维塔利·金茨堡

苏联科学院院士、苏联物理学家、2003年诺贝尔物理学奖得主

维塔利•拉扎列维奇•金兹堡( 俄语 :Виталий Лазаревич Гинзбург, 英语 :Vitaly Lazarevich Ginzburg, 1916年10月4日-2009年11月8日) 是苏联著名理论物理学家、天体物理学家及俄罗斯科学院院士。 2003年10月7日, 金茨堡、俄罗斯物理学家 阿列克谢·阿布里科索夫 (Alexei Abrikosov) 及 英国 物理学家 安东尼·莱格特 (Anthony Leggett) 因在 超导体 和 超流体 理论上做出开创性贡献而获得 诺贝尔物理学奖 。 其中,金茨堡是俄罗斯第11位诺贝尔物理学奖得主。

1931年,金茨堡在莫斯科技术大学X射线实验室担任实验助理。1933年,金茨堡进入 莫斯科国立大学 学习物理学,后在 兰兹伯格 (Grigory Landsberg)的指导下从事光学工作。 1938年,金茨堡顺利从 莫斯科国立大学 物理系毕业;从1940年起,金茨堡一直就职于 俄罗斯科学院 列别捷夫理论物理研究所,他先任研究所理论室主任,后任俄罗斯科学院顾问。 1942 年,金茨堡获得莫斯科大学物理学博士学位;1943年,金茨堡在 喀山 研究超导现象;1950年,金茨堡与苏联物理学家 列夫·达维多维奇·朗道 (俄文:Лев Дави́дович Ланда́у,英文:Lev Davidovich Landau)共同提出金茨堡-朗道 方程 。20世纪50年代,金茨堡提出锂 化合物燃料; 1953年,金茨堡任苏联科学院通信院士, 并被授予苏联国家奖。 1966年,金茨堡当选 苏联 科学院院士,并荣获苏联最高奖章- 列宁勋章 。 1971 年,金茨堡接替领导 伊戈尔·塔姆 (Igor Tamm)担任列别捷夫物理研究所( 俄语 :Физи́ческий институ́т имени П.Н.Ле́бедева Российской академии наук (ФИАН))理论物理系主任。1989年,金茨堡任苏联人民代表大会代表。 2009年11月8日晚,金茨堡因心脏病在莫斯科逝世,享年93岁。

在一些领域,金茨堡做出过原创性工作。比如,在 超导 领域,金茨堡研究了超导现象, 提出了超导 微观 理论,从而得出金茨堡- 列夫·达维多维奇·朗道 方程 ; 在穿越辐射领域,金茨堡研究了高速 带电粒子 穿越的两种介质现象,因此成为穿越辐射领域的先驱; 在同步辐射领域,金茨堡认为高能天体物理现象中的同步辐射在非 热辐射 中占据支配地位。 对于同步辐射在射电 天文学 领域的应用,金茨堡曾提出建议: 央斯基 和雷伯观测到的银河系射电辐射属于极端 相对论 性 电子 在星际 磁场 中做回旋运动时发出的同步辐射。 俄罗斯科学家阿尔费罗夫(俄:Жореса Алферова,2000年诺贝尔物理学奖得主)认为,“维塔利·金茨堡是世界级的科学家,是俄罗斯杰出的理论物理学家之一。”

人物生平

早年经历

1916年10月4日, 维塔利·金茨堡出生在莫斯科一个犹太家庭。 金茨堡的父亲拉扎尔·埃菲莫维奇·金茨堡(Lazar' Efimovich Ginzburg)于1863年出生,他毕业于里 加工业 大学( 拉脱维亚语 :Rīgas Tehniskā Universitāte,缩写 里加工业大学 ),是一名 水净化 工程师,拥有多项专利,后于1942年去世; 金茨堡的母亲阿夫古斯塔·维尼亚米诺夫娜·维尔道尔-金茨堡(Avgusta Veniaminovna Vil’dauer-Ginzburg)是一名医生, 她于1886年出生在米塔瓦( 拉脱维亚 ),1920年死于 伤寒 。

1931 年,金茨堡在莫斯科技术大学的 X 射线实验室任实验助理。经过两年的实践,金茨堡加深了对物理学的兴趣。1933年,金茨堡进入 莫斯科国立大学 学习物理学,他被理论物理吸引,后在 兰兹伯格 (Grigory Landsberg)的指导下从事光学工作; 1937年,金茨堡与他的研究生兼同事奥尔加·扎姆莎(Olga Zamsha)结婚,后于1946年离婚。 1938年,金茨堡从莫斯科国立大学物理系毕业。

工作经历

金茨堡在一年内撰写完成一篇博士学位候选论文,然后在 1940 年对该论文进行辩护。最终,金茨堡完成了莫斯科国立大学(MGU)物理系的研究生课程;1940年9月1日,金茨堡被苏联科学院 (FIAN) 列别杰夫物理研究所作为攻读博士学位的人。 从1940年起,金茨堡一直就职于 俄罗斯科学院 列别捷夫理论物理研究所,他先任研究所理论室主任,后任俄罗斯科学院顾问。

