奖),福克(В. А. Фок,1898–1974) 等都强烈抵制他的讲话。伊凡宁柯在这次会上的表演与那位“不幸生在中国”的何祚庥院士颇为相似。只不过伊凡宁柯是有真才实学的科学大师,他创立的质子-中子的原子核模型已载入科学史册,何祚庥是个“无所不能”的政治打手,他提出的 “无子”(无产阶级子)和“毛子”(不是“老毛子”、“二毛子”而是“毛泽东子”)的概念则可荣登舔痔吮痈的无耻榜首。
关于朗道和伊凡宁柯是怎样交恶的,目前仍然不清楚。但是两人都表明他们的友谊终止于20世纪30年代中期。有各种版本的传闻,其中之一是伊凡宁柯谴责朗道,当他1935年被捕时,始终有一个女人“贯穿”在他们之间。而朗道则认为伊凡宁柯是将自己送进监狱的重要推手。在40年代中期,朗道和伊凡宁柯已成仇敌,彼此不遗余力地攻击对方。伊凡宁柯的名字是和物理学上原子核的质子-中子模型密切相关的。在《物理百科词典》(ФЭС)中载有:“1932年英国科学家J.查德威克用α粒子轰击铍证实中子的存在后,伊凡宁柯随即提出原子核是由由质子和中子组成的观点”。对此朗道不屑地说过:“中子发现后,大家都知道原子核是由质子和中子组成的,但只有他伊凡宁柯把这个东西拿去发表了。”事实当然不像朗道说的那样轻巧。其实海森堡在1932年也提出了同样的想法,不过他从更深的层次进行了探讨,引进了同位素自旋的概念,并表明存在核力。伊凡宁柯另一著名的工作是与塔姆同时应用场论对核力进行研究,但是伊凡宁柯的工作更胜一筹,他得出了定量的计算结果。
物理学家和历史学家索尼娅( А.С. Сонин ) 认为:“伊凡宁柯的研究涉及理论物理学的很多不同领域。广为人知的质子-中子的原子核模型,对同步辐射的预测,和以及许多其他领域,包括在量子理论和万有引力理论方面的开创性工作等都是同时代的最高水准。”斯大林去世后,苏联科学院和高等教育部的领导班子作了调整,对科学界的意识形态领域进行清洗的一些头面人物都下去了。但伊凡宁柯的地位并没有受到什么影响,他仍然在莫斯科国立大学物理系任教授一直到他去世为止。毕竟他是国际上第一流的物理学大师。可是享寿88高龄的伊凡宁柯一直未曾评上科学院学士。相比之下,朗道则早在36岁那年已经戴上了院士的桂冠,伽莫夫年仅28岁即当选为苏联科学院通讯院士,是苏联科学院历史上最年轻的成员之一。
接下去提一下布隆斯坦这个人,这个话题很沉重。马特维.布隆斯坦(1906-1938)出生于乌克兰中西部文尼察市的一个犹太医生家庭,他有一个姐姐米哈丽娜 ( Михалина )和一个孪生兄弟伊斯多尔( Исидор Бронштейны ,经济学家 )。布隆斯坦毕业于列宁格勒国立大学,他的导师弗里德曼是膨胀宇宙学说的先驱,从爱因斯坦的相对论出发,研究了“穹形”结构,讨论了曲率分别为正、负、零时的三种情况,即弗里德曼宇宙模型。布隆斯坦和伽莫夫被称为弗里德曼门下的双子星座。布隆斯坦在天体物理学、半导体、量子电动力学和宇宙学等领域中都作出了杰出的成就,最早确定太阳表面温度的计算被称为霍普夫–布隆斯坦关系(Хопфа–Бронштейна формульной),他和伽莫法创立的cGh物理学体系试图统一相对论、重力理论和量子力学(c代表光速,G代表引力常数,h 代表普朗克常数),如前段介绍。1937年,他证明了光子不可能衰变和宇宙膨胀之间的联系。他还撰写了《太阳物质》、《X射线》和《无线电发明家》等科普书籍。1937年8月6日他和妻子在基辅度假时被逮捕, 1938年2月18日被判死刑,并在同一天枪决。布隆斯坦的遗孀利迪娅(Лидия Корнеевна Чуковская,1907-1996)是一个作家和人权斗士,她与安娜.