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郝柏林:奋斗 机遇 物理 (中)

编者按
郝柏林先生(1934—2018)是大家熟知的著名理论物理学家,他在中国物理学科发展大业里深耕苦干、身先士卒,影响并激励了很多后学投身其中,接棒传承。2011年4月郝柏林先生曾在复旦大学物理系及理论生命科学研究中心发表演讲,讲述自己的成长奋斗过程。之后又受邀在多所学术单位作同样内容的报告,深受听众欢迎。郝先生去世后,根据他2013年在复旦大学希德书院的报告录音,由复旦大学物理系周鲁卫教授文字整理、中科院理论物理研究所刘寄星研究员修改审核成文,收入吴晓明主编的《书院的理念与探索——复旦大学书院讲演录II》(复旦大学出版社,2019)。文中郝先生结合自己年轻时的经历,回忆并讲述了大量有趣的往事。郝先生这篇富有哲理的讲演中所体现的在困境中的奋斗精神和积极的人生态度,必然会对年轻的朋友们有所启发。值此郝先生去世两周年之际,《物理》杂志征得郝柏林先生家属同意,特分三次刊发此文,以飨读者。
 
撰文 | 郝柏林
 
整理 | 周鲁卫、刘寄星
 
9 一直未知的论文题目
 
哈尔科夫大学是 5 年制,是有毕业论文的。毕业论文分给我的小导师是 Mark Ya. Azbel。他是我们系里当时非常牛的一个年轻人,只比我大 5 岁。按苏联的制度,读完研究生以后考的一个学位直接翻译出来,英文叫做 Candidate of Science,中文译为“副博士”。一般现在都承认这跟美国的Ph.D是相当的。得到这个学位,就可以在大学获得职位,几年后可以当副教授、教授。但是欧洲制度中,还有一个国家博士。这个国家博士就高得多了,很多教授就不是国家博士,白发苍苍了,还在那儿写自己的国家博士论文。而这个年轻的Mark,由于做了个好工作,不光是 Candidate 拿到,国家博士也都拿到手了。那时候他在系里很牛,有些盛气凌人,非常厉害的一个人,系里让他指导我的毕业论文的写作。他是因什么得的国家博士呢?是凭着所谓的 Azbel—Kaner 金属中的回旋共振实验和理论。在这里讲一点物理。
 
回旋共振,就是加上一个磁场后,电子会围着磁场转圈;如果再加上一个射频的场,比方微波的,正好频率与它共振了,就会发生共振吸收。一般情况下,共振吸收可以测量出来。决定回旋共振频率的,有电子的质量。但是对于半导体、金属来说,这个质量不是真正的质量,是跟声子也就是跟整个晶格骨架作用以后的有效质量。而为了半导体的发展,需要知道有效质量,就是载流子的质量。半导体里的载流子,有电子有空穴,费米表面并不是个球,比较怪。比方说,锗、硅都有一段费米表面,有点像枕头,是凹进去的。顺便说,凹进去的,曲率都是负的。有人想利用这个来造出负质量放大器。在半导体各种器件的理论里,有一种叫负质量放大器,就是利用这个曲率。二阶曲率就是有效质量。这个是可以用回旋共振测量的。这方面做得比较出色的,有一篇论文是 Dresselhaus 的。夫妇俩,两位 Dresselhaus,男的叫 Gene Dresselhaus,女的叫 Mildred S. Dresselhaus。他俩在20世纪50年代关于半导体回旋共振的此篇论文,那个时期搞半导体的人基本上都得细读细抠。女Dresselhaus更厉害,是美国物理学界的强人之一,美国最强的MIT材料实验室的头,担任过美国物理学会主席。但是回旋共振能不能在金属里测量就不是个简单的问题了。金属有一个趋肤效应,指的是电磁波进入金属要衰减,所以只能进入金属表面的薄薄的一层。在那里,电子在旋转时跟电磁场根本没办法碰上,没办法作用,所以金属里能不能做回旋共振是个问题,一般认为做不了,但是又有必要做。这是因为哈尔科夫搞固体理论的人在20世纪50年代的一个重要贡献是对金属费米面的理论。电子能级填充满了以后的最后那个面叫费米表面,在动量空间是个几何表面。如果是自由电子,它就是个球。但是在固体,在金属里,它有着各种各样的形状。比方说金属铜的费米表面是什么样子呢?基本上,主要部分是个球,但是铜是面心立方,在每一个大的表面地方,长出一个管儿来,跟下一个布里渊区连接起来,所以它是一个复连通的、各个方面连起来的一个架子。如果要测量它的电子,就要加上磁场,磁场加入的方式不同导致最后出来的形状很不一样,有效质量也很不一样,所以如果能够测量回旋共振的话,那会是很好的。想测量回旋共振,但是在金属里没有办法。Azbel 想了个简单的办法,这就是懂物理又动脑子的好处。他说不是有趋肤效应吗?在金属上只有很薄一层有电磁波可以进去,那请你把恒定磁场平行于表面加上,我现在把手臂放平,伸直,恒定磁场沿着我的手臂平行加上以后,电子就在垂直于我手臂的平面上转。就有一批电子每转一圈回到趋肤层一次,在这儿,就可以与电子运动垂直的恒定磁场作用,就可以加速。这是一个真正的单缝回旋加速器。加速粒子用的回旋加速器,一般是双缝的,也有单缝,这里是一个单缝的回旋加速器。Azbel 想出了这个主意,做实验的人就按照这个主意把实验做了出来。这还不够,作为理论家,他把理论也做出来了。这个理论不是太简单,所以我要把这个物理理论给大家说一下。
 
