第四章
有一次，愛因斯坦演講，當主持者請聽眾對演講者提問時，一個年輕人從座位上站起來說道：“愛因斯坦教授告訴我們的東西並不是那麼愚蠢，但是第二個方程不能從第一個方程嚴格推出。它需要一個未經證明的假設，而且它也不是按照應有的方式為不變的……”在大家都驚訝地回過頭來注視這位似乎不知天高地厚的年輕人時，愛因斯坦對著黑板思索之後，卻說到：“後麵的那位年輕人說得完全正確，諸位可以把我今天講的完全忘掉。”這位敢於提出愛因斯坦錯誤的年輕人就是蘇聯物理學家朗道。
從幼年起，朗道就表現出與眾不同的夫才。13歲已學完了中學課程。當時他很想到大學去學習數學，但父母認為他年齡太小，特別是父親希望他選一個更為“實用”些的專業，結果朗道被送進了一所經濟專科學校。由於缺乏興趣，在那裏呆了一年後，朗道終於在1922年轉入巴庫大學，同時在數理係和化學係學習，這時他才14歲，但他最終沒有修完化學專業。1924年，在巴庫大學畢業後，朗道來到了聖彼得堡，此時正值列寧去逝，聖彼得堡被易名為列寧格勒，而朗道就進入了同時易名的列寧格勒大學。在20年代，列寧格勒大學可以說是前蘇聯科學研究中心，特別是物理學研究的中心，當時前蘇聯一些很有名望的物理學家如約飛、福克、弗倫開耳等人都在此授課，並講授當時正在發展中的量子理論。在這裏，朗道開始接觸到了物理學的前沿領域，並投身於研究中。
1908年出生的朗道，比量子力學的奠基者們，例如海森堡、狄拉克、約爾丹等人小了七、八歲，比德布羅意、薛定諤等人小得更多。當他在列寧格勒大學畢業時，新量子力學的數學表述和物理詮釋都已經基本上形成了。因此他曾經感歎許多最重要的基本原理問題已被別人搶先解決，大有“餘生也晚”之憾。然而，量子力學的具體應用當時還方興未艾。天賦非凡的朗道在理論物理學的許多領域中都作出了重大貢獻。
旱在大學期間，1927年他就發表了第一篇學術論文，處理了雙原子分子的光譜問題。同一年，他在用波動力學來處理韌致輻射的論文中，首次使用了後來被稱為密度矩陣的概念，在後來的量子力學和量子統計物理學中起了重要的作用。在19歲生日的前兩天，朗道從列寧格勒大學畢業，成為前蘇聯科學院列寧格勒技術物理研究所的研究生。
經過數次申請，1929年10月，朗道被批準出國。在不到兩年的時間中，朗道先後在德國、瑞士、荷蘭、英國、比利時和丹麥進修訪問。他曾回憶說，在這段時間裏，除了費米之外，他見到了幾乎所有的量子物理學家。在與這些著名科學家的交往中，朗道充分地展示了他的才能和個性。
在丹麥的哥本哈根，朗道深受“哥本哈根精神”的感染，並成為玻爾研究班上的活躍分子。後來玻爾在談到朗道時說：“他一來就給了我們深刻的印象。他對物理課題的洞察力，以及對人類生活的強烈見解，使許多次討論會的水平上升了。”雖然朗道一生中接觸過不計其數的物理學家，而他在玻爾那裏隻呆了四個月左右的時間，但他卻對玻爾十分敬仰，終生隻承認自己是玻爾的學生。
在歐洲的進修訪問期間，朗道在金屬理論方麵做了重要的工作。在1930年發表的《金屬的抗磁性》這篇論文中，朗道應用量子力學來處理金屬中的簡並理想電子氣，提出理想電子氣具有抗磁性的磁化率。這一性質現在被稱為朗道抗磁性。據說在瑞士蘇黎世的一次討論會上，當朗道作完了有關抗磁性的報告後，他的好友佩爾斯評論說：“朋友們，讓我們麵對現實吧，現在咱們隻能靠朗道吃剩的麵包皮維持生活了。”與此同時，朗道還和佩爾斯研究了將量子理論應用於電磁場的可能性，提出了在量子理論中電磁場量的可觀測性問題。他們二人曾經專程趕到哥本哈根，就此問題和玻爾進行了馬拉鬆式的激烈討論，結果導致玻爾和羅森菲耳德撰寫了關於這個問題的著名論文。
1931年春天，朗道準備啟程回國，雖然有人曾暗示他不要回去，但朗道自有主見，臨行前，他對羅森菲耳德說：“我必須為我的國家工作。這是一次長久的離別。也許是永久的離別，除非你來訪問我們。”後來，隻在1933年和1934年，朗道再度短期訪問過哥本哈根。回國後，最初朗道仍在列寧格勒物理研究所工作。朗道在內心深處是讚成革命的，並按自己的理解而相信馬克思主義。但他反對中世紀式的思想專製和愚昧殘忍，於是與當權者有了矛盾。另外由於他在學術問題上與研究所的領導約飛有分歧，雖然朗道是正確的，但卻冒犯了這位權威。在一次朗道作了學術報告後，約飛宣稱朗道所講的內容不得要領，而朗道則毫不客氣地當眾回敬道：“理論物理學是一門複雜的科學，不是任何人都能理解的”。由於這樣一些原因，朗道最後不得不離開了列寧格勒。