阿赫玛托娃、帕斯捷尔纳克、索尔仁尼琴以及萨哈罗夫等都是好朋友。2000年诺贝尔物理学奖获得者阿尔费洛夫院士(Жорес Иванович Алфёров, 1930年出生)在给利迪娅的信中指出:“回顾我们国家科学的损失,谋杀布隆斯坦无疑是最悲惨和无限沉痛的。我们已经失去的不仅是一个伟大的科学家和作家,我们已经失去的是整个国家科学领域的未来。”朗道认为如果不是大清洗骤然夺去布隆斯坦的生命,他肯定会是苏联最杰出的理论物理学家之一。朗道还说过方丈是唯一用“风格的发展”(выработке стиля)影响了他的人。与布隆斯坦差不多同时被捕的还有他的好友福克(В. А. Фок, 1898-1974)。福克与朗道两人被卡皮查誉为全苏联最重要的理论物理学家。因为在第一次世界大战中受伤,从青年时起福克就已经是个聋子。这样一个完全听不到人间闲话杂声,整个身心埋首于物理世界的书生竟然被逮捕过二次。第一次是1935年3月8日,但是在同一天被释放。第二次是1937年2月11日,因为牵连到普尔科沃天文台(Пулковская астрономи́ческая обсервато́рия)事件。福克认为布朗斯坦的研究证明了他对于物理学作出了宝贵的贡献,他是苏联理论物理领域的一个才华横溢,特别博学的年轻科学家。福克和朗道都经卡皮查写信给斯大林力保而侥幸逃生,布隆斯坦则在最有作为的年龄就惨遭枪决。一批又一批天才的精灵降生在神奇的俄罗斯大地上,一拨又一拨邪恶的政治运动将他们视作草芥无情地铲除掉了。
走笔至此,意犹未尽,最后想简单交代一下第五位火枪手的命运。莫哈瓦亚大街小楼两姐妹中的姐姐欧根.卡尼戈伊赛儿( Е.Н.Канегиссер,1908-1986)与佩尔斯结婚了。后来他们一齐返回德国,适值纳粹上台。佩尔斯有犹太血统,他们不得不转往英国。他们的小家安在牛津,二女一男三个宝宝的相继降生,给他们增添了无穷的乐趣。1940年3月佩尔斯与奥地利的弗里许(O. R. Frisch,1904-1979)发表了一篇短文介绍了利用少量可融的铀235可以建造原子弹,他们的估算量值是建造一颗原子弹需要1公斤左右的铀。这以前,物理学家认为一颗原子弹至少需要好几吨铀,因此是一个不切实际的空想。该文引起了英美两国研究原子武器的权威部门的重视。1943年8月佩尔斯加入曼哈顿计划。值得一提的是当核材料被运往洛斯阿拉莫斯国家实验室后,是佩尔斯用手装入炸弹中的。这颗原子弹被取名为 “小男孩”(Little Boy), 1945年8月6日在日本广岛上空爆炸。死于这颗原子弹的直接袭击及核辐射伤害的人数总计超过20万! 然而包括洛仑兹奖章以及恩里科.费米特殊奖等各种荣誉和桂冠却接踵而至地降临到佩尔斯的头上。 佩尔斯也被遴选为英国皇家学会会员,并于1968年被封为爵士。当年漂亮的列宁格勒姑娘欧根.卡尼戈伊赛儿也成为了优雅的英国佩尔斯爵士夫人。顺便说一句,佩尔斯的副手克劳斯.福克斯(Klaus Fuchs),一个年轻,有礼貌,沉默寡言,有才华和勤奋的物理学家是英国间谍,他将原子弹的图纸和技术出卖给苏联。1950年1月,福克斯承认自己是间谍,被判处14年监禁,并剥夺英国公民身份,1959年获释。 1968年后移居德意志民主共和国(原东德),当选为科学院院士和德国统一社会党(SED,东德执政党)的中央委员,1979年退休;在柏林墙倒塌之前的1988年去世,倒也死得其时!
这些都是题外的后话了。正所谓:是非成败转头空,浪花淘尽英雄。
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