正常趋肤效应中,趋肤深度 δ 比较大,电子的平均自由程 l 比较小(l ≪ δ )。在趋肤层中电子运动时要碰撞很多次。这样的物理作用是局部的,就是电子不可能记住比较远处的电场,它走着走着就碰,所以稍远点的东西都忘掉了。
 
局部作用的现象由微分方程描述,所以描写正常趋肤效应的是微分方程。同学们要学电动力学的话,这可以是一个习题,自己去算一下,趋肤深度是怎么决定的。但是如果把这个不等式翻过来(l ≪ δ ),金属特别干净,结果平均自由程特别长,趋肤深度比较短,这个时候的效应就很不一样。电子走很长的距离没有碰撞,它可以把这儿的场效应通过自身运动带过去,所以整个场的作用一路都得加起来。用场论的语言说是有个传播子,用数学描述的话是有一个积分,把一路的效果要积分起来,是一个求和,所以相应的方程就变成了微分积分方程。不是简单的微分方程,是又带积分又带微分的方程。这样的方程解起来不是很容易,Azbel 把这个问题的数学也做了,所以他能够同时拿到国家博士。接到系里的安排后,我就打电话给他,我说系里让你做我的小老师,指导毕业论文。他说我知道,我问什么时候跟你见面?他说不必见面,你先读几篇文章,读完了以后再找我。他就在电话里告诉我几篇文章的题目,都是这一派学者关于表面理论的文章。
郝柏林的优秀大学毕业证书,左边为乌克兰文,右边是俄文。编号上面的一行是“优秀”
 
我在读文章过程中,读到他与合作者 Kaganov 和 Slezov 的文章,也是算表面问题、红外波段金属性质等等。对微分积分方程,他们想了一个迭代的方法去求解。有个小参数,零级解得到了以后,代进去,再求下一级。许多这类非线性方程,可以用迭代法去求解。我读这篇文章,非常仔细,一抠就抠出问题来。发现只有零级近似的解才满足边界条件,高级近似的解不满足边界条件,所以那个解有问题。能够发现问题,对我们做学问很重要。发现了问题,还要想办法解决问题。我得想一个办法,使得做迭代的时候,每一级都可以满足边界条件。我把这个办法想出来后,把整个的问题重新算了一次。然后就打电话给 Azbel,定了时间跟他见面。我给他讲了这个事,他说:“嗯,对一个本科生,这些内容写毕业论文就够了,你把它写一写当论文吧”。所以我到头来也不知道他想给我的毕业论文是什么题目。就是读了几篇文章,找了个问题自己解了。完了他又把一个研究生叫来了,让我把怎么做迭代,每一级的解都满足边界条件的方法告诉那位研究生,要他用这个办法去解决他的具体问题,也是属于红外波段问题。大学毕业论文的这组工作最终产生了两篇文章,一篇文章完全是我的工作,后来用中文发表在《物理学报》,题目是“金属在红外波段的表面阻抗和穿透系数” (《物理学报》,1961,17:453—464) 。就是由于电子平均自由程很长,可以把电磁场带进金属深处,因此一个薄的金属片可以在红外波段变得比较透明,我的工作计算了这个效应的穿透系数。那位研究生打头的文章后来用俄文发在苏联的《固体物理》杂志 (1963) 2),当时这本杂志每期都由美国物理学会翻译成英文。我是作者之一,主要是因为用了我解方程的办法,但物理计算我没有参与。
 
10 高分子半导体大会战
 
我们回国后在中国科学院物理研究所里,我的身份是国家科委预留的实习生,准备两年以后派到苏联再做研究生。所里很认真地给我分配了业务导师和政治导师。业务导师是资深院士李荫远先生,政治导师是物理所理论研究室支部书记 3)。我就准备实习了,但是没实习成,却参加了高分子半导体大会战。
 
