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如何评价苏联时期的科学发展

孙喜

2019-07-03 04:20

刘金岩
《 中华读书报 》( 2019年06月19日 16 版)

20世纪上半叶,苏联经历了建设、战争和政治动荡。人们提及这一时期的苏联科学,通常强调李森科事件的负面影响,忽略同时期科技尤其是物理学的显著发展——四次诺贝尔物理学奖(1958、1962、1964和1978年)主要工作完成于该时期。

2004年,旅美俄罗斯科学史专家卡捷夫尼科夫(AlexeiB.Ko⁃jevnikov)出版《苏联时期的伟大科学:苏联物理学家的时代与冒险》(Stalin’s Great Sciences: TheTimes and AdventureofSovietPhysicists)。作者基于此前十多年的系列研究和新挖掘的史料,选取重点物理学家和典型事件作为案例,探讨苏联物理学在20世纪10年代中期至50年代中期取得的突出成就及其原因。这既有助于我们了解20世纪上半叶的苏联物理学,也启发我们在社会和意识形态与境下理解苏联科技的发展。

    大科学——苏维埃研究体制的建立

 

20世纪初,俄国科学家强调“纯”科学研究,轻视“实用”科学。第一次世界大战爆发促使他们意识到将知识运用于实践和军事并与工业建立联系的重要性。地球化学家维尔纳茨基提议建立大学以外的专业科研院所,将科学研究独立于教学。该提议得到布尔什维克主义者支持,先后成立物理研究所、生物研究所、自然生产力委员会等机构。卡捷夫尼科夫认为,这种全新体系标志着“用社会主义方式组织科学研究”,其中蕴含着科学研究的“大科学”特征。典型代表为1919年建立的光学研究所。该研究所将物理学、化学、数学和工程学有效结合,1928年实现光学玻璃自给自足,改变了战时研制军事设备依赖进口光学玻璃的处境。

    物理学:苏联的模范科学

 

20世纪初,理论物理学首先兴起于德国。它在苏联的发展肇始于20世纪10年代末,以国家批准专门基金支持研究原子的数学理论为标志。随后二三十年内,苏联理论物理蓬勃兴起,与数学一起成为苏联最先进的学科。弗里德曼于1922—1924年提出关于爱因斯坦相对论的非平衡解问题,即“宇宙大爆炸理论”。这是现代宇宙膨胀理论的基石,也是苏维埃时期理论物理发展的首个重要成果。20世纪20—50年代,苏联物理学家在固体、液体、等离子体的量子物理学基本概念和数学模型发展中发挥了重要作用。

卡捷夫尼科夫认为,洛克菲勒基金会资助苏联物理学家出国做学术访问,以及布尔什维克“文化大清洗”运动(1928-1932年)促使物理学家在社会混乱局面中创办新机构和加强交流,这是苏联理论物理发展的主要社会因素。尽管洛克菲勒基金会对苏联科学的投资极小,但对处于国际孤立状态的苏联科学,尤其对恰逢学科形成之时的苏联理论物理发展却留下浓重一笔。经莱顿大学埃伦费斯特提名,弗伦克尔、福克、朗道等多位年轻理论物理学家获得资助,能够出国进行学术访问并同国外同行建立联系。弗伦克尔、福克、朗道和塔姆作为苏联理论物理学四位带头人,引领了斯大林执政时期的理论物理发展。

卡捷夫尼科夫选取朗道的个人经历为案例,说明上述两个因素是如何结合并促进苏联理论物理发展的。对于新兴的量子力学,区别于英、法物理学家的谨慎态度,朗道等苏联年轻物理学家欣然接受并着手独立做研究。对朗道等人而言,量子力学推翻经典物理基础类似于这个国家正经历的政治和社会变革。同时,量子力学成为他们年轻文化的一部分,为他们提供了讽刺资深同行的理由(通常资深同行掌握新理论不如年轻人快)。

福克是第一位对量子力学发展作出突出贡献的苏联物理学家。1926年,他独立地对薛定谔的波动方程作相对论推广。同一年,朗道利用矩阵力学计算了两个原子的转子和光谱。除引入密度矩阵外,朗道与伊万年科合作尝试构建描述自旋的波动方程的相对论性方程。1928年,伽莫夫首先将量子力学应用于原子核和放射性衰变。

为避免文化大清洗运动引起的学术界代际冲突,“苏联物理学之父”约菲建议在列宁格勒以外建立新机构。乌克兰物理技术研究所在1930年成立,专攻低温与核物理学研究,迅速成为年轻物理学家的集结场所。1932年,该研究所创办物理学期刊《苏维埃物理杂志》(Physikalische Zeitschrift der Sowje⁃tunion),成为苏联物理学家将研究成果推向国际的主要渠道。研究所首位所长邀请朗道加盟发展理论物理学科。朗道凭借个人魅力吸引各地学生,形成“朗道学派”。朗道在乌克兰物理技术研究所工作期间的最主要工作是二阶相变热动力理论。肃反运动中,朗道领导的理论物理研究组遭受重创,朗道不得不转至位于莫斯科由卡皮扎领导的物理问题研究所。