1941年, 苏联 参加 第二次世界大战 ,金茨堡跟随苏联科学院来到 喀山 ,一直工作至1943年。 1942年,金茨堡加入了苏联共产党。 同年,金茨堡获得 莫斯科国立大学 物理学博士学位。 另外,他还参与了 核能 的项目工作,并与苏联原子物理学家 安德烈·德米特里耶维奇·萨哈罗夫 (俄:Андре́й Дми́триевич Са́харов)参与研制前苏联第一枚以锂 化合物为燃料的 氢弹 。1942至1943年,金茨堡开始研究 超导 理论,并持续到1986年,但他的主要工作于1950年完成。 1943年,当 苏德战争 处于转折时期时,金茨堡在 喀山 研究超导现象。

1945年,金茨堡成为 高尔基大学 新建 无线电 物理系访问教授,后又成为一个研究小组负责人,主要研究 电磁波 的传播与辐射。同年底,金茨堡遇见了尼娜·金兹堡(Nina Ermakova,其娘家姓为耶尔马科娃);1946年夏天,金茨堡与尼娜结婚。尼娜曾于1944年因捏造密谋刺杀 苏联 领导人 约瑟夫·斯大林 的罪名而被监禁一年多。1945年,尼娜被释放,但她无法在莫斯科和其他一些城市定居。于是,金茨堡每年向 克格勃 提交一次申请,请求允许尼娜返回 莫斯科 ,但金茨堡一直被拒绝。 1947 年,金茨堡的领导 伊戈尔·塔姆 (Igor Evgenievich Tamm,1958年 诺贝尔物理学奖 得主)安排金茨堡参加苏联核武器计划。在研制 氢弹 的过程中,金茨堡提出了使用 6  Li作为氢弹的燃料, 为苏联氢弹的成功爆炸做出了重要贡献。

从1946年至1953年,金茨堡主要住在莫斯科,他偶尔会去 高尔基大学 开展阅读讲座。后来,国家发生了 反犹太主义 和对世界主义者的各种迫害,导致出现针对现代科学的攻势。在物理学领域,对 唯心主义 和其他罪恶的指责逐渐显现,金茨堡也成为被攻击的目标;后来,金茨堡在 库尔恰托夫 (Igor Kurchatov) 的领导下研制 氢弹 。金茨堡和 伊戈尔·塔姆 均提出使制造氢弹成为可能的想法。1950年,炸弹项目转移到“现场” (Arzamas-16),以更加保密的方式继续进行,而金茨堡不被允许跟随。于是,金茨堡留在了 莫斯科 ,成为一小群“支持小组”的负责人。金茨堡由于他的背景和过去受到监视。

1950年,金茨堡与 列夫·达维多维奇·朗道 在朗道 二级相变 理论的基础上共同提出描述超导现象的模型——金茨堡-朗道 方程 。同年,金茨堡与一些科学家率先提出有关Ⅱ型超导体的理论。 1953年,金茨堡被选为 苏联 科学院通信院士, 并被授予苏联国家奖。 同年,金茨堡的妻子尼娜搬回了莫斯科。

晚年经历

1966年,金茨堡当选为前苏联科学院院士,并获得苏联最高奖章- 列宁勋章 ; 从1968年开始,金茨堡一直担任 莫斯科 物理技术研究所创立的物理和 天体物理学 问题主席。后来,金茨堡从该职位退下,帮助新任主席解决一些问题。 1971年,金茨堡担任苏联科学院理论物理部负责人;1989年,金茨堡担任苏联人民代表大会代表。 1991年8月 政变 之前,金茨堡辞去了苏共职务,他支持 鲍里斯·叶利钦 反对共产党人竞选 俄罗斯 总统的第二个任期、俄罗斯 自由主义 反对派和 人权运动 。 从1998年开始,金茨堡担任科学杂志《Uspekhi Fizicheskikh Nauk》的主编。 同年,金茨堡一直在媒体上为 无神论 辩护。 2003年,金茨堡成为 诺贝尔物理学奖 得主及 俄罗斯科学院 院士。

2009年11月8日晚,俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所发布消息,“诺贝尔物理学奖得主、俄罗斯科学院院士维塔利·金茨堡于8日晚间因心脏病在莫斯科逝世,享年93岁。” 2009年11月11日,金茨堡被安葬在莫斯科新圣女公墓,这里是许多著名政治家、作家和科学家的安息之地。

主要成果

金茨堡的成就包括1950年与 列夫·达维多维奇·朗道 (Lev Landau)共同发展的部分 现象学 超导 理论,即金兹堡-朗道理论、 电磁波 在 等离子体 (例如 电离层 )中传播的理论、宇宙 射线 的形成理论、 量子电动力学 、基本粒子理论、凝聚态的辐射理论与光学、凝聚态理论、等离子体物理、 切伦科夫辐射和 穿越辐射 (transition 放射线 )、射电天文和 同步辐射 、Y 射线 天体 物理、 晶体 中的光散射及铁电等理论。