1959年12月在北京召开了全国固体物理会议,这次会议第一次设理论组,王竹溪老先生是理论组主持人,还有黄昆、谢希德等。开会期间,新华社在报纸上发了个消息,说苏联科学家研制出了高分子半导体,性能比锗、硅还好,成本很便宜。那时我们国家有两个科委,国家科委和国防科委。两个科委的当家人都是聂荣臻元帅。聂帅的革命家气魄,我们这些人都非常佩服。聂帅说过,我这一生带了一支带枪的军队,我的余生要带出一支科学的军队来。他真是很努力的把这两个科委带下来,把战略武器“两弹一星”都做出来了。聂帅看了报纸,马上打电话给张劲夫,张劲夫是科学院副院长、党组书记。院长是郭沫若,他是历史学家、诗人。管事儿的是张劲夫。聂帅打电话给他说,高分子半导体是怎么回事,我们会做不会做?张劲夫马上到会场来找我们这些人,于是物理所在会场里开个小会就决定把我、陈春先一些人调出去,在会场上了吉普车去化学所,因为是高分子半导体,肯定得有化学所的人,我就这样加入了高分子半导体大会战。这个大会战是绝密级的,我们就在实验室里夜以继日地干。20世纪的60年代我们是在实验室里迎接的,在实验室做到了1960年1月1号天亮。到了6月6、7号,我们真就把高分子半导体做出来了。
1960年郝柏林、陈春先在北京景山公园合影
 
我现在告诉大家,你们到街上到处去捡各种各样的东西,这些东西最大的可能性是半导体,你别去拾破铜烂铁 ,那是金属了,一般的很多东西是半导体。问题是你需要用半导体做出能够检波的二极管、能够放大的三极管。科学院党组给我们下达了一个指标,做一个全高分子半导体的收音机,“五一节”向党中央献礼。那时候都是这么工作的。我们就做这架收音机。二极管不难做,这个你们也可以试验。现在已经不做矿石收音机了。你可以到中药铺里去买一小块自然铜,用小针扎一扎、试一试,就可以有检波效应,可以收听广播的,我们小时候玩那种东西。所以很多这样的石头你们捡来试一试,可以有检波效应,这个不难。
 
难的是放大效应。大家知道半导体三极管是拿了诺贝尔物理奖的。我们当时是年轻人,上头有两位年长的王先生,我们叫大王先生跟小王先生,王守武和王守觉。他们现在都是资深院士。王守觉是非常手巧的实验家,他居然就做出放大效应来了。靠什么做呢?这种高分子半导体靠的是共轭双键系统,就跟苯环差不多,要想画出来苯环的话,画一个单键一个双键,一个单键一个双键,但是单键双键画哪儿都可以,可以画这儿,可以画那儿。泡利有个说法,叫“共振论”,两种键都有,在共振状态里头都有。要做成高分子半导体的话,得想办法做比较长的共轭双键的链,这种链一长了以后,首先就开始有颜色,更长了以后颜色变深,最后变黑。整个材料一开始还柔软,之后就变硬,变得根本不溶解。所以溶解加工都很重要。最后摸索了一个办法,就是在它变得还不长的时候,还不黑的时候,就用有机溶剂把它溶解了,变成浆糊一样的很黏的东西。然后拿两个扁的夹纸的那种夹子,从那个里头夹出那么一条来,夹住以后,上头挂着,底下挂把锁,往下拉,把它硬拉成一个膜。拉的过程,中间有加热烘烤。在这个过程中,它逐渐聚合,逐渐变长,颜色变深,最后变黑,变成了一个很脆的膜。这种东西,要放在烤箱里烤。在烤箱里,我们挂了好多这种东西,用不同的温度去做,叫“炒菜”,就是各种方案都要试。有时弄不好,一烤箱都烧了,整个样品就没了。做膜的过程中发现了一个效应,如果去测量这个东西的电阻,拿欧姆表的两个针头,夹着这个膜来量,就靠手的压力的变化,可以看到欧姆表跑了好几个数量级,有这么个压阻效应。王守觉就利用这个效应做了放大,他用了一个小小的电磁的机制,把一根针接触到这个膜上,然后控制沿着膜的电流,这样把那个信号调到这根针头上,果然可以在我们实验室里听中央人民广播电台广播,可惜只能听两、三分钟左右,那个针就把膜扎穿了。扎穿以后,又得王守觉亲自动手,微调这个设备,找到另外一个点,接着再听。我们就把张劲夫请来了,让他看看能不能献礼。张劲夫看完以后说:“不行,这样东西不能到党中央去献礼”。于是就延长了我们的这个试制任务,“五一”不行延到“七一”;“七一”不行延到“十一”。就这样,一直完不成这项任务。
 