作为斯大林执政时期的精英学者,卡皮扎深谙与国家领导人建立特殊关系并获得资助之道。卡捷夫尼科夫利用新发现的史料通过勾勒卡皮扎复杂而连贯的生活轨迹说明苏联科学、政府赞助和技术现代化如何紧密结合并取得突出成绩。卡皮扎早年在英国卡文迪许实验室工作,擅长制造和操作大型实验设备制造强磁场或极高、低温,因而获得卢瑟福赞赏。1934年返苏探亲后被限制离境,并被任命为新成立的苏联科学院物理研究所所长。卡皮扎以机智的方式向诸如斯大林、中央政治局委员等高、中层政治家写信并巧妙地建立一种资助方与受助方的关系,获得奖赏与特权。例如,1932年和1939年他分别给高层写信保护了正遭受迫害的福克和朗道。同时,政府帮助他建立实验室并配备相应器材,使其得以恢复在英国的实验。1937年初,卡皮扎制得液氦。同年年底,他发现液氦“超流”现象。1941年,这些现象被朗道提出的液氦超流理论所解释(获1962年诺奖)。卡皮扎最重要的工作是从事制氧工作。1938-1945年,他设计涡轮膨胀机用于分离、制备氧气。这些工作完全服从战争需要,发明的制氧气设备应用于军事航空和弹药生产。1978年,卡皮扎因低温物理研究获诺贝尔物理学奖。

    “追赶并超越”:苏联的核武器研制

讲到苏联物理学,不能不提苏联政府组织的顶级国家科技攻关项目——核武器的研制。基于新解密的苏联档案,特别是1994年出版的多卷本《苏联核设计图》,卡捷夫尼科夫指出,苏联集中的军事管理风格和大型科研机构传统有助于其复制美国曼哈顿工程。事实上,放射性现象发现不久,俄国地球化学家维尔纳茨基便公开支持放射性研究和放射性矿物调查。1922年,成立以放射性元素研究为主的镭研究所。1937年,镭研究所建成欧洲第一台回旋加速器。位于列宁格勒和乌克兰的物理技术研究所则以核物理和核问题研究为主。1932年,中子发现后,列宁格勒物理技术研究所的伊万年科马上提出核子由质子和中子组成,解决核物理和量子电动力学难题。同一年,乌克兰物理技术研究所成功分解锂。

1938年底,德国化学家哈恩与其助手施特拉斯曼发现铀的裂变现象,即核裂变。苏联物理学家得知这一消息后“既激动又担扰”,立即展开相应研究。弗廖罗夫和彼得扎克发现铀原子的自然裂变;弗伦克尔改进核裂变液滴模型;维尔多维奇和卡里顿证明最先进的铀的链式反应及相关条件。

此时,政府逐渐将核物理视为有特殊前景的独立学科,从而给予更多资金支持。特别是在美国向日本投放原子弹后,斯大林将原子弹研制列为国家优先考虑事项之一。苏联研制原子弹过程中理论进展顺利,但由于缺乏可裂变物质,苏联政府采取复制美国曼哈顿计划的战略选择。斯大林在1946年为苏联科学家提出的“追赶并超越”标语也证明了这点。受益于曼哈顿计划中钚弹爆炸核心技术掌握者福克斯提供的情报,苏联科学家节省了原子弹研制过程的原料和时间。1949年,成功试爆第一颗原子弹(美国钚弹翻版)。1953年,成功引爆首枚氢弹。核武器成功研制提升了苏联核物理学家在本国的地位,赫鲁晓夫执政时期对科学的崇拜程度甚至远超美国。到1955年,在掌握如何制造原子弹后,多数物理学家重返基础研究并要求自己的非军事项目获得同样支持。

斯大林执政后期,尽管科学已成为苏联国家发展的重中之重,但巨大的政治压力和意识形态审查使得苏联科学经历一段黑暗时期。摧毁苏联遗传学发展的李森科事件(1948-1966年禁止遗传学研究)即开始于此时。卡捷夫尼科夫以N.I.瓦维洛夫和S.I.瓦维洛夫兄弟的不同命运为例说明斯大林时期生物学和物理学的不同发展结果。N.I.瓦维洛夫是著名遗传学家,大清洗运动的受害者,1943年饿死在狱中。S.I.瓦维洛夫在1945-1951年担任苏联科学院院长,是政界公认的科学管理领军人才。他同时是一位著名光学专家,曾在20世纪30年代参与发现切伦科夫辐射现象。在此基础上研制的新探测器广泛应用于二战后的高能加速器,该项工作获1958年诺贝尔物理学奖(瓦维洛夫因于1951年去世未获提名)。  


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2019-07-03 12:20
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