《命运骰子——量子力学简史》（第三十九章）

发信人: yauzhang (penrsoe), 信区: Physics
标 题: 《命运骰子——量子力学简史》（第39章）
发信站: 两全其美网 (Tue Sep 16 12:15:02 2008), 本站(lqqm.net)




《命运骰子——量子力学简史》（第三十九章）


第三十九章 朗 道 ： 苏联之子

（1）
1931 的和煦的夏风吹着哥本哈根的玻尔，他的两个儿子正在茁壮成长。看在眼里，玻尔真是高兴啊，当时他并不知道几年以后大儿子将命运夭折。 研究所的院子里宿草盈阡，爬山虎爬满了墙壁，绿油油的一片藤蔓之下，世界各地的年轻人来了又走，真是应了那句老话“铁打的营盘流水的兵”，虽然海森堡已经 离开哥本哈根，但玻尔相信，只要自己还存在，那么，哥本哈根就好象一个工厂，会制造出一个又一个海森堡。

没有错，1931年的研究所里，来了几个年轻人， 比如说， 伽莫夫，特勒，还是朗道。


特勒（Teller）站在院子里，听见蝉的叫声，感到无边的寂寞，他发现自己还真不是一个做学问的料子，那两个苏联人太牛比了，自己简直象一个傻子一样混在哥本哈根。

那两个被特勒嫉妒的年轻人，正是伽莫夫和朗道。



（2）

1908 出生的朗道真是过分年轻，（比那帮1901年出生的人小了7岁,所以朗道有7年之痒）他显然已经来迟了一步，量子力学的楼船早已经扬帆启程，船上面是笙歌 艳舞一片，歌妓和处女已经被别人拥抱，留下朗道一个人在江边兴叹：“操，我来晚了一步，我妈怎么搞的。”他19岁的时候，还在苏联，就思考一个问题，因为 海森堡说物理量是矩阵，而薛定谔说波函数有一个密度分布。朗道19岁做物理就好象29岁一样老练，他马上把矩阵和密度联系起来了，创作了一个伟大的新概 念：“密度矩阵”。


这就是朗道，他自然是心比天高， 他顺路到哥本哈根，看到自己的一个师兄伽莫夫也在这里。
朗道说：“师兄，你最近在研究什么？”

伽莫夫说：“隧道效应啊。对了，你叫什么名字？”

朗道心想，天下谁人不识我朗道那真是瞎了眼了， 你居然不知道我的名字：“我叫朗道，今年23岁。去年我研究了电子在磁场中的运动，得到了朗道能级，你不知道吗？”


伽莫夫说：“哦，原来你就是朗道，太牛比了，朗道能级是什么？你给我讲讲！”


朗道说：“你居然不知道朗道能级？ 朗道能级啊，说来话就长了……”


（3）

也 就是在我们第一章开头讲过的18世纪末19世纪初，有一个叫安培的人，思考环行电流——电流象北京二环地铁那么流动。安培研究的结果很是惊人，环行的电流 就产生一个类似于条形磁铁的磁场（磁偶极场）。在安培以后，数学家太喜欢环形电流产生的磁场了，于是高斯等人就思考，能不能把两个通电线圈相互套起来（象 2个戒指那么相互套起来，或者两个手铐相互拷起来），然后计算一下空间的磁场分布，看看能不能在磁场中读出电流线圈的拓扑结构——相当于说，看到一缕光 线，你能不能推断出发光灯泡的形状。到了1931年，拓扑已经象一个非常不光滑的野蛮男人一样进入了物理学的阴道。英国的狄拉克也在思考有没有磁单极场 ——存在这样一个磁场，通过观察这个磁场，你会发现，这个磁场是起源于一个点，而不是类似于安培的环线。

简单地说，朗道发现，一切都可以用量子力学来重新做一做。高中物理学里的洛仑兹力表明，在均匀磁场中，电子将作圆周运动。那么，如果把量子力学加进来，这个图象是什么样子的呢？ 显然，电子的圆周运动可能会导致电子能量的离散化，这个离散化的能量，被称为朗道能级。




朗 道发现一个巨大的秘密，是大家都知道但没有公开的。那就是电子在均匀磁场中，那么如何与磁场耦合（相互作用）的呢？磁场是一个经典场，电子是一个量子化的 粒子，它们的相互作用到底怎么写呢？ 虽然江湖上总有人在说什么最小耦合，但语气又有点象阿Q嘴巴里的“革命”，概念是很模糊的。

自己还来得及，虽然量子力学的楼船已经开发，那些西方人在船上已经醉生梦死，乐不思蜀，但作为苏联之子的朗道，依然可以在岸边吃开一片天地——实际上他研究电子和磁场，开创了凝聚态物理学的大片新河山。

朗道能级是很容易解出来的，因为圆周运动其实是2个简谐振动的合成，只不过现在的情况有了微妙的变化，在量子图象里，圆周运动的圆心坐标（a,b）非常特殊，a与b是不对易的。

[a， b] 不等于0

“天呀”，朗道做到这里，连自己也感觉糊涂了，“洛仑兹的圆周运动的圆心坐标，x与y不对易？这是什么呀？坐标与坐标也不对易了？难道我朗道做错了？不可能，一定不可能，磁场中的电子，表明非对易几何的存在……”




（4）
朗 道把自己的发现过程跟伽莫夫讲了一遍，伽莫夫听到圆心坐标的不对易的时候，一个头有两个大。虽然他相信这个不对易的原因在于磁场的存在。但这个结果还是很 吃惊的，因为磁场存在以后，几何学被彻底改变了，需要用非对易的坐标来描述一个点的位置，那么，点的x坐标和y坐标就是不可以同时确定的……

伽莫夫说：“师弟，也许你做错了什么。但我不知道你哪里错了。”

朗道说：“师兄，我回苏联以后，再考虑这个问题吧。这个问题是很有意思的，对了，你还要回苏联吗？”
伽莫夫说：“你先回去吧，梁园虽好，非久留之地，苏联需要你……”


朗道回国以后，1938年，朗道因被怀疑是德国间谍而入狱。
在监狱里，朗道感到非常愤怒，他怒发冲冠。


中午，放风的时候，他总是在高墙之下仰望井口那么大的天空，心里破口大骂：“我操你大爷，斯大林！”


狱卒把一盘饭放在他面前，吆喝道：“快吃吧，窝囊废。”

朗道气得真哆嗦，用手指着狱卒的鼻梁骂道：“畜生！我是朗道，等我出去，我要……”