不过我们刚做出来高分子半导体的时候,郭沫若开始请客,那时候四川饭店还在绒线胡同老地方。我跟郭老碰过杯,就是这次。他一桌一桌地,给我们研制有机半导体的有功人员敬酒。国家科委召开了全国的绝密级香山材料会议,刘西尧主持。刘西尧是国防科委的副主任,国家科委副主任,是我们国家搞武器的时候具体在前线指挥的人之一。他主持这个会,由我代表物理所,去报告物理所的高分子半导体工作。我们党委书记给了我指示:“你的报告要做的非常科学,有曲线、有图表,有公式,要什么有什么,要让听众十分满意,要使他们一无所获”。这件事情到现在还没解决,一个单位搞了点什么新鲜东西,各个单位互相保密,生怕别人摸到你的窍门。我作为年轻人,领导、书记让我怎么做,我就这么做吧。我们当时有个关键的一步,是往有机溶剂里加小分子,这个小分子是什么绝对不能说出来,所以我在那也没有说,人家也不知道我们加的是什么。我那天要说了的话,全国各大城市里这种小分子大概会全部卖完。现在当然可以说了,就是一种简单的小分子,硝酸银。
 
这里笑话故事多了。我是共产党员,我们的党委书记很有意思。有一天把我们叫去,说你们两个共产党员科学家(其实我们刚毕业),给我看看这些资产阶级知识分子们都在干什么。我们对王先生是很尊重的,因为他们是老师,当然也尊重他们的学问,但是书记让我们去看看他们做什么,我们就去看看回来好给书记讲。他们做什么呢?因为在有机溶剂里加了小分子,没办法保证里面绝对干燥,所以不知道里头导电的东西是什么?是电子导电,是空穴导电,还是离子导电,因为小分子在里头,电极里头可能有离子,他们在讨论这些问题。回去我们就跟书记一一汇报,说他们在研究是什么东西在导电。这位书记根本不懂物理,他就召开会议宣布:“不管是电子捣蛋还是离子捣蛋,你们谁都不许给我扰乱军心”。大家知道“大跃进”时代,中国人这么工作过。大家不要以为大炼钢铁这些东西全是没意思的,背后有积极的东西,就是人民非常希望国家强大起来,钢铁也多了,科学也上去了。但是当时我们没有那个基础,没有那些知识,不懂得怎么干。所以我从来不用非常消极的态度来评论我们的三年“大跃进”。那里头反映了中国人民的一种愿望。当时的许多指标现在都远远超过。大家可能知道有个口号叫“要把钢铁翻一番”,要在1960年达到钢产1080万吨,因为1959年搞了540万吨。毛主席说明年要翻一番,全国就为1080万吨钢奋斗。当然现在的钢产十倍都不止,上去了,多少亿都上去了。所以要达到目的,是需要认真干的。当时那段历史确实反映了我们想改变“一穷二白”落后面貌的发展愿望。
 
11 两篇论文的创新点
 
在做这些事情的时候,几位刚大学毕业的学生还想再做点事儿,所以我们就开始了高分子半导体的理论,把这些共轭双链拿来算它的能带结构。怎么做?如果要算苯环的话,量子化学里有现成的方法,叫做 Hueckel 近似。陈式刚想了个主意,把周期场跟 Hueckel 近似结合起来,这样我们算了17种高分子的能带结构。这其中有些发现,我给大家说一下,有点意义。固体的能带理论,电子在运动,能量有一段允许,一段不允许,就是有能带。如果此系统是一维的,能带理论有一个结论:带顶跟带底状态密度有奇异性。这个奇异性是个无穷的尖儿,但是可以积分。
 
先说布里渊区中间的极值。布里渊区是做了傅里叶变换以后 k 空间里的基本单元。能带有顶有底,就是能量高的地方、能量低的地方,叫能带极值。如果是一维的系统,能带极值只能发生在中心跟边缘,在半截的地方出不了能带极值。有位名叫派尔斯 (Rudolf Pierels) 的写了一本《固体量子理论》,这本书在20世纪50年代初出第二版,第二版加了个小注,说能带极值只能发生在中心和边上。有人写信说他不对,在有些情况下能带极值可以发生在 (中心和边上的) 中间。大家知道有一种二极管叫“肖特基二极管”,就是这个肖特基写信给派尔斯。说这个地方你说的不完全准确,如果把一些三维原子排成一维,就可能在能带中间出现极值。
 