研究超导现象

1943年,金茨堡开始研究超导现象。自此,金茨堡对 超导体 和 超流体 现象产生了浓厚兴趣,并在超导体和超流体领域撰写了超百篇的相关研究论文;1950年,金茨堡与 列夫·达维多维奇·朗道 共同提出叙述超导现象的理论公式;1957年,金茨堡的同事 阿列克谢·阿布里科索夫 在金茨堡的理论基础上解释了关于Ⅱ型 超导体 特性的理论。金茨堡认为,当他研究超导现象时,从未想到超导现象能在 核磁共振成像 和 粒子加速器 等领域获得广泛运用。

提出超导微观理论

由于已存在的超导理论令人不满,朗道便认为该理论不仅无法让人们明确正常相和超导相之间边界的 表面张力 ,也不能很好地描述 磁场 或电流对于超导电性的破坏。因此,朗道和金茨堡通过物理直觉,共同提出新的超导理论——超导微观理论(属于唯象理论)。该理论以 列夫·达维多维奇·朗道 提出的 二级相变 理论为基础,以描述超导 电子 的有效 波函数 为有序度参量,从而得出金茨堡-朗道 方程 。

在金茨堡-朗道方程里,金茨堡和朗道计算出了 超导体 的诸多特性。比如,外磁场的存在与超导体薄膜形状特性的关系。在外磁场中,当薄膜的厚度小于某一临界值时,从 超导 态向正常态的 相变 属于二级;当薄膜的厚度大于该临界值时,从超导态向正常态的相变则属于一级。另外,金茨堡和朗道还引入了一个重要参量 , 暗含超导体具有负的界面能的可能。

随着超导 微观 理论的不断发展,该理论逐渐显现出一些 物理量 的意义,它比后来的微观理论更实用,成为了描述强磁场中超导体、超导薄膜及超导合金等有效理论,甚至超出了超导领域的影响及意义。

其他成果

除以上成果,金茨堡还有其他成果,比如 电磁波 在 等离子体 中的传播理论、宇宙 射线 的形成理论、 量子电动力学 、基本粒子理论、凝聚态的辐射理论与光学、凝聚态理论、等离子体物理、 切伦科夫辐射和 穿越辐射 (transition 放射线 )、射电天文和 同步辐射 、Y射线天体物理、 晶体 中的光散射及铁电理论等。

在一些领域,金茨堡做出过原创性工作。比如,在穿越辐射领域,由于金茨堡具有牢固的电动力学功底,所以他综合研究了高速 带电粒子 穿越两种介质(两者具有不同的 介电常数 )的现象,并成为穿越辐射领域的先驱。

在同步辐射领域,金茨堡认为在高能天体物理现象中,同步辐射在非 热辐射 中占据支配地位。 对于同步辐射在射电 天文学 领域的应用,金茨堡和卡尔-奥托·基彭霍伊尔(Karl-OttoKiepenheuer)曾提出建议: 央斯基 和雷伯观测到的银河系射电辐射属于极端 相对论 性 电子 在星际 磁场 中做回旋运动时发出的同步辐射。

社会职务

荣誉

人物关系

影响

金茨堡、 阿列克谢·阿布里科索夫 和安东尼·莱格特在各自的研究中对超导性和超流态领域做出了贡献,他们在超导性的研究方面具有革命性应用价值的潜力。比如,他们不仅为两位2003年度 诺贝尔生理学或医学奖 得主开发核磁共振( NM R) 扫描仪 提供了理论基础,也为 核磁共振成像 技术铺平了道路。他们的理论工作不仅使核磁共振成像技术取得了突破,也使人体内部器官的高清晰度图像成为可能。

人物评价

英国 剑桥大学 物理教授:“ 安东尼·莱格特 是一个具有机敏物理直觉的思想家, 阿列克谢·阿布里科索夫 是高超的正统数学物理学家,而金茨堡兼具上述两方面的特质。”

俄罗斯 科学家阿尔费罗夫(俄:Жореса Алферова,2000年诺贝尔物理学奖得主):“维塔利·金茨堡是世界级的科学家,是俄罗斯杰出的理论物理学家之一。”

瑞典皇家科学院 :“ 超导 和超流是存在于量子物理中的两种现象,三位科学家(金茨堡、 阿布里科索夫 和 莱格特 )的研究成果对此做出了决定性的贡献。 超导体 可用于 核磁共振成像仪 和物理实验中的微粒加速等,而对 超流体 的认识可加深我们对物质运动状态的研究。”

俄罗斯科学院 院士根纳基·梅西亚茨(Gennaki Messiac):“金茨堡的逝世是俄罗斯物理界以及世界物理界的重大损失,他的研究领域涉及物理学众多分支学科。”

参考资料

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