從1932年起，朗道在哈爾科夫的烏克蘭科學院物理——技術研究所工作，並擔任了理論物理部的主任。1934年，在沒有經過論文答辯的情況下，朗道獲得了博士學位，1935年任哈爾科夫大學的教授，在哈爾科夫時，朗道開始計劃寫一部理論物理學的巨著。這部主要由朗道來構思，由郎道和他的學生裏弗席茲合作完成的多卷本《理論物理學教程》從1938年開始陸續出版。這部幾乎包羅萬象的物理學名著，有近十種文字的譯本，並於1962年獲得列寧獎。在哈爾科夫，朗道還創立了著名的理論物理學須知，後來也被稱為“朗道位壘”，這個考試綱目除了數學內容之外，幾乎囊括了理論物理學所有的重要分支。在朗道逝世前，僅有43人衝過了這個“位壘”，其中許多人後來成為博士、教授和蘇聯科學院的院士。在朗道周圍，也開始形成了一個獨具特色的“朗道學派”。成為“朗道的學生”，則是蘇聯青年物理學家們既向往而又很有些望而生畏的目標。
在哈爾科夫期間，朗道的科學研究工作繼續深入。他發展了普遍的二級相變理論，不但說明了許多當時認為很奇特的現象，而且為此後各種新型相變的研究開辟了道路。他就鐵磁磁疇結構、鐵磁共振理論和反鐵磁態理論發表了一係列的重要文章。此外，他還對原子碰撞理論、原子核物理學、天體物理學、量子電動力學、氣體分子運動論、化學反應理論和有關庫侖相互作用下的運動方程等方麵作了研究。
1937年，又是在一次與理工學院的院長發生口角後，朗道斷然離開了哈爾科夫，隨後到了卡皮查所領導的莫斯科物理問題研究所工作。他在哈爾科夫的一些最有才能的學生同事，也隨他而去。1938年冬，在當時的“清洗”中，朗道突然以“德國間諜”的罪名被捕，並被判處十年徒刑，送到莫斯科最嚴厲的監獄。由於卡皮查等人的竭力營救，一年後，已經奄奄一息的朗道終於獲釋。
朗道從1937年開始的對於低溫物理學中液氦超流動性問題的研究，使他在1962年獲得諾貝爾物理學獎。朗道提出了與理論不同的二流體模型，尤其是對液氦這種量子液體能譜的分析，顯示了他深刻的物理洞察力。他提出了“旋子”的概念，根據這一理論，可以很好的解釋液氦Ⅱ的超流動性，並進而預言了超流氦中“第二聲”(一種溫度波)的存在。這一預見於1944年得到了實驗驗證。
朗道在物質凝聚態的研究方麵進行過許多繼往開來的基本工作，甚至有人說，從固體物理學到凝聚態物理學的過渡，可以認為是從朗道的工作開始的。他本人對超流性的工作特別滿意，當有人間他“您一生中最得意的工作是什麼”時，他回答：“當然是超流性理論，因為至今還沒有人能夠真正懂得它。”
在莫斯科，朗道還研究了電子簇射的級聯理論和超導體的混合態等問題。這時基本粒子物理學和核相互作用理論開始在他的工作中占了更大的比重。他發展了關於燃燒和爆炸的理論(1944—1945)，探索了質子——質子散射和高速粒子在媒質中的電離損失等問題。1946年，他提出了等離子體的振動理論。
在1947—1953年間，朗道考慮了電動力學中的各種問題，研究了氦Ⅱ的粘滯性理論，發展了關於超導性的新的維象理論和粒子在高速碰撞中的多重起源理論。前者在低溫物理學中起了推動作用，後者對宇宙射線物理學相當重要。
1954年，朗道研究了與量子場論的原理有關的一些問題，論證了量子電動力學和量子場論中所用的微擾方法在有些事例中並不是自洽的。從1956年到1958年，朗道創立了所謂費米液體的普遍理論，力圖概括氦Ⅲ和金屬中的電子。1957年，當宇稱守恒定律已經顯得不能普遍適用時，朗道提出了現代物理學中一條新的重要定律來代替它，即CP守恒定律。1959年，朗道又在基本粒子理論的結構方麵提出了一些新的看法。他在一篇論文中提出了一種方法，來確定粒子的所謂相互作用振幅的基本性質。
綜上所述，朗道的學術工作領域是相當廣闊的，而且成果豐碩。1958年，為了慶賀朗道的50壽辰，蘇聯原子能研究所曾經送給他一件很有意思的禮物。那是一塊大理石平板，板上刻了朗道生平工作中的十項最重要的科學成果，人們借用了宗教上的名詞，把這些成果稱為“朗道十誡”。這十項成果是：