我们在做高分子计算的时候,引入了一个量,叫做连通度。什么叫连通度?这个高分子链,如果用剪子把一处绞了,就断开了,连通度为1;如果像梯子一样的东西,你要把它绞断,至少要剪两剪。那么它的连通度为2。我跟陈式刚在工作中发现,这种一维体系,如果连通度为 N,那么在中心跟边上之间,最多可以有 N-1 个极值。因此派尔斯最早讨论 N=1,中间的能带极值等于零个,但如果要讨论别的,就可能有。这个故事后来又继续了。派尔斯跟理论物理所还有点关系,是因为我们建所的老所长彭桓武。这位老院士已经过世了,他是“两弹一星”23位功臣名单上的最后一位,因为他的姓氏笔画太多。“二战”结束后,彭先生正在英国,派尔斯曾给了他一个职位,希望他到自己那儿去工作。彭先生没有接受,回国了。他回国的时候只有30岁多一点,不到40岁 4)。
 
彭桓武、钱三强、王淦昌,他们早在共和国刚成立的时候就讨论到原子弹我们早晚得搞,得做准备,那时他们就开始着手培养人。彭桓武招收的第一个研究生叫黄祖洽,后来让他研究中子输运。所以黄祖洽是我国中子输运跟反应堆理论的大专家,他写有相关专著 5)。第二个研究生是周光召,大家知道他后来当了科学院院长。他们都是彭桓武招来为了将来做武器作准备的。到了20世纪50年代中期,中央真正决定要搞武器了。这几位先生已经把研究室一级的中层干部准备好了,他们带着一些更年轻的人,就开始做武器的工作。派尔斯90年代初,到北京来开世界和平一类的会,他提出要见彭桓武。那时候我在理论所当所长,我安排的这个事,所以两个老头见面时我在场。我趁机跟他讲能带极值的事,告诉他连通度为N的话,中间最多有 N-1 个极值。派尔斯告诉我说,现在知道更多的情况。如果考虑的不仅是最近邻相互作用,还有次近邻相互作用,就有可能也出现别的极值。搞固体物理的人知道,总的相互作用要沿着最近邻加起来,写个大Σ,底下往往就写 “n.n.”, 就是nearest neighbor;如果考虑次近邻的,就写“n.n.n.”, next nearest neighbor。派尔斯告诉我们的,就是要讨论n.n.n.的现象。
 
我后来注意到,有一些半导体上面的导带和底下的价带接起来,就变成能隙为零的半导体。这类半导体,再想一想可能有一些特别的性质。比方说要想算一个金属的比热,该怎么算?需要先把分布函数写出来,分布函数是费米分布,差不多像个台阶一样的分布,它虽然随温度变化,但是在室温,相当于很低的温度,是很陡的一个台阶。把一些函数写上,乘上分布函数,这个分布函数也不太好积分。那么需要用的技巧叫分部积分,这之后就把这个分布函数变成它的导数。大家知道一个台阶的导数是什么?它的导数是δ函数,这样就可以积分了。所以算金属比热时,技巧就是先把式子写出来,先别直接积分,而是做分部积分;然后用δ函数把它一下拿出来;这个时候的分布函数、δ函数正好落在费米表面上,就是填充的最高的那个地方。半导体中,如果导带下来了,价带上去了,贴起来了,费米面就在这儿,带底和带顶两个都有奇异性。奇异性和δ函数合在一起,奇异性碰上奇异性,这个技术用不了了。因此得比较规矩地,从左面仔细积分,再从右面仔细积分,去做这个事。
 
我当时明白了这个事理,就把它做出来了。后来发表的两篇文章里把这些结果写进去了,一篇题目叫“能隙为零的半导体的热力学性质”。那个时候我们连研究生都没当过,实际上作为研究所里的实习员,我们还没转正。工作两年之后,所里给你转正,没转正以前工资53元,转正以后拿56元。但是对于好学生们,特别是选择了把研究作为自己终身方向的人,你们要有发现问题、想问题的习惯,把问题想出来,想办法解决,解决了以后,要想办法把你的结果公布出去,我把这称作“发表欲”。发表欲不是坏东西,但是千万别抄别人,抄袭是很糟糕的。你自己做出来了,觉得已经把事全说清楚了,再提不出问题来了,就应当投出去,跟审稿人“打架”。越好的杂志,审稿越严格。你第一次投就成功,很不容易。打回来,审稿人提了一堆让你气死的意见,但是你还得想,再学,这就是改稿,这样做真正会使你进步。所以我们做科学研究工作到了最后阶段,把文章发表出来,也是工作的一部分。要学会写文章,学会与审稿人互动,最后把自己的文章发表出去。在这个互动过程里,要舍得删去不伤筋动骨的、次要的东西。审稿人对你什么话不满意,你就暂时不说。但是你想守住的、主要的东西,得坚持住。有的时候有人说你为什么不引什么文章,那没准就是他的文章,你看无伤大雅,你就引他算了。你们将来在整个研究过程中,包括最后怎么写文章,怎么投稿,都要锻炼一番。我们这些年轻人那个时候就有这种愿望,总要憋着劲做点事,做完就去投,没别处可投,就投《物理学报》。我们投了《物理学报》以后,审稿人说这篇文章不错,建议送到《中国科学》。那时我这点英文水平,读勉强能读,根本写不了。所以我写了一篇俄文的文章发表在《中国科学》上 6)。当时俄文文章也可以发在《中国科学》上,用英文,用法文、德文、俄文都可以,他们都接受。
 
12 没有完成的研究生阶段
 
1961年,我正对高分子相关工作干得欢,学了很多高分子物理、高分子化学,准备一直干下去,这时国家科委想起我们来了。要我们到魏公村报到,这时候俄语学院已经成为语言学院的一部分,准备再到苏联当研究生。不过当时留下的150人,在魏公村报到的时候只剩下15个,因为很多专业苏联不接收了,或者我们不派了。理论物理大概中性一点还可以去。有了这个机会,我就冲着朗道去。朗道应当说是苏联20世纪最强的理论物理学家,他是1962年诺贝尔物理学奖获得者。既然有机会到苏联去做研究生,而且搞理论物理,那我就希望能够跟随朗道工作。苏联的研究所跟我们科学院的研究所不大一样,它不能直接招生,这些人都得在学校里兼教授,然后招在校学生做他的研究生,朗道也是这样,他在莫斯科大学讲课。我10月30号到达莫斯科大学,这之前找秘书查了工作表,看朗道哪天讲大课。讲大课的时候,秘书带着我在外头等他课间休息时再跟他讲。那时候我俄文当然没问题了。我说想给你做研究生,朗道说,您知道我是不接受没有通过理论物理最低标准的人的。朗道有一套理论物理最低标准,这套标准由十门考试组成。其中两门高等数学,一门相当于数学分析,一门相当于数学物理方程,八门是理论物理。这八门理论物理,包括他现在的十卷“圣经”都出来了,叫做《理论物理学教程》。有人把这个叫做“朗道势垒”,很多人“穿不过”。对苏联好学生来说,这不是问题。因为他们在大学本科时就开始考试,等当研究生时,这十门考试都考完了。朗道就接收这种考完的人做他的学生。他有个小本子,谁最后通过全部考试,就把谁的名字和哪一年通过考试都记下,什么时候拿到他的 candidate (俄文是кандидат),他就在后头写个K,什么时候你拿到国家博士,他最后写个D。朗道的小本上,一共有43个名字。我曾在《物理》杂志上发表过一篇文章,题为“朗道百年”,这是2008年朗道百年诞辰,也是他逝世40年的时候写的 7)。文章附录里把43人的名字全列上了,并注明哪些人当选了苏联科学院院士,或某一个加盟共和国院士。43人里,按当时的统计大概有18位当选了院士。获得诺贝尔奖的只有朗道跟另外一个人叫Abrikosov,之后我还会提到这个人。
1963年5月,郝柏林在列宁山上,背景是莫斯科大学主楼
 
头一门课就是朗道考我。跟他谈的时候,我说我知道我要通过,他说:“我担心你会落入很被动的局面”。我说:“我试着从这个局面里闯出来”。语气很坚决。朗道说:“好吧,那您就试试吧”。俄文的习惯对生人都要称呼“您”。他就把家里的电话写给我,说:“你什么时候准备要考了,打电话给我”。我不敢拖延时间,因为我知道中国同学在我之前有几个人试过,但没人真正通过 8)。朗道的43个名字里没有中国人的名字。我考虑清楚之后,就打电话给朗道,他定了11月11号让我去。当天我到苏联科学院物理问题研究所,就是卡皮查当所长的那个所。朗道是所理论室主任。他先让我坐在他的椅子上,拿一张白纸,画个不定积分就让我做,他到外头跟人家聊天去了,过一会回来从肩膀后头看看我做得怎么样,只要看我走上正规了,他就说够了,然后再画个东西让我做。
 
跟朗道考试,事先我跟苏联同学打听过,有谁说了“再见”的问题。如果哪道题憋住了,做不下来了,你就得跟他客气地说“再见”,同时请求有机会能够再考。一般朗道会给人一次到两次机会,可以再试。如果再试通不过的话,就没机会了。所以要通过朗道考试的话,每门考试有一两次机会。另外一个情况是他说“再见”,这是好兆头,就是到他给你出了几道题以后,他觉得够了,就要对你说“再见” 了。我就出现了这个情况,他走到屋子一角,拿了几张纸出来,都是打字机打的,递给我,然后跟我说“再见”。这些纸里的一张印着他的十门考试都由谁来考,那个时候已经不是他亲自考了,他只考头一门和最后一门。最后一门是量子场论,头一门就是高等数学,中间的几门考试已经分配给他过去的徒弟,这些人基本上都是教授级,也在朗道那个研究所里。谁负责、考什么、联系电话都印在纸上,你什么时候准备好了,自己安排,先考什么再考什么,你就打电话去。另外那几张纸上写着当你准备考试时,他《教程》的哪些章节可以不念,因为有些东西他大概觉得书里写了,但是作为一项基本训练,可以不考。我拿到这个以后,当然第一关就算过了,开始考别的东西。不幸的是,很快到1962年初,一次车祸影响了他的工作能力,再也没有恢复。朗道是苏联的国宝,当时请了外国大夫、苏联大夫,用各种办法,把一个撞碎了的人重新拼起来。他伤得非常重,他坐在小汽车的后座,在冬天的结冰道路上爬坡,很意外一辆卡车从后面撞上来,被撞后伤得最重的偏偏就是他。
 
车祸之后诺贝尔奖委员会抓紧时间赶紧给他颁发诺贝尔物理学奖。从他的贡献来讲实至名归。如果朗道生前没得诺贝尔奖将会是一种遗憾。诺贝尔奖委员会大概有个名单,如果今年没有什么特殊的事情发生的话,就按照那个名单把谁提上来发奖。朗道可能已经在名单上,所以那年就给他发了奖。但是他已经不能亲自去领了,是瑞典驻莫斯科大使到病房里去,把诺贝尔奖的这些证件给他。所以我之后的考试得跟别人考。最后一门换成 A. A. Abrikosov (2003年诺贝尔物理学奖得主) 来考。考完以后我向 Abrikosov 提出,我能不能跟你工作啊,他同意了。我们一起做了一件事。苏联的学校有一堆形式上的规定,一个研究生,答辩之前要通过三门正式考试,就是副博士考试,要国家委员会来考,必须有几个人组成国家委员会,大家都要签名,必须把这个签了名的国家委员会考试的成绩,上面写着问了什么问题,回答的怎么样,最后的分数,所有的委员签字,送到系里去,你才能答辩。朗道是根本不管这茬的,他就要考他那十门,都是口试,什么记录都没有,通过了就完了,没通过就再试。
 
等我都考完了,Abrikosov 拿出这些空表格来了,说我们来造国家委员会的决议吧,你还记得哪几门课问你什么东西吗?我那时候年轻,都记得。我就挑我答得好的、最顺利的,说了几个,然后我们就把这些基本上都是我写的填在里头。Abrikosov 说请谁来做国家委员会的委员呢?他就想一想,他办公室里谁今天来上班了,他就填了几个名字,出去一趟回来,字都签好。我给 Abrikosov 看了我唯一的一篇俄文抽印本,就是算高分子的那篇文章。Abrikosov 第二次见我时说:“看来你这个人不怕化学”,因为里头写了很多化学式,高分子。“我们开始研究生物膜吧”,他提出了这个建议。这是个非常好的建议,如果能够从1962年就开始生物膜的研究,也许到现在能做出点很重要的工作。那时搞理论物理的人还没有几个人去考虑膜的问题。Abrikosov 告诉我,朗道最初是不懂量子场论的,但是重整化这些事情热闹起来以后,他感兴趣,就让哈拉特尼科夫跟 Abrikosov 两个大弟子去抠场论,抠了给他讲、讨论。他们联名的文章都是这样出来的。Abrikosov 给我描述后,说:“我去找一下科学院里搞膜的人,让他们给你介绍一些文章和书,你去读,读了以后给我讲,我们就这样去研究生物膜”。
 
这个问题就不那么简单了。我们出国研究什么方向是国家规定了的,我的研究方向是固体电子理论,要转去研究生物膜,我心里虽然很愿意,但是我的组织纪律性很强,一定得去请示。于是我写了报告给大使馆,使馆给留学生党委批复说坚持国内分配的方向,我就不得不向 Abrikosov 撒谎,说:“我对生物膜没有兴趣,我更感兴趣的是量子场论方法在统计物理中的应用”。那时候他的新书刚出来第一版,他还冒了一句,他说:“研究膜未必就用不上场论吧”。不过他说,那好吧,那你去研究一下高压状态的一些天体内部的物质状态。他那时正在研究这类问题,Abrikosov 后来担任了一段时间苏联科学院高压物理研究所所长。所以我就跟他去做这件事儿。不过这事没做完。我们那时候对学位等等也不大重视。后来中苏关系越来越紧张,1962年发生了中印边界自卫反击战,苏联完全站在印度方面。苏共中央宣传员到莫斯科大学来给学生做报告,说中华人民共和国成立的时候,中国政府根本不知道自己的边界在哪。这么攻击我们,当时我在礼堂里坐在那听着,他讲到这个程度,作为学生干部,我就从椅子上跳起来,当场跟他辩论。
 
我可以告诉大家,这场辩论是中共中央宣传员跟苏共中央宣传员的辩论。在刚解放后不久,中共中央通过一项决议,建立宣传网的决议,在党的文件里可以查到,这是学苏联的办法。宣传员不一定是党员,作为积极的学生干部、团干部,我已经被吸收为第一批中共中央宣传员。我在北京市地安门的店员工人中做他们的工作,给他们讲抗美援朝等等,做过很多这种事儿,所以我也是个小宣传员。过去的那些苏共中央宣传员到莫斯科大学去的,是一些很有经验的干部,直接跟他们就吵起来了。那时候的俄文也可以,吵架也没问题。就变得每天要干这些事儿,念书就没什么时间。另外还得注意人身安全,叫做“二人同行原则”。原则上讲,得两个中国同学一块,不许单独外出,独自出去是违反纪律。这么一种政治形态下,心情相当不愉快。
 
可以讲一下“反修”斗争。那个时候很多非洲国家的留学生对中国很支持。大家知道毛主席说过,是非洲黑人兄弟把我们抬进联合国去的。中国进联合国,这些第三世界国家起了很大作用。20世纪60年代初,对中国“批修”他们很支持。有一次这些外国学生来到莫斯科大学开大会,内容实质上是“批修”的,要求中国学生代表也发言,我们的学生方面决定让我去发言,就得准备发言稿,发言稿一定要大使馆审查批准。这是内部规定,别人不知道。当时中国驻苏联大使是刘晓。作为中共中央委员的刘晓在中苏关系紧张以后已经回国,大使馆所有的事务都是由代办安致远来负责,我们去找安致远审查我的俄文发言稿,发言稿里的话都必须是从《人民日报》批苏联的文章摘抄并翻译出来的,不允许有我自己的任何一句话。其中有一些已经有现成的俄文翻译,所以我要做的是搞一个很长的发言稿,然后在旁边注明每一段是从哪篇文章里抄来的,再拿给安致远审看。安致远顺着检查了一遍,觉得我找的这些文件基本上都对,文章他也知道,于是批准了。我就根据这个去发言,居然赢得了非洲学生们的热烈掌声。由于每天去做这类斗争,书就越念越少了。
朗道(前排右二)和他的同事们
 
上方相片是从2008年俄罗斯科学院《自然》杂志纪念朗道诞生100周年那一期下载的,前排右起第2位就是朗道,第1位是跟他一块写书的 E. M. Lifshitz,这是他一辈子的搭档,第3位是哈拉特尼科夫,朗道比较早期的学生,后来创办朗道理论物理所并担任了第一届所长。第4位就是 Abrikosov,他现在在美国化工实验室,2003年获得了诺贝尔物理奖,其实他杰出的工作在50年代已经基本上有了,就是II类超导体的理论。
 
(未完待续)
 
注:
 
2) 这篇文章是:R.N.Gurzhi, M.Ya.Azbel, B.L.Hao. Surface effect in infrared optics. Fizika Tverdogo Tela (俄文 《固体物理》杂志),1963,5:759—768 (英译文:Soviet Phys.-Solid State,1963,5:554—559)。——刘寄星注
 
3) 指陈咸亨先生,他抗战时期在重庆中央大学物理系时就是地下党员,狄拉克有名的《量子力学原理》中文 版就是他翻译的。——刘寄星注
 
4) 彭桓武先生1947年底从英国回国,时年32岁。——刘寄星注
 
5) 黄祖洽、丁鄂江,《输运理论》(第二版),北京:科学出版社,2007;黄祖洽,《核反应堆动力学基础》(第二版),北京:北京大学出版社,2014。——刘寄星注
 
6) 这篇由郝柏林、陈式刚、刘德森联合署名的文章,题名为“长共轭键链的π电子能谱”,中文发表在《物理学报》,1961,17:289—303,俄文版发表在《中国科学》,1961,10:653—676。——刘寄星注
 
7) 郝柏林,“朗道百年”,《物理》,2008,37(9):666—671。——刘寄星注
 
8) 此说似不确,其实 1957 年曾有一位中国学生通过了朗道的全部考试,但朗道没有接收他做研究生,详情见:刘寄星,“怀念卓益忠同志”,《物理》,2017,46(11):764—766。——刘寄星注
 
本文经授权转载自微信公众号“中国物理学会期刊网”。本文选自《物理》2020年第9期。



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